docObszary strukturalne i funkcyjne mózgu
download 
Reklamacja Transkrypt
Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu
Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Spis treści Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Jarosław Piersa 2010-03-16 Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia 1 Wstęp Spis treści 2 Grafy losowe Jak charakteryzować grafy? 3 Sieci mózgowe Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne 4 Bibliografia Jarosław Piersa Spis treści Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Jak charakteryzować grafy? Wielkości charakterystyczne Średni stopień wierzchołków < k >= 1 X deg (v ) |V | v ∈V Rozkład stopni wierzchołków P(deg (x) = k) Graf jest bezskalowy jeżeli P(deg (x) = k) ∝ k −γ Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Jak charakteryzować grafy? Wielkości charakterystyczne Asortatywność — zależność (korelacja?) pomiędzy stopniami połączonych wierzchołków. Współczynnik klasteryzacji Ci = 2Ei ki (ki − 1) ki — ilość sąsiadów Ei — ilość krawędzi pomiędzy sąsiadami Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Jak charakteryzować grafy? Wielkości charakterystyczne Średnia długość ścieżki w grafie L Efektywność ∼ 1 L Gęstość połączeń Koszt połączeń Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Jak charakteryzować grafy? Wielkości charakterystyczne Istnienie hubów (wierzchołki o wysokich stopniach) Centralizacja — ilość najkrótszych ścieżek przechodzących przez dany węzeł Odporność na awarie: usunięcia wierzchołków lub / i krawędzie Modularność Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Sieci mózgowe strukturalne efektywne funkcjonalne Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Sieci strukturalne wyznaczone przez anatomiczną budowę tworzone są przez komórki neuronowe i połączenia synaptyczne tworzą architekturę na której powstają sieci funkcyjne Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Sieci strukturalne Jak badać? mikroskopy elektronowe odczyty elektrodowe białka fluorescencyjne (fluorescent proteins) Diffusion Tensor Imagining (DTI) Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Pierwsze wyniki krótkie połączenia synaptyczne są bardziej powszechne w korze mózgowej sieci wykazują tendencję do silnych skupisk krórka średnia długość ścieżek zdolność do reorganizacji w długim czasie Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Sieci efektywne obrazują faktyczą zależność pomiędzy elementami biorącymi udział w czynnościach poznawczych ale jeszcze nie doszliśmy to poziomu, w którym można je modelować Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Sieci funkcjonalne obrazują zależność pomiędzy obszarami mózgowymi współpracującymi (lub nie) podczas wykonywania prosych czynności zawierają się w ograniczeniach narzuconych przez topologię sieci strukturalnych Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Jak badać? fMRI odczyty elektrodowe (MEA) elektroencefalografia (EEG) magnetoencefalografia (MEG) symulacje komputerowe Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Odkrycia, hipotezy krótkie ścieżki przekładające się na dużą efektywność wysokie sklasteryzowanie przekładające się na odporność na uszkodzenia niskie zagęszczenie połączeń, sieci rzadkie rozkład potęgowy, czasami przechodzący na potęgowy z obcięciem wykładniczym (por. grafy A-B z mechanizmem starzenia się wierzchołków lub kosztem połączeń) możliwa reorganizacha sieci funkcyjnej w bardzo krótkiej skali czasowej (rzędu 0.1s) Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Odkrycia, hipotezy węzły z podobnymi wzorcami połączeń mają również podobną funkcjonalność rozbieżności między sieciami funkcjonalnymi a strukturalnymi w krótkim czasie działania zgodność topologii obu sieci w dłuższym czasie silne sugestie, że obie sieci są znacznie bardziej zależne niż aktualnie się uważa Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Jak symulować? Wybrać biologicznie motywowany model mózgowy Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Jak symulować? Uruchomić symulację lub skorzystać z danych z aparatury medycznej Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Jak symulować? Zapamiętać macierz połączeń synaptycznych (symulacja) Obliczyć macież korelacji aktywności albo informacji wzajemnej neuronów (fMRI) Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Strukturalne Sieci efektywne Sieci funkcjonalne Jak symulować? Obliczyć interesujące wielkości Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Bibliografia R. Albert, A. L. Barabasi, Statistical mechanics of complex networks, Reviews of modern physics, Vol 74, January 2002 E. Bullmore, O. Sporns, Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems, Nature Reviews, Neuroscience, vol 10, March 2009 V. Eguıluz, D. Chialvo, G. Cecchi, M. Baliki, V. Apkarian Scale-Free Brain Functional Networks, Physical Review Letters, PRL 94 018102, JAN 2005, Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu Wstęp Grafy losowe Sieci mózgowe Bibliografia Praca współfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego i Budżetu Państwa w ramach Zintegrowanego Programu Operacyjnego Rozwoju Regionalnego, Działania 2.6 „Regionalne Strategie Innowacyjne i transfer wiedzy” projektu własnego Województwa Kujawsko-Pomorskiego „Stypendia dla doktorantów 2008/2009 – ZPORR” Jarosław Piersa Obszary strukturalne i funkcyjne mózgu
