Dinamica dezvoltării conexiunilor cerebrale

O structură similară unui copac în creștere poate descrie dezvoltarea relațiilor creierului uman: fenomenul descoperit acum pare a fi aplicabil și pentru a determina direcția relațiilor creierului.

Grupul PIT Bioinformatică al Institutului de Matematică al Universității Eötvös Loránd se ocupă cu teoria graficelor și prelucrarea matematică a datelor din Human Connectome Project, un program de cercetare a științei creierului din Statele Unite, de mulți ani. Un model consens al conexiunilor creierului uman a fost dezvoltat în 2015: filtrarea variabilității personale, modelul conține doar relațiile găsite la mulți subiecți, adică, graficul creierului descrie relațiile dintre graficul comun al creierului uman și nu creierul unui individ. Serverul web a fost lăudat anterior de Neuroscience Letters. Rezultatul anului trecut se bazează pe descoperirea publicată în prestigioasele coloane PLOS ONE din 30 iunie 2016.

În biologie, este extrem de rar să studiezi multe grafice diferite pe același set de vârfuri. Cu toate acestea, în cazul graficelor cerebrale, aceasta este situația tipică: vârfurile corespund unor zone identificate din punct de vedere anatomic de 1-1,5 centimetri pătrați din substanța cenușie a creierului și sunt conectate prin două vârfuri cu o margine dacă există o conexiune directă și fibroasă. la vârfuri este detectată printr-o procedură de difuzare bazată pe RMN. între zonele de substanță cenușie. Serverul web poate fi utilizat pentru a afișa și vizualiza conexiunile creierului care apar la frecvențe mai mici sau mai mari., adică marginile mai rare și mai frecvente ale graficului cerebral.

Csaba Kerepesi, doctorand la grupul de cercetare ELTE, a făcut o remarcă extrem de surprinzătoare după publicarea serverului web. Marginile care sunt prezente la 100% dintre subiecții testați sunt evident mai puțin numeroase decât muchiile care sunt prezente la cel puțin 75% dintre subiecți, iar acestea sunt mai mici decât cele care sunt prezente la cel puțin 50% dintre subiecți. cel puțin 25% sunt prezenți. Deci, dacă ne uităm la conexiunile creierului care sunt prezente la cel puțin x% dintre subiecți și reducem x de la 100 la 1, atunci vom obține din ce în ce mai multe conexiuni, vor exista din ce în ce mai multe margini în graficul nostru. Observația uimitoare este că marginile nu apar aleatoriu, împrăștiate prin scăderea parametrului x, ci ca un copac în creștere, legat în cea mai mare parte de marginile existente. (Acest lucru este, de asemenea, prezentat în figura atașată, o animație a fenomenului poate fi vizualizată aici. Pe serverul web ELTE, oricine poate experimenta fenomenul prin deplasarea glisorului „Încredere minimă a muchiei” de la dreapta la stânga după selectarea „Afișare opțiuni ”și vizionarea marginilor apar.)

Cercetătorii Grupului de Bioinformatică al Universității Eötvös Loránd, Csaba Kerepesi, Balázs Szalkai și Bálint Varga, doctoranzi și profesorul Vince Grolmusz, presupun că o structură similară cu un copac în creștere descrie dezvoltarea relațiilor creierului uman. Relațiile care apar mai întâi sunt aceleași la aproape toți subiecții, iar diferențele individuale mici se adună treptat în timpul formării relațiilor, astfel încât, în cazul relațiilor ulterioare, variabilitatea dintre indivizi a fost mult mai mare decât în precedentele .

Dacă presupunerea de mai sus este corectă, atunci, pe lângă descrierea dezvoltării conexiunilor cerebrale, fenomenul descoperit acum poate fi aplicabil și pentru a determina direcția conexiunilor cerebrale; până acum, metodele bazate pe RMN nu au oferit o cale.