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摘要:布法羅大學的一項開創性研究使用大腦刺激來評估大腦活動的大規模模式在認知係統之間和人與人之間的差異。
我們在布法羅大學的研究探索了大腦活動及其與認知係統的關係。每個認知係統都由一個與不同功能相連的大腦區域網絡組成。我們使用計算建模來研究大腦是如何工作的，通過繪製出大腦的不同區域以及它們在不同人身上是如何連接的。在每個實驗對象的大腦中，有一個區域受到了刺激。然後，一個數學框架測量了不同認知係統的大腦活動是如何同步的。
當我們試圖開發個性化的醫療策略時，理解大腦網絡中的個體差異將變得越來越重要。我們需要知道大腦的哪些部分更容易變化，我們需要一個框架來測量這種變化。我們的嵌合體框架允許定量評估個體對刺激的反應中哪些認知係統更多變。了解特定的大腦區域對不同個體的刺激表現出高度不同的反應，可以幫助臨床醫生製定個性化的治療策略，了解這些模式在不同疾病中的變化將是未來重要的工作。
這項研究的發現證實並擴展了大腦結構-功能關係的知識。他們還證明，你可以調查關鍵的認知狀態，其中整合和隔離之間的平衡是適應性認知所必需的。該方法被應用於來自健康個體的大腦網絡。量化其他人群的同步性模式，並測量在健康人群中觀察到的差異，可能會進一步深入了解結構變化如何影響功能。
在現實中，使用不同的功能測量技術，如功能性磁共振成像(MRI)、腦電圖、腦磁成像和正電子發射斷層掃描，在大腦中觀察到的神經元活動模式是在結構連接基礎設施之上發展的複雜神經生理活動的結果。我們使用計算模擬來進行矽刺激實驗，並測量同步的結果模式。然而，認知-嵌合體框架並不局限於模擬數據，可以應用於所有類型的實驗數據。
未來的研究可以擴展矽實驗，使用實驗數據來檢查嵌合體狀態，為提高健康參與者的表現或在臨床人群中個性化用藥提供機會。腦刺激目前被用作某些疾病(如帕金森病)的治療選擇。情況可能是這樣的，這個框架可以幫助臨床醫生識別新的刺激位點，這些刺激位點將大腦網絡驅動到所需的狀態，或者幫助臨床醫生理解為什麼治療對某些人不那麼有效。關於大腦刺激是如何起作用的，我們還有很多不知道的地方，但我們的嵌合體框架讓我們開始測量刺激的效果，並了解它在不同的人和大腦區域之間是如何變化的。
這項研究提供了一種量化和描述在大腦中觀察到的部分同步模式的方法。我們可以使用這個框架來理解健康人群中的個體差異，以及不同的認知係統如何改變非健康人群中的相互作用模式。
這項研究是由UB、ARL、哥倫比亞大學、賓夕法尼亞大學、卡內基梅隆大學和加州大學聖巴巴拉分校合作進行的。這項研究由陸軍協同技術聯盟(cancta.net)資助。
要點
- 大腦網絡的個體差異性對於製定個性化醫療策略將變得越來越重要。
- 這個框架可以幫助臨床醫生識別新的刺激位點，使大腦網絡進入所需的狀態，也可以幫助臨床醫生理解為什麼治療對某些人不那麼有效。
- 這個框架提供了一種量化和描述在大腦中觀察到的部分同步模式的方法。
