Коннекограмма - Connectogram

Коннекограммы - это графические изображения коннектомики , области исследований, посвященной отображению и интерпретации всех волоконных соединений белого вещества в человеческом мозге. Эти круговые графики, основанные на данных диффузионной МРТ, используют теорию графов, чтобы продемонстрировать связи белого вещества и корковые характеристики для отдельных структур, отдельных субъектов или популяций.

Состав

Коннекограмма, показывающая средние связи и размеры коры 110 нормальных правшей мужчин в возрасте от 25 до 36 лет.

Легенда для метаданных, представленных в различных кольцах коннектограммы.

Предпосылки и описание

Connectogram , как графическое представление мозга connectomics , был предложен в 2012 году.

Круговые представления связей использовались в ряде дисциплин; Примеры включают представление аспектов эпидемий, географических сетей, музыкальных ритмов, разнообразия популяций птиц и геномных данных. Коннекограммы также были названы источником вдохновения для стиля отображения хедз-ап шлема Тони Старка в Iron Man 3 .

Мозги окрашены в соответствии с внешним кольцом коннектограммы.

Коннекограммы круглые, левая половина изображает левое полушарие, а правая половина - правое полушарие. Полушария далее подразделяются на лобную долю , островную кору , лимбическую долю , височную долю , теменную долю , затылочную долю , подкорковые структуры и мозжечок . Внизу между двумя полушариями также изображен ствол мозга. Внутри этих долей каждая корковая область помечена аббревиатурой и ей присвоен свой цвет, который можно использовать для обозначения тех же кортикальных областей на других рисунках, таких как парцеллированные поверхности мозга на соседнем изображении, чтобы читатель мог найти соответствующие области коры головного мозга на геометрически точной поверхности и посмотрите, насколько разнородными могут быть соединенные области. Внутри кольца кортикальной поверхности концентрические круги представляют разные атрибуты соответствующих областей коры. В порядке от внешнего к самому внутреннему эти метрические кольца представляют объем серого вещества , площадь поверхности , толщину коры, кривизну и степень связности (относительную долю волокон, начинающихся или заканчивающихся в этой области, по сравнению со всем мозгом). Внутри этих кругов линии соединяют области, которые оказались структурно связанными. Относительная плотность (количество волокон) этих соединений отражается в непрозрачности линий, так что можно легко сравнивать различные соединения и их структурное значение. Дробная анизотропия каждого соединения отражается в его цвете.

Использует

Картирование мозга

В связи с недавним согласованным стремлением отобразить весь человеческий мозг и его связи, становится все более важным найти способы графического представления больших объемов данных, задействованных в коннектомике . Большинство других представлений коннектома используют 3 измерения и, следовательно, требуют интерактивного графического пользовательского интерфейса. Коннектограмма может отображать 83 области коры в каждом полушарии и визуально отображать, какие области структурно связаны, все на плоской поверхности. Поэтому его удобно хранить в картах пациентов или отображать в печати. Графики изначально были разработаны с использованием инструмента визуализации под названием Circos ,.

Клиническое использование

Коннекограмма, типичная для клинического использования, изображающая предполагаемое повреждение соединения у Финеаса Гейджа , который в 1848 году пережил большой металлический стержень, проткнувший его череп и мозг. На коннекограмме показаны только те соединения, которые предположительно были повреждены.

На индивидуальном уровне коннекограммы могут использоваться для информирования о лечении пациентов с нейроанатомическими аномалиями. Коннекограммы использовались для наблюдения за прогрессированием неврологического выздоровления пациентов, перенесших черепно-мозговую травму (ЧМТ). Они также применялись к известному пациенту Финеасу Гейджу , чтобы оценить повреждение его нейронной сети (а также повреждение на корковом уровне - основное внимание в более ранних исследованиях Гейджа).

Эмпирическое исследование

Коннекограммы могут представлять средние показатели коры головного мозга (объем серого вещества, площадь поверхности, толщина коры, кривизна и степень связности), а также данные трактографии , такие как средняя плотность и фракционная анизотропия соединений, в популяциях любого размера. . Это позволяет проводить визуальное и статистическое сравнение между группами, такими как мужчины и женщины, разные возрастные когорты или здоровые контрольные группы и пациенты. Некоторые версии использовались для анализа разбиения сетей в популяциях пациентов или относительного баланса между меж- и внутриполушарными связями.

Измененные версии

Есть много возможностей, для которых меры включены в кольца коннекограммы. Иримиа и Ван Хорн (2012) опубликовали коннектограммы, в которых исследуются корреляционные отношения между регионами и используются цифры для сравнения подходов теории графов и коннектомики. Некоторые из них были опубликованы без учета корковых показателей. Другие включают дополнительные меры, относящиеся к нейронным сетям , которые могут быть добавлены как дополнительные кольца внутрь, чтобы показать метрики теории графов , как в расширенной коннектограмме здесь:

Коннектограмма здорового контрольного субъекта, включающая 5 дополнительных узловых измерений, не включенных в стандартную коннектограмму. Снаружи внутрь кольца представляют собой область коры, объем серого вещества, площадь поверхности, толщину коры, кривизну, степень связности, прочность узлов, центральность между узлами, эксцентриситет, эффективность узлов и центральность собственных векторов. Между степенью связности и мощностью узла было добавлено пустое кольцо в качестве заполнителя.

Регионы и их сокращения

Смотрите также

• Коннектом
• Коннектомика
• Проект Human Connectome
• Картирование мозга
• Трактография
• Схема хорды

использованная литература

дальнейшее чтение