پژوهشگران دانشگاه ملبورن، دانشگاه بهداشت ملبورن استرالیا، و دانشگاه ملی سنگاپور در پژوهشی مشترک و بدیع که گزارش آن به تازگی منتشر شده است، به بررسی ریشه های کانکتومی و عصبی هویت انسان در مغز پرداختند.
اثر انگشت هویت انسان در مغز بر اساس کانکتوم
انسان ها بی همتا بوده و هویت انسان در مغز به شکلی خارق العاده متفاوت از دیگران است. تفاوت های فردی در هویت انسان در مغز در زمینه خصوصیات شخصیتی را می توان به تفاوت و تنوع در مدارها و ساختارهای عصبی مغز نسبت داد. هدف اصلی در پژوهش های نوروساینس هویت انسان در مغز شناسایی این روابط زیربنایی شکل دهنده هویت انسان است.
مفهوم اثر انگشت عصبی در هویت انسان در مغز اشاره این دارد که سازماندهی و ارتباطات مغز انسان ها به شکلی کاملاً انحصاری در هر فرد شکل می گیرد. در حقیقت در بررسی های هویت انسان در مغز تنوع و تفاوت فردی در ریخت شناسی، کارکرد، و ساختار مغزی به حدی زیاد است که می توان گفت نقشه مغزی هر فرد متفاوت از دیگران و منحصر به خودش است.
علت تفاوت شکل گیری هویت انسان در مغز بر اساس کانکتوم ها به دلیل ترکیبات بی نهایت عوامل محیطی با ژنتیکی در تاریخچه زندگی و رشد هر فرد است. طبق بررسی های هویت انسان در مغز، به نظر می رسد عمده تفاوت کانکتنوم های مغزی در شبکه های عصبی کرتکس پیشانی و آهیانه ای است. منظور از کانکتوم در پژوهش های هویت انسان در مغز، ارتباطات محلی و فرا محلی و وابستگی های فعالیتی بین بخش های مختلف مغز است.
روش پژوهش هویت انسان در مغز:
- در این پژوهش ترکیبی هویت انسان در مغز، از ترکیب روش های آزمایشی، تصویربرداری مغزی، مقایسه ای و پیمایشی به صورت تحلیل ثانوی استفاده شد.
- داده های پژوهش هویت انسان در مغز از پروژه کانکتوم انسان HCP استخراج شد. این دیتابیس شامل تصویربرداری مغزی 1206 بزرگسال سالم با اسکن MRI با کیفیت 3 تسلا بود.
- داده های 42 نفر از شرکت کنندگان به طور تصادفی مجدداً بررسی شد که به عنوان بازآزمایی الگوهای بدست آمده بود.
- اسکن های MRI به عمل آمده در حالت استراحت مغزی شرکت کنندگان بودند. شیوه های اسکن MRI شامل fMRI، sMRI و dwMRI بودند.
یافته های پژوهش هویت انسان در مغز:
- هویت انسان بیش از همه در نواحی پیشانی، گیجگاهی و آهیانه ای مغز انسان بازنمایی می شود.
- کانکتوم ساختاری و ریخت شناختی هویت انسان در مغز به حدی اختصاصی است که می توان با 100% دقت فرد را بر اساس اثر انگشت عصبی وی شناسایی کرد.
- ارتباطات کارکردی و میزان میلینه شدن در هویت انسان در مغز تاثیر چندانی نداشته و نمی توان بر اساس آن افراد در جمعیت متمایز و شناسایی نمود.
- بر خلاف هویت انسان، ارتباط کارکردی مغزی دقیق ترین پیش بینی کننده رفتار افراد است.
- در ایجاد هویت انسان در مغز، آن دسته از نواحی مغزی که از نظر تکاملی دیرتر شکل گرفته اند، نقش مهمی در ایجاد تمایز بین انسانها دارند.
- کرتکس تداعی (ارتباطی) یکی از مهمترین بخش های هویت انسان در مغز محسوب می شود.
راهبردهای کارکردی پژوهش هویت انسان در مغز:
- استفاده از تصویربرداری های MRI با کیفیت بالاتر از 3 تسلا منجر به مشاهده ویژگی های خاص و منحصر به فرد هویت مغزی در انسان می شود.
- استفاده از نقشه مغزی برای شناسایی هویت انسانی در مغز همچون اثر انگشت عصبی، روشی بسیار ایمن و کارآمد به حساب می آید.
- ایجاد خط پایه و اطلس برای هویت های انسانی در مغز بر اساس نقشه مغزی با استفاده از تصویربرداری های با کیفیت بسیار بالا، برای شناسایی زمینه های بالقوه بیماری های نورودژنراتیو همچون آلزایمر، دمانس (زوال عقل)، پارکینسون و تصلب چند گانه MS بسیار سودمند هستند.
High-resolution connectomic fingerprints: Mapping neural identity and behavior
Abstract
Connectomes are typically mapped at low resolution based on a specific brain parcellation atlas.
Here, we investigate high-resolution connectomes independent of any atlas, propose new methodologies to facilitate their mapping and demonstrate their utility in predicting behavior and identifying individuals.
Method:
Using structural, functional and diffusion-weighted MRI acquired in 1000 healthy adults, we aimed to map the cortical correlates of identity and behavior at ultra-high spatial resolution.
Using methods based on sparse matrix representations, we propose a computationally feasible high-resolution connectomic approach that improves neural fingerprinting and behavior prediction.
Results:
By using this high-resolution approach, we find that the multimodal cortical gradients of individual uniqueness reside in the association cortices.
Furthermore, our analyses identified a striking dichotomy between the facets of a person’s neural identity that best predict their behavior and cognition. These were compared to those that best differentiate them from other individuals.
Functional connectivity was one of the most accurate predictors of behavior yet resided among the weakest differentiators of identity.
Whereas, the converse was found for morphological properties, such as cortical curvature.
Conclusion:
This study provides new insights into the neural basis of personal identity and new tools to facilitate ultra-high-resolution connectomics.
Keywords
Brain connectivity, Human connectome project, Connectome fingerprinting, Multi-modal data, Neural behavior prediction, Cortical gradients, Dr. Amir Mohammad Shahsavarani brain identity connectomes, Mapping neural identity and behavior.
