一時的に中断された脳機能の焦点およびコネクトミックマッピングのためのフレームワーク

Communications Biology volume 6、記事番号: 430 (2023) この記事を引用

1559 アクセス

1 引用

11 オルトメトリック

メトリクスの詳細

神経基質の分散した性質と、相関データから必然性を確立することの難しさが組み合わさって、脳機能のマッピングは、見かけよりもはるかに困難な作業となります。 結合的な解剖学的情報と機能の局所的な破壊を組み合わせることができる方法は、局所的な神経依存性と全体的な神経依存性、および単なる偶然の活動からの重大な依存性を明確にするために必要とされている。 今回我々は、まばらな破壊データに基づく局所的および結合的空間推論のための包括的なフレームワークを提示し、局所性てんかん患者の術前評価中の人間の内側前壁の一過性直接電気刺激という文脈でのその応用を実証する。 私たちのフレームワークは、統計的パラメトリック マッピング フレームワーク内でまばらにサンプリングされたデータに対するボクセル単位の質量一変量推論を形式化し、接続性の任意の基準によって定義された分散マップの分析を包含します。 この一過性ディスコネクトームアプローチを内側前頭壁に適用すると、運動および感覚行動の主要カテゴリーの局所的関連と分散的関連の間の顕著な不一致が明らかになり、純粋に局所的な分析では認識できない遠隔接続による区別が明らかになります。 私たちのフレームワークは、最小限の空間仮定、良好な統計効率、柔軟なモデル定式化、および局所効果と分散効果の明示的な比較を備えた、まばらにサンプリングされたデータに基づく人間の脳の破壊的なマッピングを可能にします。

機能的磁気共鳴画像法 (MRI) によって人間の脳のマッピング革命が始まってから 30 年が経過しましたが、神経環境の広範囲は依然として暗闇に覆われています。 このタスクの 2 つの重要な側面が進歩を阻害することがますます認識されてきています。それは、神経基質の分散した結合性 1,2 と、主に相関性のあるデータから必要性を確立することの難しさ 3,4 です。 それぞれの側面は、それ自体で恐るべき困難を伴います。分散基板の特性を評価するには、大規模なデータとその複雑さによって脆弱になる数学的モデルがなければ、遠隔相互作用の明示的なモデリングが必要です。 必要性を確立するには、通常は自然に得られる破壊的な証拠が必要です。これは、制御されていない局所的な病理学的病変が、その偶発的かつ不均一に分布する特性によって混乱させられた場合の行動的結果を通じて、通常は自然に得られるものです5、6。 これらの困難が組み合わさることで、相互に増幅されます。複雑なモデルをサポートするのに十分な規模と質のデータを臨床領域で取得するのは特に困難であり、病理学的損傷の分散パターンは、同様に分散した根底にある神経依存パターンと絡み合います (まれな例外を除いて 7)。 。 しかし、複数の神経サポートにより相関データからの推論がさらに困難になるため、破壊的な証拠を最も必要としているのは、正確に分散された基板である。

したがって、脳機能の結合的マッピングと破壊的マッピングの交差点における方法論的革新が緊急に必要とされており、現在の技術をスケーリングする実用性だけでなく、常に達成が困難なデータ量の必要性を減らすことにも細心の注意を払っています。 ここでは、直接皮質電気刺激（DCS）の臨床状況における人間の脳機能の結合破壊的マッピングへのシンプルで原則に基づいたアプローチを概念的に詳しく説明し、技術的に実装し、経験的に実証します。

理論的には、理想的なアプローチは、脳全体にわたる単一点遺伝子座に個別に、または組み合わせて適用された一時的な破壊の機能的影響を記録することです。 DCS は、（通常はてんかん性）病変の切除手術の評価を受ける患者の位置特定臨床ツールとして一般的に使用されており、おそらく他の利用可能なツールよりもこの理想に近いものです。 これにより、局所的かつ一時的な破壊が達成され、明確に定義された神経基質と観察または報告された行動結果との関係を因果的により堅牢に調べることが可能になります8。 臨床上の要請により場所の選択とサンプリング密度は必然的に制約されますが、各患者の複数の遺伝子座を動的に評価する機能により、調査対象の患者の最低限の数が示唆するよりも大量の有益なデータが得られます。 このアプローチは、接続性 12 を含む、外科的設定 10,11 における機能依存性 9 のマップを導出するためにすでに広く使用されていますが、事前に定義された関心領域に依存せずに局所効果と結合効果の両方を確実に定量化できる正式な枠組みの外にあります。