באמצעות אלגוריתם הם מכנים את Krakencoder, חוקרים ברפואת וייל קורנל הם צעד קרוב יותר לפתח את האופן בו חיווט המוח תומך באופן בו אנו חושבים ופועלים. המחקר, שפורסם ב -5 ביוני בשיטות טבע, השתמש בנתוני הדמיה מהפרויקט Connectome האנושי כדי ליישר פעילות עצבית עם המעגלים הבסיסיים שלו.
מיפוי האופן בו קשרים ודפוסי הפעילות האנטומיים של המוח קשורים להתנהגות הוא חיוני לא רק להבנת האופן בו המוח עובד באופן כללי, אלא גם לזיהוי סמנים ביולוגיים של מחלות, חיזוי תוצאות בהפרעות נוירולוגיות ותכנון התערבויות בהתאמה אישית.
פונה לפיל בחדר
המוח מורכב מרשת מורכבת של נוירונים מחוברים זה לזה שפעילותם הקולקטיבית מניעה את התנהגותנו. הקשר המבני מייצג את החיווט הגופני של המוח, המפה של האופן שבו אזורים שונים מחוברים אנטומית. היצירה האחרת של הפאזל היא הקשר התפקודי, המייצג דפוסים של פעילות עצבית בין חלקים שונים במוח, ומדגיש אזורים המפעילים יחד במהלך משימות ספציפיות או במנוחה. באופן מפתיע, מדענים גילו כי אזורים ש"חוו יחד "לא תמיד" יורים יחד ".
"אבל אנחנו עדיין רק מגרדים את פני השטח של האופן בו רשתות המוח מתייחסות למשימות של חיי היומיום, כמו פתרון בעיית מתמטיקה, לנהל שיחה עם חבר או לנהוג במכונית," אמר הסופר הבכיר ד"ר איימי קוצ'יסקי, פרופסור למתמטיקה ברדיולוגיה ובמדעי המוח ברפואת וייל קורנל.
בעוד שחוקרים רבים מדגמים את הקשר בין קונטומים פונקציונליים למבניים, הם מגלים מפות שונות. "כולם משתמשים בשיטות שונות כדי לצלם את רשתות המוח", הסביר ד"ר קוצ'יסקי. לדוגמה, בעת שימוש בהדמיית תהודה מגנטית (MRI) לסריקות מוח, שיטות שונות לעיבוד אותן תמונות גולמיות יכולות לייצר קונצרטים שונים.
ד"ר קוסיסקי משווה את גישה הטלאים הזו לבחינת פיל בחדר חשוך, שם אדם אחד נוגע בתא המטען, מישהו רגל, מישהו אחר אוזן. "ההנחה הבסיסית שלנו היא שכל קבוצת אפשרויות בצינורות ההדמיה והעיבוד מספקת מבט שונה של אותה מערכת בסיסית", אמר קית 'ג'מיסון, המחבר הראשון של המחקר ומחבר מחקר במעבדה של ד"ר קוצ'יסקי.
כדי לקבל ייצוג מקיף יותר, ד"ר קוצ'יסקי וצוותה בנו כלי שיכול לקחת את הקונטברים המבניים והפונקציונליים המיוצרים על ידי כל הגישות השונות הללו ולקרוס אותן יחד כדי לייצר פרשנות אחידה יותר.
בראשי ראיתי בזה מפלצת כלשהי עם זרועות מרובות שיכולות להושיט יד ולתפוס ייצוגים מוחיים שונים ולעכל ולהעביר אותם לחיבור אחד מאוחד. "
קית 'ג'מיסון, המחבר הראשון של המחקר
התוכנית המתקבלת, מקודדת אוטומטית הדוחסת ומשחזרת יותר מתריסר "טעמים" שונים של נתוני קלט, וכך נקראה Krakencoder.
זיהוי חיבורים המשחזר פונקציה אבודה
הצוות אימן את ה- Krakencoder בנתונים שנאספו ממעל 700 נבדקים שהשתתפו בפרויקט Connectome Human Connectome של המכונים הלאומיים. כחלק ממחקר זה, מתנדבים עברו סריקת MRI מבנית ופונקציונלית נרחבת.
החוקרים מצאו כי ה- Krakencoder איפשר להם לקחת את הקשר המבני של האדם ולחזות נכון את הקשר הפונקציונאלי של האדם בערך פי 20 בצורה מדויקת יותר מאשר גישות שפורסמו בעבר.
הייצוג המשולב והדחוס של Krakencoder חזה גם את גילו, מין האדם ואת ציוני הביצועים הקוגניטיביים שלהם שהתקבלו במבחנים שהועברו יחד עם סריקות ההדמיה שלהם. ציונים כאלה, ציין ד"ר קוסיסקי, קשה לשמצה על בסיס הדמיית מוח בלבד.
היכולת למפות פונקציות כמו קוגניציה לרשתות מוח ספציפיות היא המפתח להבנת האופן בו אנטומיה ופיזיולוגיה מולידים את ההתנהגויות והיכולות שלנו – וכיצד מחלות ופציעות יכולות לפגוע בביצועים שלנו.
בעתיד, ד"ר קוסיסקי ועמיתיה מתכננים לשלב את ה- Krakencoder עם כלי שינוי רשת שהם מכנים Nemo שיאפשר להם לבחון את הקשר של אנשים שמוחם נפגע ממחלות. כריסטי ג'יליס, סטודנטית לתואר שלישי במעבדת קוסיסקי, משתמשת בגישה זו כדי למפות תוצאות בעקבות שבץ מוחי.
"היא משווה את הקשר הפונקציונלי המיוצר על ידי צינור Nemo + Krakencoder, המבוסס רק על MRIs שנאספו בקביעות במרפאה, ל- MRI התפקודי של אדם. גילינו כי הקונטומים התפקודיים שלנו עושים עבודה טובה יותר בחיזוי ציוני המנוע של האדם ואת ציוני השפה של האדם במעקב," אמר ד"ר קוצ'יקסקי.
כלים אלה יכולים גם לזהות חיבורי רשת מוחית הקשורים לביצועים קוגניטיביים או מוטוריים משופרים. הגברת הפעילות של מעגלים פגומים – למשל, באמצעות גירוי מגנטי טרנס -גולני, טיפול המשתמש בפולסים מגנטיים כדי לעורר תאי עצב במוח – יכול לחזק את החיבורים הללו ולהאיץ את ההתאוששות.
