Конектом людини: нові підходи до картування нейронних мереж
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2025.3.196-201Ключові слова:
конектом, нейронні мережі, дифузійна тензорна томографія, функціональна МРТ, штучний інтелект, мозкові мережі, нейровізуалізація.Анотація
Вступ. Дослідження конектому людини, тобто цілісної карти структурних і функціональних зв’язків головного мозку, є одним із ключових напрямів сучасної нейронауки. Розуміння організації нейронних мереж відкриває нові перспективи для діагностики та лікування неврологічних і психічних захворювань, а також для розробки інноваційних підходів у нейротехнологіях. Останні десятиліття характеризуються швидким розвитком методів візуалізації та комп’ютерного моделювання, що дозволяє значно розширити уявлення про архітектоніку мозкових мереж. Мета. Метою статті є аналіз сучасних методів картування конектому людини та визначення їх переваг, обмежень і перспектив розвитку. Методи. Проведено огляд публікацій у базах PubMed, Scopus, Web of Science за останні два десятиліття, що присвячені структурній і функціональній конектоміці. Особливу увагу приділено методам дифузійної тензорної томографії (DTI), функціональної магнітно-резонансної томографії (fMRI), магнітоенцефалографії (MEG),
електроенцефалографії (EEG), а також новим підходам, які поєднують мульти-модальні методики та алгоритми штучного інтелекту. Результати. Структурна конектоміка базується переважно на DTI та трактоґрафії, що дозволяє візуалізувати провідні шляхи мозку, однак має обмеження у точності для дрібних волокон. Функціональна конектоміка ґрунтується на fMRI, EEG та MEG, які відображають синхронізацію активності різних ділянок мозку в реальному часі. Інтеграція структурних і функціональних даних забезпечує більш повну картину роботи мозку. Перспективним напрямом є використання штучного інтелекту для аналізу великих масивів даних, що дозволяє виявляти нові закономірності у зв’язках нейронних мереж. Підсумок. Сучасні методи картування конектому людини створюють основу для більш глибокого розуміння нейронної організації мозку та мають значний потенціал у клінічній нейронауці. Подальший розвиток мульти-модальних технологій та алгоритмів машинного навчання сприятиме створенню більш точних моделей конектому, що дозволить оптимізувати діагностику, прогнозування та лікування захворювань нервової системи.
Посилання
Sporns O, Tononi G, Kötter R. The human connectome: A structural description of the human brain. PLoS Comput Biol. 2005;1(4):e42. doi: 10.1371/journal.pcbi.0010042.
Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, Wedeen VJ, Sporns O. Mapping the structural core of human cerebral cortex. PLoS Biol. 2008;6(7):e159. doi: 10.1371/journal.pbio. 0060159.
Van Essen DC, Smith SM, Barch DM, Behrens TE, Yacoub E, Ugurbil K; WU-Minn HCP Consortium. The WU-Minn Human Connectome Project: An overview. Neuroimage. 2013;80:62-79. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.05.041.
Fornito A, Zalesky A, Bullmore ET. Fundamentals of Brain Network Analysis. 1st ed. San Diego: Academic Press; 2016.
Biswal BB, Mennes M, Zuo XN, Gohel S, Kelly C, Smith SM, et al. Toward discovery science of human brain function. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107(10):4734-9. doi: 10.1073/pnas.0911855107.
Fox MD, Raichle ME. Spontaneous fluctuations in brain activity observed with functional magnetic resonance imaging. Nat Rev Neurosci. 2007;8(9):700-11. doi: 10.1038/nrn2201.
Van Dijk KR, Hedden T, Venkataraman A, Evans KC, Lazar SW, Buckner RL. Intrinsic functional connectivity as a tool for human connectomics: theory, properties, and optimization. J Neurophysiol. 2010;103(1):297-321. doi: 10.1152/jn.00783.2009.
Deco G, Jirsa VK, McIntosh AR. Emerging concepts for the dynamical organization of resting-state activity in the brain. Nat Rev Neurosci. 2011;12(1):43-56. doi: 10.1038/nrn2961.
Bassett DS, Bullmore ET. Small-world brain networks. Neuroscientist. 2006;12(6):512-23. doi: 10.1177/1073858406293182.
Smith SM, Vidaurre D, Beckmann CF, Glasser MF, Jenkinson M, Miller KL, et al. Functional connectomics from resting-state fMRI. Trends Cogn Sci. 2013;17(12):666-82. doi: 10.1016/ j.tics.2013.09.016.
Arslan S, Ktena SI, Makropoulos A, Robinson EC, Rueckert D, Parisot S. Human brain mapping: A systematic comparison of parcellation methods for the human cerebral cortex. Neuroimage. 2018;170:5-30. doi: 10.1016/j.neuroimage. 2017.04.014.
Breakspear M. Dynamic models of large-scale brain activity. Nat Neurosci. 2017;20(3):340-52. doi: 10.1038/nn.4497.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
