Схема картирования мозга - Outline of brain mapping

«Картирование человеческого мозга» перенаправляется сюда. Для научного журнала см. Картирование человеческого мозга (журнал).

Следующее контур предоставляется как обзор и актуальное руководство по картированию мозга:

Картирование мозга - набор методов нейробиологии, основанных на отображении (биологических) величин или свойств на пространственные представления (человеческого или нечеловеческого) мозга, в результате чего создаются карты. Картирование мозга далее определяется как исследование анатомии и функции головного и спинного мозга с использованием изображений (включая интраоперационную, микроскопическую, эндоскопическую и мультимодальную визуализацию), иммуногистохимии, молекулярной и оптогенетики, стволовых клеток и клеточных биология, инженерия (материалы, электрика и биомедицина), нейрофизиология и нанотехнологии.

Широкий охват

Доктрина нейронов

  • Доктрина нейронов - Набор тщательно продуманных элементарных наблюдений за нейронами. Для большей детализации, более актуальных и более сложных тем см. клеточный уровень раздел
  • Утверждает, что нейроны подпадают под более широкую Клеточная теория, который постулирует:
    • Все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток.
    • Клетка - это основная единица структуры, функции и организации всех организмов.
    • Все клетки происходят из уже существующих живых клеток.
  • Доктрина нейронов постулирует несколько элементарных аспектов нейронов:
    • Мозг состоит из отдельных клеток (нейронов), которые содержат специализированные функции, такие как дендриты, тело клетки и аксон.
    • Нейроны - это клетки, которые можно дифференцировать от других тканей тела.
    • Нейроны различаются по размеру, форме и структуре в зависимости от их местоположения или функциональной специализации.
    • У каждого нейрона есть ядро, которое является трофическим центром клетки (той частью, которая должна иметь доступ к питанию). Если клетка разделена, выживет только та часть, которая содержит ядро.
    • Нервные волокна являются результатом клеточных процессов и разрастаний нервных клеток. (Несколько аксонов связаны вместе, образуя одно нервное волокно. См. Также: Нейрофиламент. Затем несколько нервных волокон образуют одно большое нервное волокно. Миелин, электрический изолятор, образуется вокруг выбранных аксонов.
    • Нейроны образуются в результате деления клеток.
    • Нейроны связаны местами контакта, а не через непрерывность цитоплазмы. (А клеточная мембрана изолирует внутреннюю часть клетки от окружающей среды. Нейроны не общаются через прямой контакт цитоплазмы с цитоплазмой.)
    • Закон динамической поляризации. Хотя аксон может проводить в обоих направлениях, в ткани предпочтительнее направление передачи от ячейки к ячейке.
  • Элементы, добавленные позже к первоначальной доктрине нейронов
    • На месте контакта между двумя нейронами существует барьер для передачи, который может допускать передачу. (Синапс)
    • Единство передачи. Если между двумя ячейками установлен контакт, то этот контакт может быть либо возбуждающий или же тормозящий, но всегда будет одного типа.
    • По закону Дейла каждое нервное окончание высвобождает Один тип нейротрансмиттера.
  • Некоторые из основных постулатов доктрины нейронов были впоследствии подвергнуты сомнению, опровергнуты или обновлены. Увидеть клеточный уровень разделы для дополнительной информации.

Проекты карт, атласов и баз данных

  • Проект карты активности мозга 2013 NIH - проект стоимостью 3 миллиарда долларов по картированию каждого нейрона человеческого мозга за десять лет, основанный на проекте «Геном человека».
  • Инициатива NIH Brain Research through Advanced Innovative Neurotechnologies (BRAIN) [1]
  • Информационный сайт сообщества, указанный выше, где общественность может комментировать [2]
  • BigBrain Трехмерный атлас человеческого мозга высокого разрешения, созданный в рамках программы HBP.
  • Проект Human Connectome - 2009 NIH проект стоимостью 30 миллионов долларов по построению сетевой карты человеческого мозга, включая структурные (анатомические) и функциональные элементы. Особое внимание уделялось исследованиям дислексии, аутизма, болезни Альцгеймера и шизофрении. Смотрите также Коннектом комплексная карта нейронных связей в мозгу.
  • Атлас мозга Аллена 2003 Проект стоимостью 100 миллионов долларов, финансируемый Полом Алленом (Microsoft).
  • СОЕДИНЯТЬ. Этот проект объединяет ведущее в мире сообщество диффузионных МРТ в ЕС, чтобы сосредоточиться на фундаментальных достижениях, имеющих ключевое значение для долгосрочной реализации микроструктуры и картирования связности живого человеческого мозга, а также на использовании этой информации медицинскими и неврологическими исследователями.
  • BrainMaps База данных Национального института здравоохранения (NIH), включающая 60 терабайт сканов изображений приматов и не приматов, интегрированная с информацией о структуре и функциях.
  • NeuroNames Определяет мозг примерно в 550 начальный строений (около 850 уникальный структуры), к которому относятся все другие структуры, имена и синонимы. Перекрестно проиндексировано около 15 000 нейроанатомических терминов, включая множество синонимов на семи языках. Охват включает головной и спинной мозг четырех видов, наиболее часто изучаемых нейробиологами: человека, макака (обезьяна), крысы и мыши. Контролируемый стандартизованный словарь для каждой структуры расположен в однозначной строгой физической иерархии, и эти термины выбраны на основе легкости произношения, мнемонической ценности и частоты использования в последних нейробиологических публикациях. Включена связь каждой конструкции с ее надстройками и подструктурами. Управляемый словарь подходит для однозначного индексирования нейроанатомической информации в цифровых базах данных.
  • Десятилетие мозга 1990-1999 продвижение NIH и Библиотекой Конгресса «повысить осведомленность общественности о преимуществах, которые могут быть получены от исследований мозга». Информационные сообщения были нацелены на членов Конгресса, штат сотрудников и широкую общественность с целью содействия финансированию.
  • Talairach Atlas см. Жан Талаирах
  • Гарвардский атлас всего мозга см. Человеческий мозг
  • Шаблон MNI см. Вычисление медицинских изображений
  • Проект Голубой мозг и Искусственный мозг
  • Международный консорциум по картированию мозга см. Картирование мозга
  • Список баз данных нейробиологии
  • Набор инструментов NIH Набор инструментов Национального института здоровья (США) для оценки неврологической и поведенческой функции
  • Организация по картированию мозга человека Организация по картированию мозга человека (OHBM) - это международное сообщество, посвященное использованию нейровизуализации для обнаружения организации человеческого мозга.

Системы визуализации и записи

В этом разделе рассматриваются системы визуализации и записи. Общий раздел охватывает историю, нейровизуализацию и методы картирования определенных нейронных связей. Раздел конкретных систем охватывает различные конкретные технологии, включая экспериментальные и широко применяемые системы визуализации и записи.

Общий

Особые системы

  • Картирование корковой стимуляции
  • Диффузная МРТ (dMRI) - включает диффузионно-тензорная визуализация (DTI) и диффузная функциональная МРТ (DfMRI). dMRI - это недавний прорыв в картировании мозга, позволяющий визуализировать перекрестные связи между различными анатомическими частями мозга. Он позволяет неинвазивно визуализировать структуру волокон белого вещества и в дополнение к картированию может быть полезен при клинических наблюдениях аномалий, включая повреждения от инсульта.
  • Электроэнцефалография (ЭЭГ) Использует электроды на коже головы и другие методы для обнаружения электрического потока токов.
  • Электрокортикография внутричерепная ЭЭГ - практика использования электродов, помещаемых непосредственно на обнаженную поверхность мозга для регистрации электрической активности коры головного мозга.
  • Электрофизиологические методы клинической диагностики
  • Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ)
  • Вычисление медицинских изображений (исследование мозга ведущих медицинских и хирургических специалистов по использованию картографических технологий)
  • Нейростимуляция (в исследованиях стимуляция часто используется в сочетании с визуализацией)
  • Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) метод ядерной медицинской визуализации, позволяющий получить трехмерное изображение или картину функциональных процессов в организме. Система обнаруживает пары гамма-лучей, испускаемых косвенно позитронно-излучающим радионуклидом (трассером), который вводится в организм в виде биологически активной молекулы. Затем с помощью компьютерного анализа строятся трехмерные изображения концентрации индикаторов внутри тела. В современных сканерах трехмерное изображение часто выполняется с помощью компьютерной томографии, выполняемой пациенту во время одного сеанса на одном и том же аппарате.

Компоненты изображения и записи

Электрохимический

  • Гемодинамический ответ быстрая доставка крови к активным нервным тканям. Сигнал, зависящий от уровня оксигенации крови (ЖИРНЫЙ), соответствует концентрации дезоксигемоглобина. Эффект BOLD основан на том факте, что, когда активность нейронов увеличивается в одной части мозга, также увеличивается приток церебральной крови к этой области. Функциональная магнитно-резонансная томография становится возможной благодаря обнаружению ЖИРНОГО сигнала.
  • Функциональная магнитно-резонансная томография, связанная с событием может использоваться для обнаружения изменений гемодинамической реакции, зависящей от уровня кислорода в крови (жирный шрифт) на нервную активность в ответ на определенные события.

Электрические

  • Событийный потенциал положительные и отрицательные отклики от 10 мкм до 100 мкм вольт (мкм - миллионные доли), измеренные с помощью неинвазивных электродов, прикрепленных к коже головы, которые являются надежными и воспроизводимыми результатами определенного сенсорного, когнитивного или моторного события. Их также называют стереотипный электрофизиологический ответ на раздражитель. Они называются соматосенсорные вызванные потенциалы когда они вызваны сенсорными (а не когнитивными или моторными) стимулами. Последовательности колебаний напряжения записываются и разбиваются на положительные и отрицательные, а также по тому, как долго после стимула они наблюдаются. Например, [N100] - это отрицательное колебание, наблюдаемое между 80 и 120 миллисекундами (100 - средняя точка) после начала действия стимула. В качестве альтернативы, колебания напряжения помечаются в зависимости от их порядка: N1 - первое наблюдаемое отрицательное колебание, N2 - второе отрицательное колебание и т. Д. N100 (нейробиология), N200 (нейробиология), P300 (нейробиология), N400 (нейробиология), P600 (нейробиология). Первые отрицательные и положительные колебания (см. Визуальный N1, C1 и P1 (нейробиология) ) в ответ на зрительную стимуляцию представляют особый интерес для изучения чувствительности и избирательности внимания.

Электромагнитный

  • Магнитоэнцефалография - метод картирования активности мозга путем регистрации магнитных полей, создаваемых электрическими токами, возникающими естественным образом в головном мозге, с использованием очень чувствительных магнитометров. В исследованиях основным применением МЭГ является измерение курсы времени деятельности. МЭГ может разрешать события с точностью до 10 миллисекунд или быстрее, в то время как функциональная МРТ (фМРТ), которая зависит от изменений кровотока, может в лучшем случае разрешать события с точностью до нескольких сотен миллисекунд. МЭГ также точно определяет источники в первичной слуховой, соматосенсорной и моторной областях. Для создания функциональных карт коры головного мозга человека во время более сложных когнитивных задач МЭГ чаще всего сочетается с фМРТ, поскольку эти методы дополняют друг друга. Нейрональные (МЭГ) и гемодинамические (фМРТ) данные не обязательно совпадают, несмотря на тесную взаимосвязь между потенциалами локального поля (LFP) и сигналами, зависящими от уровня оксигенации крови (BOLD).

Радиологический

  • Позитроноизлучающий радионуклид (индикатор). Видеть Позитронно-эмиссионная томография
  • Альтансерин соединение, которое связывается с рецептором серотонина. Когда он мечен изотопом фтор-18, он используется в качестве радиолиганда в исследованиях мозга с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Визуальная обработка и улучшение изображения

  • Научная визуализация междисциплинарная отрасль науки, в первую очередь связанная с визуализацией трехмерных явлений (включая медицинские, биологические и другие), где упор делается на реалистичную визуализацию объемов, поверхностей, источников освещения и т. д., возможно, с динамикой (время ) компонент. Это считается отраслью информатики, которая является подмножеством компьютерной графики. Картирование мозга является основным бенефициаром достижений в области научной визуализации.
  • Обнаружение капли область компьютерного зрения. Капля - это область цифрового изображения, в которой некоторые свойства (например, яркость или цвет по сравнению с областями, окружающими эти области) постоянны или изменяются в пределах заданного диапазона значений; все точки в большом двоичном объекте можно считать в некотором смысле похожими друг на друга

Информационные технологии

  • Определение количества кластеров в наборе данных Типичное применение - сокращение данных: поскольку увеличение временного разрешения экспериментов фМРТ обычно приводит к последовательностям фМРТ, содержащим несколько сотен изображений, иногда необходимо вызвать извлечение признаков, чтобы уменьшить размерность пространства данных.
  • Дробная анизотропия мера, часто используемая в диффузионной визуализации, где считается, что она отражает плотность волокон, диаметр аксонов и миелинизацию в белом веществе. FA является расширением концепции эксцентриситета конических сечений в трех измерениях, нормированных на единицу измерения. Анизотропия - это свойство быть зависимым от направления, в отличие от изотропии, которое подразумевает идентичные свойства во всех направлениях.
  • Общая линейная модель - статистическая линейная модель. Его можно записать как Y = XB + U, где Y - матрица с серией многомерных измерений, X - матрица, которая может быть матрицей проекта, B - матрица, содержащая параметры, которые обычно должны оцениваться, а U - матрица. содержащие ошибки или шум. Он часто используется при анализе нескольких сканирований мозга в научных экспериментах, где Y содержит данные со сканеров мозга, X содержит переменные экспериментального дизайна и искажения. Смотрите также: статистическое параметрическое отображение
  • Ресэмплинг (статистика) см. раздел о проверках перестановок. Непараметрические тесты перестановки используются в фМРТ.

Программные пакеты

  • Анализ функциональных нейроизображений среда с открытым исходным кодом для обработки и отображения функциональных данных МРТ
  • Кембриджский анализ мозга репозиторий программного обеспечения, разработанный в Кембриджском университете для анализа функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ) в рамках Стандартной общественной лицензии GNU и работающий под Linux.
  • Статистическое параметрическое отображение - статистический метод изучения различий в активности мозга, записанных во время функциональных экспериментов по нейровизуализации с использованием технологий нейровизуализации, таких как фМРТ или ПЭТ. Он также может относиться к конкретному программному обеспечению, созданному Департаментом нейробиологии изображения Wellcome (часть Университетского колледжа Лондона) для проведения такого анализа.
  • ITK-SNAP интерактивное программное приложение, которое позволяет пользователям перемещаться по трехмерным медицинским изображениям, вручную определять интересующие анатомические области и выполнять автоматическую сегментацию изображений. Его наиболее часто используют для работы с наборами данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной томографии (КТ).
  • В Будапешт Справочный Коннектом сервер генерирует консенсусные брейнграфы с выбираемыми параметрами; графики можно скачать в аннотированных GraphML формат, а также могут быть немедленно просмотрены на сайте.

Ученые, ученые и исследователи

  • Марк С. Коэн нейробиолог, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Первопроходец в области функциональной визуализации мозга с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ).
  • Андерс Дейл нейробиолог и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он разработал FreeSurfer программное обеспечение для анализа изображений головного мозга, которое облегчает визуализацию функциональных областей сильно свернутой коры головного мозга.
  • Пьер Флор-Анри продемонстрировано в исследовании эпилептического психоза, что шизофрения относится к левым, а маниакально-депрессивные состояния относятся к эпилепсии правого полушария
  • Анжела Д. Фридеричи директор Института когнитивных исследований человека и мозга им. Макса Планка в Лейпциге, Германия, со специализацией в нейропсихологии и лингвистике.
  • Карл Дж. Фристон Британский нейробиолог и авторитет в области визуализации мозга. Изобретатель статистическое параметрическое отображение
  • Изабель Готье нейробиолог и руководитель лаборатории объектного восприятия в Университете Вандербильта
  • Мэтью Ховард, III Профессор нейрохирургии Университета Айовы, известный своим вкладом в области картирования человеческого мозга с использованием внутричерепной электрофизиологии.
  • Доктор Сурбхи Джайн, первая женщина-нейрохирург из штата Раджастан. Практикует онкологический центр Моффитта, Тампа, Флорида, и является мировым рекордсменом по количеству пациентов, пролеченных с помощью хирургии головного мозга под контролем картирования мозга.
  • Гитте Моос Кнудсен Гитте Моос Кнудсен, нейробиолог и клинический невролог, профессор университетской больницы Копенгагена.
  • Кеннет Квонг Ученый Гарвардского университета, известный своей работой в области фМРТ.
  • Роберт Ливингстон (ученый) (9 октября 1918 - 26 апреля 2002) нейробиолог в 1964 году Ливингстон основал кафедру нейробиологии, первую в своем роде в мире, в недавно построенном Калифорнийском университете в Сан-Диего. Его самое известное исследование было в области компьютерного картирования и визуализации человеческого мозга. Его интерес к мозгу также распространялся на вопросы познания, сознания, эмоций и духовности.
  • Хелен С. Майберг - профессор неврологии и психиатрии Университета Эмори. Специализация включает выявление нарушений функции мозга у пациентов с большой депрессией с помощью функциональной нейровизуализации.
  • Герайнт Рис глава Лондонского университетского колледжа факультета наук о мозге
  • Сидарта Рибейро нейробиолог и директор Института мозга Федерального университета Риу-Гранди-ду-Норти
  • Perminder Sachdev Нейропсихиатр, профессор Университета Нового Южного Уэльса и директор Центра здорового старения мозга
  • Педро Антонио Вальдес-Соса Заместитель директора Кубинского центра неврологии, который он основал в 1990 году. Его специализация включает статистический анализ электрофизиологических измерений, нейровизуализацию (фМРТ, ЭЭГ и томография МЭГ), нелинейное динамическое моделирование функций мозга, включая разработку программного обеспечения и электрофизиологического оборудования. Член редколлегии журнала NeuroImage, Medicc, Аудиоология и Невротология, PLosOne, и мозговой связи.
  • Роберт Тернер директор Института когнитивных исследований человека и мозга им. Макса Планка в Лейпциге, Германия, со специализацией в области физики мозга и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Ему приписывают создание дизайна катушек внутри каждого МРТ-сканера.
  • Арно Виллринджер Директор Института когнитивных исследований человека и мозга им. Макса Планка в Лейпциге, Германия

Научно-исследовательские институты

  • Лаборатория нейровизуализации научно-исследовательская лаборатория кафедры неврологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. В лаборатории проводятся разнообразные исследования нормальной анатомии и функции мозга, развития, старения и болезней с помощью визуализации мозга.
  • Центр науки здравоохранения Техасского университета, отделение радиологии - это второй по величине академический факультет радиологических наук в США. Департамент исторически был первой программой в Соединенных Штатах, которая учредила докторскую степень. программа для врачей-радиологов, известная как программа для выпускников Human Imaging. Смотрите также Стэнфордская радиология

Журналы

Смотрите также

Также категории
  • Категория: Мозг
  • Категория: Интерфейс мозг – компьютер
  • Категория: Нейроны центральной нервной системы
  • Категория: Человеческое поведение
  • Категория: Обработка изображений
  • Категория: Разум
  • Категория: Нервная система
  • Категория: Нейронная инженерия
  • Категория: Нейробиология
  • Категория: Журналы по нейровизуализации
  • Категория: Нейроны
  • Категория: Неврология
  • Категория: Нейронное кодирование
  • Категория: Нейровизуализация
  • Категория: Нейроинформатика
  • Категория: Научные центры неврологии
  • Категория: Политика науки - вопросы финансирования исследований мозга

Примечания и ссылки