人脑“谈话”的新模式可以为脑病，认知的研究提供信息

印第安纳大学的一个神经科学家团队建立了一个新的人类大脑网络模型，该模型有助于解释大脑是如何工作的。

该型号提供了一个新的探索工具个体差异在大脑网络对脑疾病和疾病的分类至关重要，以及理解人类行为和认知能力至关重要。该模型突出显示不同的脑结构 - 细胞，细胞组或特定区域 - 以及那些结构之间的持续的重叠系列“谈话”，这些结构在更精确的时间刻度上跟踪而不是以前通过其他方法提供的。

“这项新研究的高级作者Richard Betzel说：”该模型对大脑提供了一种新的透视，这对我们已经了解的大脑职能如何了解。“自然神经科学。贝策尔是印第安纳大学布鲁明顿艺术与科学学院心理与脑科学系的教授。“它突出了新的组织特征，我们希望在未来的道路上使用作为诊断工具或作为某些疾病的生物标记。”

因为新模型生动地描述了大脑网络中的个体差异——区分一个人与另一个人的大脑网络的特殊签名或指纹——研究人员相信它可能有助于对大脑紊乱和疾病进行分类。

Betzel的实验室已经开始使用这个模型在孤独症谱系障碍的分类与IU心理和脑科学自闭症研究员Dan Kennedy。与印第安纳阿尔茨海默病研究中心的研究员IU医学院,IU神经学家奥拉夫斯波恩已开始使用模型的上下文中痴呆、记忆任务和执行任务,是否能找到一个标记对于阿尔茨海默氏症的风险。

该模型还可以帮助研究人员理解其中的原因脑网络与特定类型的行为或能力有关的认知任务。

“我们只划伤了表面，”贝泽尔在研究中的合作者桑德斯说。“这就是让项目如此令人兴奋的是什么：有一种新的东西。”

在拥挤的房间里的谈话片段'

研究人员利用已有的三个大型数据集，利用印第安纳大学网络科学家Yong Yeol Ahn的理论工作构建了他们的模型，Yong Yeol Ahn是印第安纳大学卢迪信息、计算和工程学院的副教授。研究人员没有模拟网络“节点”之间的相互作用，每个节点代表一个不同的大脑结构，而是建立了一个“边缘”——节点之间的连接——位于前端和中心的大脑模型。

通过采取这一步骤，“我们将焦点转移到脑区对跨越时代的对，”贝泽尔说。“而不是说大脑两部分中的激活是相关的，我们得到了对话本身的信号。我们的网络告诉我们关于共同活动，谈话，没有人以前做过的谈话。”

继续像比喻，泪花，“我们考虑这些边缘社区的一种方式是脑区如何互相交谈，作为一个拥挤的房间的谈话片段。”

从节点到边缘的转换添加了旧模型中不存在的复杂性层。新的边缘方法使用共有200个节点或200个脑结构，它们之间有19,900个连接，并查看这些连接之间的链接。这些19,990个连接之间的链接超过1.5亿。

“虽然追踪这么多数据比较复杂，也需要更强大的计算机，但通过这个新镜头观察数据，可以发现很多我们以前看不到的联系，”Sporns实验室的研究生、合作者约书亚·法斯科维茨(Joshua Faskowitz)说。“它揭示了传统的以节点为中心的方法以前不会敏感的关系。”

正如贝策尔所说，“我们有一个不同的视角来观察大脑。”

普遍重叠

模型的一个关键优势是它提供“普遍重叠”的视图，每个大脑结构参与多个正在进行的对话的程度。新的模型代表大脑区域的多功能性，随着大脑的每个部分参与几个功能。

“我们认为这种普遍的重叠可能是大脑的一个基本特征，”Betzel说。“我们正在描绘一幅大脑图像，其中有比我们之前看到的更多的互动。”

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