Tworzenie nowego szablonu dla mózgu – Neuroscience News

streszczenie: Naukowcy opracowali OpenNeuro Average (onavg), nowy szablon powierzchni korowej, który poprawia dokładność i efektywność analizy danych neuroobrazowych.

Model ten opiera się na 1031 mózgach, co zapewnia bardziej spójną i mniej stronniczą mapę w porównaniu z poprzednimi modelami. Pozwala także na lepsze wykorzystanie danych, co ma kluczowe znaczenie w przypadku badań z ograniczonymi zbiorami danych.

Oczekuje się, że szablon onavg będzie miał szerokie zastosowanie w neuronauce poznawczej i klinicznej.

Kluczowe fakty:

1. Standaryzowana próbka: Uśrednianie próbek z różnych obszarów mózgu przeprowadza jednolite procesy, co zmniejsza błąd systematycznego.
2. Wydajność danych: Do precyzyjnej analizy potrzeba mniej danych, co ułatwia badania z ograniczonymi zbiorami danych.
3. Szerokie zastosowania: Przydatne w badaniach nad wzrokiem, językiem i chorobami neurodegeneracyjnymi.

źródło: Szkoła Dartmouth

Ludzki mózg jest odpowiedzialny za ważne funkcje, w tym za percepcję, pamięć, język, myślenie, świadomość i emocje.

Aby zrozumieć, jak działa mózg, naukowcy często wykorzystują neuroobrazowanie do rejestrowania aktywności mózgu uczestników, gdy mózg wykonuje zadanie lub odpoczywa. Funkcje mózgu są systematycznie regulowane w korze mózgowej, która jest zewnętrzną warstwą ludzkiego mózgu.

Naukowcy często wykorzystują tak zwany „model powierzchni korowej” do analizy danych neuroobrazowych i badania organizacji funkcjonalnej ludzkiego mózgu.

Każdy mózg ma inny kształt. Aby analizować dane neuroobrazowe wielu osób, badacze muszą zarejestrować dane w tym samym szablonie mózgu, co umożliwi identyfikację tej samej lokalizacji anatomicznej w różnych mózgach, nawet jeśli mózgi mają różne kształty. Miejsca te nazywane są „szczytami”.

W ciągu ostatnich 25 lat wprowadzono kilka wersji tych szablonów, a obecnie najczęściej stosowany szablon powierzchni korowej opiera się na danych zebranych z 40 mózgów.

Teraz naukowcom z Dartmouth udało się stworzyć nowy szablon powierzchni korowej o nazwie „OpenNeuro Average” lub w skrócie „onavg”, który zapewnia większą dokładność i wydajność w analizie danych neuroobrazowych.

Wyniki opublikowano w Metody natury.

„Nasz szablon powierzchni korowej, onavg, jest pierwszym, który równomiernie pobiera próbki z różnych części mózgu” – mówi główny autor Feilong Ma, doktorant i członek Haxby Lab na Wydziale Psychologii i Nauk o Mózgu w Dartmouth. „Jest to mniej stronnicza mapa i bardziej wydajna obliczeniowo”.

Zespół zbudował szablon w oparciu o anatomię kory mózgowej 1031 mózgów z 30 zbiorów danych w OpenNeuro – bezpłatnej platformie typu open source do udostępniania danych neuroobrazowych. Według współautorów jest to także pierwszy szablon powierzchni korowej oparty na geometrii mózgu.

Dla kontrastu, poprzednie szablony pobierały próbki z różnych części kory mózgowej nierównomiernie i opierały się na kształcie kuli w celu zlokalizowania wierzchołków kory, co prowadziło do błędów w rozmieszczeniu wierzchołków.

Dzięki szablonowi onavg do analizy potrzeba mniej danych.

„Uzyskiwanie danych za pomocą neuroobrazowania jest bardzo kosztowne, a w przypadku niektórych populacji klinicznych – na przykład w przypadku badania rzadkiej choroby – uzyskanie dużej ilości danych może być trudne lub niemożliwe” – mówi Felong Less jest zaletą”.

„Dzięki efektywniejszemu wykorzystaniu danych nasz szablon może zwiększyć odtwarzalność i odtwarzalność wyników w badaniach akademickich”.

„Wierzę, że onavg stanowi postęp metodologiczny, który ma szerokie zastosowanie we wszystkich aspektach neuronauki poznawczej i klinicznej” – mówi współautor James Haxby, profesor na Wydziale Psychologii i Nauk o Mózgu oraz były dyrektor Centrum Neuronauki Poznawczej w Dartmouth .

Mówi, że ich szablon powierzchni korowej można wykorzystać w badaniach nad wzrokiem, słuchem, językiem i różnicami indywidualnymi, a także nad zaburzeniami takimi jak autyzm i choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera i Parkinsona.

„Uważamy, że będzie to miało szeroki i głęboki wpływ na tę dziedzinę” – mówi Haxby. W badania wnieśli także wkład Jiahui Guo, były pracownik naukowy ze stopniem doktora w dziedzinie psychologii i nauk o mózgu oraz adiunkt w Szkole Nauk Behawioralnych i Mózgu na Uniwersytecie Teksasu w Dallas, oraz Maria Ida Gobini, profesor nadzwyczajny na Wydziale Nauk Medycznych i Chirurgicznych na Uniwersytecie w Bolonii.

Informacje o badaniach nad mapowaniem mózgu

autor: Amy Olson
źródło: Szkoła Dartmouth
Komunikacja: Amy Olson z Dartmouth College
zdjęcie: Zdjęcie zaczerpnięte z Neuroscience News

Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Szablon powierzchni korowej dla ludzkiej neuronauki„Napisane przez Feilong Ma i in.” Metody natury

podsumowanie

Szablon powierzchni korowej dla ludzkiej neuronauki

Analiza danych neuroobrazowych opiera się na normalizacji do standardowych szablonów anatomicznych w celu ustalenia głównych różnic anatomicznych między mózgami. Obecne szablony powierzchni ludzkiej kory mózgowej próbkują lokalizacje nierównomiernie z powodu zniekształceń wynikających z napompowania kory mózgowej złożonej do standardowego kształtu.

Tutaj przedstawiamy szablon onavg, który zapewnia jednolite próbkowanie kory.

Stworzyliśmy szablon onavg w oparciu o publicznie dostępne, wysokiej jakości skany strukturalne 1031 mózgów – 25 razy więcej niż istniejące szablony kory mózgowej. Zoptymalizowaliśmy lokalizację wierzchołków w oparciu o anatomię kory mózgowej, uzyskując równomierny rozkład.

Konsekwentnie obserwowaliśmy dokładność klasyfikacji wzorców wielowymiarowych i korelacje między uczestnikami w geometrii reprezentacyjnej w oparciu o onavg w porównaniu z innymi szablonami, a onavg potrzebuje tylko trzech czwartych danych, aby osiągnąć tę samą wydajność w porównaniu z innymi szablonami.

Ulepszone próbkowanie skraca również czas procesora w różnych algorytmach o od 1,3% do 22,4% ze względu na mniejsze różnice w liczbie wierzchołków w każdym reflektorze.