Beynin 'Fonksiyonel Parmak İzi'
Posted: Tue May 21, 2024 11:05 pm
Eşsiz bir nörolojik “fonksiyonel parmak izi” bilim insanlarının genetik, çevre ve yaşlanmanın beyin üzerindeki bağlantılı etkisini keşfetmesini sağlayabilir.
Beynin bölümleri arasındaki fonksiyonel bağlantıları inceleyen araştırmacılar, bu modellerin “parmak izinin” uzun yıllar boyunca bireyleri tanımlamak ve akrabalarını yabancılardan ayırmak için kullanılabileceğini buluyorlar.
Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi'nde araştırma görevlisi ve laboratuvar yöneticisi Michaela Cordova , “metal sökme” ile başlıyor: halkaları, saatleri, aletleri ve diğer metal kaynaklarını çıkarmak, sözleriyle gözden kaçan nesneler için ceplerini iki kez kontrol etmek , “İçeri gir.” Sonra tarama odasına girer, yatağı kaldırır ve indirir ve görüntüleme penceresinin genel yönünde bir kafa bobini ve bu sanal laboratuvar turunu sağlayan iPad kamerasını sallar (binlerce mil uzakta Massachusetts). Sesi, MRI tarayıcısına gömülü mikrofon tarafından hafifçe bozuluyor, bu da hafif bulanık bakış noktamdan parlayan mavi ağzı olan bir canavardan daha az endüstriyel bir kannoli gibi görünüyor. Ürkütücü tanımının her zamanki müşterisi ile rezonansa girebileceğini düşünemiyorum.
Cordova, çocuklarla birlikte çalışır, korkularını değerlendirir, tarayıcıya girip çıkarır, yumuşak kelimeler, Pixar filmler ve kıpırtıyı en aza indirecek atıştırmalıklar vaat eder. Bu çocuklar, beynin sinirsel bağlantılarını haritalamayı amaçlayan araştırmalara kayıtlıdır.
Toplu olarak “konektom” olarak bilinen beyin bölgeleri arasındaki fiziksel bağlantılar, insanları bilişsel olarak diğer türlerden ayıran şeyin bir parçasıdır. Ama bizi de birbirinden ayırıyorlar. Bilim adamları şimdi, belirli bir beynin genetik ve çevresel etkiler nedeniyle zaman içinde nasıl değişeceğini tahmin etmek amacıyla beyin yapı ve fonksiyonlarındaki ortaklıkları ve farklılıkları anlamak için nörogörüntüleme yaklaşımlarını makine öğrenimi ile birleştiriyorlar.
Doçent Damien Fair başkanlığındaki Cordova'nın çalıştığı laboratuvar, belirli görevleri yerine getirmek ve davranışı etkilemek için koordinasyon yapan beyin bölgelerinin haritası olan fonksiyonel bağlantı ile ilgilidir. Fuarın bir kişinin farklı sinirsel bağlantıları için özel bir adı vardır: fonksiyonel parmak izi. Rakamlarımızın uçlarındaki parmak izleri gibi, fonksiyonel bir parmak izi de her birimize özgüdür ve benzersiz bir tanımlayıcı olarak işlev görebilir.
“Beş yaşındaki çocuğumdan parmak izi alabilirim ve yine de 25 yaşındayken parmak izinin onun olduğunu bilebilirdim,” dedi Fair. Parmağı büyüyüp yaş ve deneyimle diğer değişikliklerden geçebilse de, “hala temel özellikler hepsi orada.” Aynı şekilde, Fair'in laboratuvarından ve diğerlerinin çalışması, birinin fonksiyonel bağlantısının özünün tanımlanabilir bir şekilde düzeltilebileceğini ima ediyor ve bir ömür boyu normal değişikliklerin büyük ölçüde öngörülebilir olduğunu.
Fonksiyonel bağlantıyı tanımlamak, izlemek ve modellemek, beyin imzalarının davranıştaki değişikliklere nasıl yol açtığını ortaya çıkarabilir ve bazı durumlarda belirli nöropsikiyatrik durumların gelişme riskini artırabilir. Bu amaçla, Fair ve ekibi, taramalar, çalışmalar ve nihayetinde klinik popülasyonlarda beyin bağlantısındaki kalıpları için sistematik olarak verilerini araştırır.
Bağlantıyı Karakterize Etme
Fonksiyonel konektomu haritalamak için geleneksel teknikler, her seferinde aktivitenin diğerine göre nasıl değiştiğini ilişkilendirmek için MRI verilerini kullanarak bir seferde sadece iki beyin bölgesine odaklanır. Birbirine göre değişen sinyallere sahip beyin bölgelerine 1 puanı verilir. Biri diğeri azalırken artarsa, bu –1 değeridir. İkisi arasında gözlemlenebilir bir ilişki yoksa, bu 0'dır.
Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi'nde nörobilim ve psikiyatri doçenti olan Damien Fair (sağda), beyin alanlarının görevler ve davranışlar sırasında birlikte nasıl çalıştığını haritalayan bir laboratuvara başkanlık ediyor. Yardımcı doçent Oscar Miranda-Dominguez ve araştırma görevlisi Michaela Cordova gibi meslektaşları ile Fair, insan deneklerden alınan MRI verilerini fonksiyonel “bağlantı” profillerine dönüştürüyor.
Jordan Sleeth / OHSU
Ancak bu yaklaşımın sınırlamaları vardır. Örneğin, her bir bölge komşu alanlardan gelen girdilerden de etkilenecek olsa da ve bu ekstra girdiler herhangi bir çiftin gerçek fonksiyonel bağlantısını maskeleyebilse de, bu bölge çiftlerini beynin geri kalanından bağımsız olarak değerlendirir. Bu tür varsayımların üstesinden gelmek, sadece bir alt küme değil, tüm beyin boyunca çapraz konuşmaya bakmayı ve aksi takdirde fark edilmemiş olabilecek bağlantılarda daha yaygın, bilgilendirici kalıpları ortaya çıkarmayı gerektirdi.
2010 yılında, Adil birlikte kaleme bir kağıt içinde Fen makine öğrenimini kullanarak ve MRG verilen bir beyin olgunluğa (veya “yaş”) tahmin etmek için, aynı anda dikkate korelasyon her çifti almaya tarar tanımladı. Bu işbirliği, aynı anda birden çok bağlantıda örüntüleri analiz eden tek kişi olmasa da, araştırma topluluğu genelinde bir vızıltı yarattı, çünkü bu örüntüleri belirli bir bireyin beyin yaşını tahmin etmek için kullanan ilk kişi oldu.
Dört yıl sonra , “fonksiyonel parmak izi” ifadesini içeren bir makalede, Fair'in ekibi fonksiyonel bağlantıyı haritalamak ve tek bir beyin bölgesinin aktivitesini tek bir bölgeden değil, tüm bölgelerle birlikte gelen sinyallere dayanarak tahmin etmek için kendi yöntemlerini tasarladı. bir başka.
Basit doğrusal modellerinde, tek bir bölgenin etkinliği, bölgeler arasındaki bazı iletişim hatları diğerlerinden daha güçlü olduğu için, her biri ağırlıklı olan diğer tüm alanların toplam katkılarına eşittir. Her alanın göreceli katkıları, fonksiyonel bir parmak izini benzersiz kılan şeydir. Araştırmacılar, doğrusal modeli oluşturmak için katılımcı başına sadece 2.5 dakikalık yüksek kaliteli MRI verilerine ihtiyaç duydu.
Hesaplamalarına göre, konektomun yaklaşık yüzde 30'u kişiye özgüdür. Bu bölgelerin çoğu, duyusal, motor ve görsel işleme gibi daha temel işlevlerle karşılaştırıldığında, öğrenme, bellek ve dikkat gibi daha bilişsel işlem gerektiren “üst düzey” görevleri yönetme eğilimindedir.
Fair, bu alanların bu kadar farklı olacağını mantıklı kılıyor, çünkü bu üst düzey kontrol bölgeleri özünde bizi biz yapan şey. Gerçekten de, frontal ve parietal korteksler gibi beyin bölgeleri evrim sürecinde daha sonra gelişti ve modern insanlar ortaya çıktıkça genişledi.
“İnsanlar arasında en çok neyin benzeyeceğini düşünürseniz, daha basit şeyler olurdu” dedi Fair, “parmaklarımı nasıl hareket ettirdiğim ve görsel bilgilerin başlangıçta nasıl işlendiği gibi.”
Damien Fair ve meslektaşlarının 2014 analizi, insan beynindeki fonksiyonel bağlantı modellerinin popülasyonda ne kadar değiştiğini değerlendirdi. Çoğunlukla daha fazla bilişsel işleme bağlı alanlarda, bağlantıların yaklaşık yüzde 30'u kişilere özgüdür.
Quanta Dergisi
History Books
Religion and Spirituality
Christian Books and Bibles
Commercial and Industrial Products
Health and Home
Beynin bölümleri arasındaki fonksiyonel bağlantıları inceleyen araştırmacılar, bu modellerin “parmak izinin” uzun yıllar boyunca bireyleri tanımlamak ve akrabalarını yabancılardan ayırmak için kullanılabileceğini buluyorlar.
Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi'nde araştırma görevlisi ve laboratuvar yöneticisi Michaela Cordova , “metal sökme” ile başlıyor: halkaları, saatleri, aletleri ve diğer metal kaynaklarını çıkarmak, sözleriyle gözden kaçan nesneler için ceplerini iki kez kontrol etmek , “İçeri gir.” Sonra tarama odasına girer, yatağı kaldırır ve indirir ve görüntüleme penceresinin genel yönünde bir kafa bobini ve bu sanal laboratuvar turunu sağlayan iPad kamerasını sallar (binlerce mil uzakta Massachusetts). Sesi, MRI tarayıcısına gömülü mikrofon tarafından hafifçe bozuluyor, bu da hafif bulanık bakış noktamdan parlayan mavi ağzı olan bir canavardan daha az endüstriyel bir kannoli gibi görünüyor. Ürkütücü tanımının her zamanki müşterisi ile rezonansa girebileceğini düşünemiyorum.
Cordova, çocuklarla birlikte çalışır, korkularını değerlendirir, tarayıcıya girip çıkarır, yumuşak kelimeler, Pixar filmler ve kıpırtıyı en aza indirecek atıştırmalıklar vaat eder. Bu çocuklar, beynin sinirsel bağlantılarını haritalamayı amaçlayan araştırmalara kayıtlıdır.
Toplu olarak “konektom” olarak bilinen beyin bölgeleri arasındaki fiziksel bağlantılar, insanları bilişsel olarak diğer türlerden ayıran şeyin bir parçasıdır. Ama bizi de birbirinden ayırıyorlar. Bilim adamları şimdi, belirli bir beynin genetik ve çevresel etkiler nedeniyle zaman içinde nasıl değişeceğini tahmin etmek amacıyla beyin yapı ve fonksiyonlarındaki ortaklıkları ve farklılıkları anlamak için nörogörüntüleme yaklaşımlarını makine öğrenimi ile birleştiriyorlar.
Doçent Damien Fair başkanlığındaki Cordova'nın çalıştığı laboratuvar, belirli görevleri yerine getirmek ve davranışı etkilemek için koordinasyon yapan beyin bölgelerinin haritası olan fonksiyonel bağlantı ile ilgilidir. Fuarın bir kişinin farklı sinirsel bağlantıları için özel bir adı vardır: fonksiyonel parmak izi. Rakamlarımızın uçlarındaki parmak izleri gibi, fonksiyonel bir parmak izi de her birimize özgüdür ve benzersiz bir tanımlayıcı olarak işlev görebilir.
“Beş yaşındaki çocuğumdan parmak izi alabilirim ve yine de 25 yaşındayken parmak izinin onun olduğunu bilebilirdim,” dedi Fair. Parmağı büyüyüp yaş ve deneyimle diğer değişikliklerden geçebilse de, “hala temel özellikler hepsi orada.” Aynı şekilde, Fair'in laboratuvarından ve diğerlerinin çalışması, birinin fonksiyonel bağlantısının özünün tanımlanabilir bir şekilde düzeltilebileceğini ima ediyor ve bir ömür boyu normal değişikliklerin büyük ölçüde öngörülebilir olduğunu.
Fonksiyonel bağlantıyı tanımlamak, izlemek ve modellemek, beyin imzalarının davranıştaki değişikliklere nasıl yol açtığını ortaya çıkarabilir ve bazı durumlarda belirli nöropsikiyatrik durumların gelişme riskini artırabilir. Bu amaçla, Fair ve ekibi, taramalar, çalışmalar ve nihayetinde klinik popülasyonlarda beyin bağlantısındaki kalıpları için sistematik olarak verilerini araştırır.
Bağlantıyı Karakterize Etme
Fonksiyonel konektomu haritalamak için geleneksel teknikler, her seferinde aktivitenin diğerine göre nasıl değiştiğini ilişkilendirmek için MRI verilerini kullanarak bir seferde sadece iki beyin bölgesine odaklanır. Birbirine göre değişen sinyallere sahip beyin bölgelerine 1 puanı verilir. Biri diğeri azalırken artarsa, bu –1 değeridir. İkisi arasında gözlemlenebilir bir ilişki yoksa, bu 0'dır.
Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi'nde nörobilim ve psikiyatri doçenti olan Damien Fair (sağda), beyin alanlarının görevler ve davranışlar sırasında birlikte nasıl çalıştığını haritalayan bir laboratuvara başkanlık ediyor. Yardımcı doçent Oscar Miranda-Dominguez ve araştırma görevlisi Michaela Cordova gibi meslektaşları ile Fair, insan deneklerden alınan MRI verilerini fonksiyonel “bağlantı” profillerine dönüştürüyor.
Jordan Sleeth / OHSU
Ancak bu yaklaşımın sınırlamaları vardır. Örneğin, her bir bölge komşu alanlardan gelen girdilerden de etkilenecek olsa da ve bu ekstra girdiler herhangi bir çiftin gerçek fonksiyonel bağlantısını maskeleyebilse de, bu bölge çiftlerini beynin geri kalanından bağımsız olarak değerlendirir. Bu tür varsayımların üstesinden gelmek, sadece bir alt küme değil, tüm beyin boyunca çapraz konuşmaya bakmayı ve aksi takdirde fark edilmemiş olabilecek bağlantılarda daha yaygın, bilgilendirici kalıpları ortaya çıkarmayı gerektirdi.
2010 yılında, Adil birlikte kaleme bir kağıt içinde Fen makine öğrenimini kullanarak ve MRG verilen bir beyin olgunluğa (veya “yaş”) tahmin etmek için, aynı anda dikkate korelasyon her çifti almaya tarar tanımladı. Bu işbirliği, aynı anda birden çok bağlantıda örüntüleri analiz eden tek kişi olmasa da, araştırma topluluğu genelinde bir vızıltı yarattı, çünkü bu örüntüleri belirli bir bireyin beyin yaşını tahmin etmek için kullanan ilk kişi oldu.
Dört yıl sonra , “fonksiyonel parmak izi” ifadesini içeren bir makalede, Fair'in ekibi fonksiyonel bağlantıyı haritalamak ve tek bir beyin bölgesinin aktivitesini tek bir bölgeden değil, tüm bölgelerle birlikte gelen sinyallere dayanarak tahmin etmek için kendi yöntemlerini tasarladı. bir başka.
Basit doğrusal modellerinde, tek bir bölgenin etkinliği, bölgeler arasındaki bazı iletişim hatları diğerlerinden daha güçlü olduğu için, her biri ağırlıklı olan diğer tüm alanların toplam katkılarına eşittir. Her alanın göreceli katkıları, fonksiyonel bir parmak izini benzersiz kılan şeydir. Araştırmacılar, doğrusal modeli oluşturmak için katılımcı başına sadece 2.5 dakikalık yüksek kaliteli MRI verilerine ihtiyaç duydu.
Hesaplamalarına göre, konektomun yaklaşık yüzde 30'u kişiye özgüdür. Bu bölgelerin çoğu, duyusal, motor ve görsel işleme gibi daha temel işlevlerle karşılaştırıldığında, öğrenme, bellek ve dikkat gibi daha bilişsel işlem gerektiren “üst düzey” görevleri yönetme eğilimindedir.
Fair, bu alanların bu kadar farklı olacağını mantıklı kılıyor, çünkü bu üst düzey kontrol bölgeleri özünde bizi biz yapan şey. Gerçekten de, frontal ve parietal korteksler gibi beyin bölgeleri evrim sürecinde daha sonra gelişti ve modern insanlar ortaya çıktıkça genişledi.
“İnsanlar arasında en çok neyin benzeyeceğini düşünürseniz, daha basit şeyler olurdu” dedi Fair, “parmaklarımı nasıl hareket ettirdiğim ve görsel bilgilerin başlangıçta nasıl işlendiği gibi.”
Damien Fair ve meslektaşlarının 2014 analizi, insan beynindeki fonksiyonel bağlantı modellerinin popülasyonda ne kadar değiştiğini değerlendirdi. Çoğunlukla daha fazla bilişsel işleme bağlı alanlarda, bağlantıların yaklaşık yüzde 30'u kişilere özgüdür.
Quanta Dergisi
History Books
Religion and Spirituality
Christian Books and Bibles
Commercial and Industrial Products
Health and Home