Cervello Strutturale e Funzionale Reti : dalle connessioni a cognizione

Cervello Strutturale e FunzionaleReti : dalle connessioni acognizione
Background: Il cervello umano presenta un paradosso sconcertante e difficile : nonostante una anatomia fi ssa ,caratterizzato dalla sua connettività , il suo repertorio è vasto funzionale , permettendo l'azione , la percezione , ecognizione . Ciò contrasta con organi come il cuore che hanno una anatomia dinamica ma solo una funzione. La risoluzione di questo paradosso può risiedere in architettura di rete del cervello , che organizzainterazioni locali per far fronte alle diverse esigenze ambientali ? ? assicurando l'adattabilità , robustezza ,resistenza ai danni , effi ciente il messaggio che passa , e funzionalità diverse da una struttura fi sso . questorecensione chiede come i recenti progressi nella comprensione reti del cervello chiarire il cervello? ? s molti- a-uno( degenerate ) relazioni struttura-funzione . In altre parole , come fa la funzione diversificata nascono da unarchitettura neuronale apparentemente statico ? Concludiamo che l'emergere di dinamica funzionale con- connettività , da connessioni strutturali statiche , chiede formale ( di calcolo ) si avvicina a neuronaleelaborazione delle informazioni che possono risolvere la dialettica tra struttura e funzione .Anticipi : Gran parte della nostra comprensione della connettività del cervello riposa sul modo in cui essa viene misurata emodellato . Consideriamo due approcci complementari : il rst fi ha il suo fondamento nella teoria dei grafi che gli obiettiviper descrivere la topologia di rete ( non orientati ) connessioni del genere misurato da non invasivabrain imaging di connessioni anatomiche e connettività funzionale ( correlazioni ) tra telecomandositi . Questo è confrontato con model-based defini nizioni di sensibile al contesto (diretto ) connettività efficace che si fonda la biofisica delle interazioni neuronali.Recenti rete topologica analisi dei circuiti cerebrali suggeriscono che le reti strutturali modulari e gerarchici sono particolarmente adatti per l'integrazione funzionale dei locali( funzionalmente specializzati) operazioni neuronali che stanno alla base della cognizione . Misure diattività spontanea rivelare modelli di connettività funzionale che sono simili strutturaleconnettività, suggerendo che le reti strutturali limitano reti funzionali . Tuttavia ,risposte task- correlati che richiedono l'integrazione contestuale rivelano una divergenzatra funzione e struttura che sembra poggiare principalmente su collegamenti a lungo raggio . inContrariamente ai metodi che descrivono la topologia della rete fenomenologicamente , basata su modelloapprocci teorici e computazionali si concentrano sui meccanismi di interazioni neuronali -zioni che ospitano la riconfigurazione dinamica della connettività efficace .Evidenziamo la consilience tra topologie gerarchiche (sulla base strutturale econnettività funzionale ) e la connettività efficace che sarebbe richiesto per gerarchico messaggio passaggio del tipo suggerito da neuroscienze computazionali .Outlook : In sintesi , le interazioni neuronali rappresentano dinamiche su un fi sso strutturaleconnettività che sono alla base della cognizione e del comportamento . Tale divergenza della funzione dala struttura è , forse , la proprietà più intrigante del cervello e invita intensivala ricerca futura . Studiando le dinamiche e di auto- organizzazione di reti funzionali ,potremmo fine di conoscere la vera natura del cervello come l'incarnazione della mente . ilrepertorio di reti funzionali poggia sulla ( nascosto) l'architettura strutturale del collega-menti che consente effi ciente integrazione funzionale gerarchica . La comprensione di questireti richiederanno modelli teorici di elaborazione neuronale che è alla base della cognizione .Schema dell'articoloIntegrazione di integrazioneNodi e archi e come sonomisuratoorganizzazione strutturaleStruttura Funzione ConvergenzaStruttura Funzione DivergenzaDal Fenomeni di meccanismiRitorno alla realtà : modellizzazione dei collegamenti GapsGetting Closer to Cervello NetworkARTICOLI CORRELATI IN SCIENZAVedere la sezione speciale che inizia a pagina 580 .1Dipartimento di Medicina Nucleare , Psichiatria , Severance Biomedical Science Institute , BK21 Progetto per la scienza medica ,Yonsei University College of Medicine , Seoul , Repubblica di Corea .2Il Wellcome Trust Centre per Neuroimaging , UniversitàCollege London , Queen Square , Londra WC1N 3BG , UK .* Autore corrispondente . E - mail: parkhj@yuhs.acSchema di organizzazione gerarchica multiscala delle reti cerebrali. Funzione cerebrale ola cognizione può essere descritto come l'integrazione globale di ( separati ) per le operazioni neuronali localiche sottende messaggio gerarchica che passa tra le aree corticali , e che è facilitato dagerarchici architetture di rete modulari

Connection, Connection, Connection…

Ci sono circa 86 miliardi di neuroni nel cervello umano . SOPRA ILdecenni passati , abbiamo fatto enormi progressi nella comprensione della loro molecolare ,genetica e strutturale nonché la loro funzione . Tuttavia, il potere realedel sistema nervoso centrale sta nel buon coordinamento dei grandi numeridi neuroni . I neuroni sono quindi organizzati in molte scale diverse , dal piccolomicrocircuiti e le assemblee fino alle reti cerebrali regionali. per interagireefficacemente su tutti questi livelli , neuroni , nuclei , colonne corticali , e grandi areedevono essere collegati . Lo studio della connettività neuronale è cresciuto molto rapidamentenegli anni passati . I grandi gruppi di ricerca hanno recentemente unito le forze e formatoconsorzi per affrontare i problemi diffi cili di come indagare sperimentalmenteconnessioni nel cervello e come analizzare e dare un senso all'enormequantità di dati che si pone nel processo .Quest'anno ? ? S numero speciale neuroscienze è dedicato alla generale e anche gli aspetti più specifi c SEV -rale di ricerca sulla connettività nel cervello . abbiamo invitatoricercatori a rivedere più recenti progressi nei loro elds fi e per fornire noicon uno sguardo su ciò che il futuro può tenere in serbo .Per dare un senso di strutture più grandi , abbiamo fi RST devono capire la composizione dei loro elementi di base . Markov et al. ( p. 578 ) descrivono come la connettività inter- areale a livello di singola cellula , rivelata da anatomica quantitativatratto tracing , è rilevante per la nostra comprensione delle reti corticali di grandi dimensionie la loro organizzazione gerarchica .A diversi, ma anche in rapida crescita offerte di direzione di ricerca con l'uso dimisure di connettività per collegare la struttura del cervello e la cognizione . Dalla prospettiva della teoria delle reti , Park e Frisanco ( p. 579 ) rivedere la nostra attuale comprensione del rapporto struttura-funzione nelle reti del cervello di grandi dimensioni e la lorosottostanti meccanismi.Uno dei più grandi innovazioni nella comprensione pesantemente collegatocervello è stato lo sviluppo di metodi di scansione cerebrale non invasive , specialmente risonanza magnetica funzionale ( fMRI ) . Turk- Browne ( p. 580 )fornisce una panoramica dei recenti sviluppi interessanti in larga scala di dati fMRIanalisi , con un focus sugli approcci imparziali per l'esame whole-brain connettività fun- zionale durante compiti cognitivi . Aumento della potenza di calcolo oggiconsente di indagine della matrice di tutto il cervello correlazione , la correlazione - zione temporale di ogni voxel con ogni altro voxel in tutto il cervello , e l' applicazione di analisi multivariata del modello a questi dati di correlazione .Un sofisticato sistema che dipende dall'interazione sorprendentemente precisadi un gran numero di aree corticali è la capacità umana di produrre e lingua comprendere e musica . Zatorre ( p. 585 ) illustra come la plasticità cerebrale nellamusica e discorso domini possono essere influenzate da fattori che riguardano predisponentistruttura del cervello e la funzione .- PETER STERN