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