Использование визуализации в реальном времени на основе виртуальной реальности для понимания сложностей динамики нейронной сети при аутизме
Очаг Миров :: Гостиная :: Болталка
Страница 1 из 1
Использование визуализации в реальном времени на основе виртуальной реальности для понимания сложностей динамики нейронной сети при аутизме
Автор Диян Джайн(перевод Элеонора Ример)
Нейропсихиатрические расстройства представляют собой серьезную проблему для общественного здравоохранения, поскольку они являются основной причиной инвалидности и миллионов смертей во всем мире. Несмотря на тщательные исследования, проведенные за последние несколько лет, наше понимание сложных биологических процессов, лежащих в основе этих заболеваний, остается в основном неизвестным. Недавно ученые из RIKEN BSI провели исследование, целью которого было изучить, как локомоция и поведение мозга связаны со сложными механизмами, лежащими в основе аутизма у мышей, используя визуализацию динамики функциональной связности (ФС) в коре головного мозга мышей в режиме реального времени на основе виртуальной реальности. Исследователи обнаружили, что различные состояния локомоции у аутичных мышей были связаны с изменениями в ФК, особенно в моторной области, что означает, что моторная неуклюжесть связана с аномальной ФК в моторной области. Это исследование дает дальнейшее представление о нейробиологии аутизма и предлагает эту перспективную систему виртуальной реальности для усовершенствования в области неврологии и лечения нервно-психических расстройств.
Функциональная связность (ФС) называется синхронизацией между пространственно удаленными нейрофизиологическими событиями, а проще говоря, она относится к статистическим связям между различными областями мозга. Динамика FC относится к изменениям этих связей в ответ на изменения поведенческого состояния или переходы. Таким образом, ФК и динамика ФК свидетельствуют о нейронной координации и связи между различными областями мозга. Изучение и понимание функциональной связности имеет решающее значение не только для понимания механизмов различных нейробиологических процессов, таких как когнитивные функции, двигательный контроль и сенсорное восприятие, но и для понимания механизмов, лежащих в основе неврологических расстройств, включая расстройство аутистического спектра (РАС). Однако измерение ФК является сложной задачей, и существующие методы не позволяют правильно определить его количественные характеристики. Традиционный метод - функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - работает при высоком пространственном разрешении. Однако ее временное разрешение очень низкое, что означает, что она не может получить информацию о сложных и динамичных формах поведения, таких как локомоция и движение всего тела.
Недавно разработанная система виртуальной реальности для визуализации в реальном времени позволяла мыши свободно перемещаться в VR-установке. Одновременно измерялись сигналы катионов кальция (Ca2+) в дорсальной коре головного мозга с помощью мезоскопической Ca2+ визуализации. Таким образом, система была использована для получения изображений ФК в реальном времени во время локомоции мыши.
Ключевым результатом стало то, что измененная динамика FC была связана с состоянием локомоции у мышей с ASD по сравнению с контрольными моделями мышей. По сути, у аутичных мышей при переходе от состояния покоя к локомоции наблюдался быстрый сдвиг паттернов ФК в моторной области. Этого не наблюдалось у контрольных мышей. Этот сдвиг можно объяснить уменьшением количества активных нейронов и увеличением корреляции между менее активными нейронами в мозге аутистов. Кроме того, степень и масштабы изменений в динамике ФК положительно коррелировали с увеличением тяжести ASD у мышей. Очевидно, что эти результаты могут продемонстрировать, что моторная неуклюжесть у людей с аутизмом может быть связана с изменением ФК в моторной области мозга. Более того, они также подчеркивают важность и масштабность изучения поведения, переходов и динамики и отхода от традиционных исследований в области неврологии, изучающих только состояние покоя.
Ключевым открытием было то, что измененная динамика ФК была связана с состояниями локомоции у мышей с РАС по сравнению с контрольными моделями мышей. По существу, быстрое изменение паттернов FC наблюдалось в двигательной области у мышей с аутизмом, когда они переходили из состояния покоя в состояние локомоции. У контрольных мышей этого не наблюдалось. Этот сдвиг можно было бы объяснить уменьшением числа активных нейронов и увеличением корреляции между менее распространенными активными нейронами в мозге людей с РАС. Кроме того, степень и размах изменений в динамике ФК положительно коррелировали с увеличением тяжести РАС у мышей. Очевидно, что эти результаты могут продемонстрировать, что двигательная неуклюжесть у людей с аутизмом может быть связана с изменением FC в двигательной области мозга. Более того, они также подчеркивают важность и масштаб изучения поведения, переходов и динамики и переходят от традиционных нейробиологических исследований, изучающих только состояние покоя.
Учитывая замечательные результаты (описанные в предыдущем разделе), исследователи выдвинули объяснения и обсудили последствия полученных результатов, предложив расширенное понимание нейронных механизмов, лежащих в основе аутизма. Во-первых, было замечено, что мыши с 15q dup ASD имели гиперсвязанные и менее модульные корковые сети по сравнению с контрольными мышами. Это указывает на то, что измененная динамика FC, наблюдаемая в моторной области во время локомоции, может быть связана с аномалиями в корковой сети у людей с аутизмом. Точнее, быстрая реорганизация и модуляция корковых сетей во время локомоции ответственны за измененную динамику FC в моторной области.
Известно, что во время локомоции мозг быстро реорганизует и координирует активность различных областей, участвующих в моторном контроле, что позволяет правильно и скоординированно двигаться. Исследователи обнаружили, что эта быстрая реорганизация корковых сетей связана с модуляризацией моторной коры, предполагая, что движение координируется определенными группами нейронов, взаимодействующих друг с другом. Однако у мышей ASD модуляция в отношении локомоции нарушена, что приводит к появлению гиперсвязанных, но менее модульных корковых сетей. Это может объяснить неэффективное или неплавное движение мышей ASD, аналогичное моторным симптомам аутистов.
В исследовании также использовался алгоритм машины опорных векторов (SVM), использующий машинное обучение, для группировки модели мыши ASM на основе сигналов от данных FC, полученных с помощью мезоскопической кальциевой визуализации. В частности, они классифицировали генотип ASD мышиной модели, иллюстрируя потенциал использования SVM и визуализации на основе виртуальной реальности для диагностики ASD. Несмотря на это, исследование имеет решающее значение для лучшего понимания нейронных механизмов, лежащих в основе таких заболеваний, как КАН, и открывает возможности для дальнейшей работы в этой области. Например, можно исследовать дополнительные модели мышей, чтобы получить дальнейшее представление об этой системе визуализации на основе виртуальной реальности и проверить потенциальные терапевтические средства для устранения нарушений ФК.
Однако это исследование также имеет свои ограничения. Одним из основных ограничений является то, что с помощью мезоскопической Ca2+ визуализации была визуализирована активность только дорсальной коры, что означает, что динамика FC в других областях коры не измерялась. Кроме того, сигналы нейронной активности поступали только из слоев 1 и 2/3, которые содержат тела клеток и дендриты местных пирамидальных нейронов и иннервирующие их поверхностные аксоны.
В заключение можно сказать, что это революционное исследование предлагает новый и уникальный подход к изучению нейробиологических механизмов - с помощью визуализации в реальном времени на основе VR (мезоскопическая Ca2+ визуализация), что дает преимущество точной фиксации динамики ФК, в чем фМРТ ограничена. Исследование также дает направление для дальнейшей работы в этой области и указывает на необходимость совершенствования технологии для устранения ограничений исследования.
Элеонора Ример- Создатель сайта.Автор графики Лаборатория FL&D
- Сообщения : 8011
Похожие темы
» Став для понимания вещей за пределами реальности
» Теория Мультивселенной: Параллельные вселенные и альтернативные реальности
» Будьте здоровы : Рецепты с использование сока каланхоэ
» Упражнения для понимания раскладов
» Арканы времени
» Теория Мультивселенной: Параллельные вселенные и альтернативные реальности
» Будьте здоровы : Рецепты с использование сока каланхоэ
» Упражнения для понимания раскладов
» Арканы времени
Очаг Миров :: Гостиная :: Болталка
Страница 1 из 1
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения