Esboço do mapeamento do cérebro - Outline of brain mapping

O seguinte esboço é fornecido como uma visão geral e um guia tópico para o mapeamento do cérebro:

Mapeamento cerebral - conjunto de técnicas neurocientíficas baseadas no mapeamento de quantidades ou propriedades (biológicas) em representações espaciais do cérebro (humano ou não humano) resultando em mapas. O mapeamento cerebral é ainda definido como o estudo da anatomia e função do cérebro e da medula espinhal por meio do uso de imagens (incluindo imagens intra-operatórias, microscópicas, endoscópicas e multimodais), imunohistoquímica, molecular e optogenética, células-tronco e celulares biologia, engenharia (material, elétrica e biomédica), neurofisiologia e nanotecnologia.

Amplo escopo

A doutrina do neurônio

Doutrina do neurônio - um conjunto de observações elementares cuidadosamente construídas sobre os neurônios. Para obter mais granularidade, tópicos mais atuais e mais avançados, consulte a seção de nível de celular
Afirma que os neurônios se enquadram na teoria celular mais ampla , que postula:
- Todos os organismos vivos são compostos de uma ou mais células.
- A célula é a unidade básica de estrutura, função e organização em todos os organismos.
- Todas as células vêm de células vivas preexistentes.
A doutrina do neurônio postula vários aspectos elementares dos neurônios:
- O cérebro é composto de células individuais (neurônios) que contêm características especializadas, como dendritos , um corpo celular e um axônio .
- Os neurônios são células diferenciáveis de outros tecidos do corpo.
- Os neurônios diferem em tamanho, forma e estrutura de acordo com sua localização ou especialização funcional.
- Cada neurônio tem um núcleo, que é o centro trófico da célula (a parte que deve ter acesso à nutrição). Se a célula for dividida, apenas a parte que contém o núcleo sobreviverá.
- As fibras nervosas são o resultado de processos celulares e o crescimento de células nervosas. (Vários axônios são unidos para formar uma fibrila nervosa. Veja também: Neurofilamento . Várias fibrilas nervosas então formam uma grande fibra nervosa. A mielina , um isolante elétrico, se forma em torno de axônios selecionados.
- Os neurônios são gerados pela divisão celular.
- Os neurônios são conectados por locais de contato e não por meio de continuidade citoplasmática. (Uma membrana celular isola o interior da célula de seu ambiente. Os neurônios não se comunicam por meio do contato direto do citoplasma com o citoplasma.)
- Lei da polarização dinâmica. Embora o axônio possa conduzir em ambas as direções, no tecido há uma direção preferencial de transmissão de célula para célula.
Elementos adicionados posteriormente à doutrina inicial do Neurônio
- Existe uma barreira à transmissão no local de contato entre dois neurônios que podem permitir a transmissão. (Sinapse)
- Unidade de transmissão. Se um contato é feito entre duas células, então esse contato pode ser excitatório ou inibitório , mas sempre será do mesmo tipo.
- Pela lei de Dale, cada terminal nervoso libera um único tipo de neurotransmissor.
Alguns dos postulados básicos da doutrina do Neurônio foram posteriormente questionados, refutados ou atualizados. Consulte os tópicos da seção de nível de celular para obter informações adicionais.

Projetos de mapa, atlas e banco de dados

Brain Activity Map Project 2013 Projeto de US $ 3 bilhões do NIH para mapear todos os neurônios do cérebro humano em dez anos, com base no Projeto Genoma Humano.

NIH Brain Research por meio da iniciativa Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) [1]
Site de alcance da comunidade acima, onde o público pode comentar [2]

Projeto Cérebro Humano (UE) - 1 bilhão de euros, projeto de 10 anos para simular o cérebro humano com supercomputadores.

BigBrain Um atlas 3D de alta resolução do cérebro humano criado como parte do HBP.

Human Connectome Project - 2009 Projeto de US $ 30 milhões do NIH para construir um mapa de rede do cérebro humano, incluindo elementos estruturais (anatômicos) e funcionais. A ênfase incluiu pesquisas sobre dislexia, autismo, doença de Alzheimer e esquizofrenia. Veja também Connectome a, mapa abrangente de conexões neurais no cérebro.
Allen Brain Atlas 2003 Projeto de $ 100 milhões financiado por Paul Allen (Microsoft)
CONECTAR . Este projeto reúne a comunidade MRI de difusão líder mundial da UE para se concentrar nos avanços fundamentais para a realização a longo prazo da microestrutura e mapeamento de conectividade do cérebro humano vivo, bem como a exploração dessa informação por pesquisadores médicos e neurocientíficos.
Banco de dados do BrainMaps National Institute of Health (NIH), incluindo 60 terabytes de varreduras de imagens de primatas e não primatas, integrado com informações que cobrem a estrutura e a função.
NeuroNames Define o cérebro em termos de cerca de 550 estruturas primárias (cerca de 850 estruturas únicas ) às quais todas as outras estruturas, nomes e sinônimos estão relacionados. Cerca de 15.000 termos neuroanatômicos são indexados, incluindo muitos sinônimos em sete idiomas. A cobertura inclui o cérebro e a medula espinhal das quatro espécies mais frequentemente estudadas por neurocientistas: humano, macaco (macaco), rato e camundongo. O vocabulário padronizado e controlado para cada estrutura está localizado em uma hierarquia física estrita e inequívoca, e esses termos são selecionados com base na facilidade de pronúncia, valor mnemônico e frequência de uso em publicações neurocientíficas recentes. A relação de cada estrutura com suas superestruturas e subestruturas está incluída. O vocabulário controlado é adequado para indexar exclusivamente informações neuroanatômicas em bancos de dados digitais.
Promoção da Década do Cérebro 1990-1999 pelo NIH e pela Biblioteca do Congresso "para aumentar a conscientização pública sobre os benefícios derivados da pesquisa do cérebro" . As comunicações tinham como alvo membros do Congresso, equipes e o público em geral para promover o financiamento.
Talairach Atlas com Jean Talairach
Atlas do cérebro inteiro de Harvard para ver o cérebro humano
Modelo MNI, consulte Computação de imagens médicas
Blue Brain Project e cérebro artificial
Consórcio Internacional para Mapeamento Cerebral, veja Mapeamento Cerebral
Lista de bancos de dados de neurociência
NIH Toolbox Caixa de ferramentas do National Institute of Health (EUA) para a avaliação da função neurológica e comportamental
Organização para Mapeamento do Cérebro Humano A Organização para Mapeamento do Cérebro Humano (OHBM) é uma sociedade internacional dedicada ao uso de neuroimagem para descobrir a organização do cérebro humano.

Sistemas de imagem e gravação

Esta seção cobre os sistemas de imagem e gravação. A seção geral cobre história, neuroimagem e técnicas para mapear conexões neurais específicas. A seção de sistemas específicos cobre as várias tecnologias específicas, incluindo sistemas de imagem e registro experimentais e amplamente implantados.

Em geral

A maioria dos trabalhos de imagem até agora em neurônios individuais foi conduzida fora do cérebro, normalmente em neurônios grandes, e foi mais frequentemente destrutiva. No entanto, novas técnicas estão surgindo rapidamente. Pesquise "Imagens de neurônio único" e veja tópicos relacionados: Modelo de neurônio biológico , Registro de unidade única , Oscilação neural # Modelo de neurônio único , Neurociência computacional # Modelagem de neurônio único . dMRI (acima) também é promissor em imagens não destrutivas de neurônios individuais dentro do cérebro.
História de neuroimagem (redireciona do scanner do cérebro)
Neuroimagem (redireciona do mapa de funções do cérebro)
Connectomics - técnica de mapeamento que mostra conexões neurais em um sistema nervoso.

Sistemas específicos

Mapeamento de estimulação cortical
Ressonância magnética por difusão (dMRI) - inclui imagens por tensor de difusão (DTI) e ressonância magnética funcional por difusão (DfMRI) . dMRI é um avanço recente no mapeamento cerebral, permitindo a visualização de conexões cruzadas entre diferentes partes anatômicas do cérebro. Ele permite imagens não invasivas da estrutura da fibra da substância branca e, além do mapeamento, pode ser útil em observações clínicas de anormalidades, incluindo danos por acidente vascular cerebral.
Eletroencefalografia (EEG) Usa eletrodos no couro cabeludo e outras técnicas para detectar o fluxo elétrico de correntes.
Eletrocorticografia intracraniana EEG, a prática de usar eletrodos colocados diretamente na superfície exposta do cérebro para registrar a atividade elétrica do córtex cerebral.
Técnicas eletrofisiológicas para diagnóstico clínico
Imagem de ressonância magnética funcional (fMRI)
Computação de imagens médicas (pesquisa do cérebro de usos médicos e cirúrgicos da tecnologia de mapeamento)
Neuroestimulação (na pesquisa, a estimulação é frequentemente usada em conjunto com a imagem)
Tomografia por emissão de pósitrons (PET) uma técnica de imagem médica nuclear que produz uma imagem tridimensional ou uma imagem de processos funcionais no corpo. O sistema detecta pares de raios gama emitidos indiretamente por um radionuclídeo emissor de pósitrons (traçador), que é introduzido no corpo em uma molécula biologicamente ativa. Imagens tridimensionais da concentração do traçador dentro do corpo são então construídas por análise de computador. Nos scanners modernos, a imagem tridimensional é muitas vezes realizada com o auxílio de uma tomografia computadorizada de raios-X realizada no paciente durante a mesma sessão, na mesma máquina.

Componente de imagem e gravação

Eletroquímica

Resposta hemodinâmica - entrega rápida de sangue aos tecidos neuronais ativos. Sinal dependente do nível de oxigenação do sangue (BOLD), corresponde à concentração de desoxihemoglobina. O efeito BOLD é baseado no fato de que quando a atividade neuronal é aumentada em uma parte do cérebro, há também um aumento no fluxo sanguíneo cerebral para essa área. A ressonância magnética funcional é ativada pela detecção do sinal BOLD.
A ressonância magnética funcional relacionada a eventos pode ser usada para detectar alterações na resposta hemodinâmica dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD) à atividade neural em resposta a certos eventos.

Elétrico

Respostas potenciais relacionadas ao evento positivas e negativas de 10μ a 100μ Volts (μ é milionésimos), medidas por meio de eletrodos não invasivos anexados ao couro cabeludo, que são os resultados confiáveis e repetíveis de um determinado evento sensorial, cognitivo ou motor específico. Eles também são chamados de resposta eletrofisiológica estereotipada a um estímulo. Eles são chamados de potenciais evocados somatossensoriais quando são eliciados por estímulos de eventos sensoriais (vs. cognitivos ou motores). As sequências de oscilação de voltagem são registradas e divididas em positivas e negativas e por quanto tempo após o estímulo elas são observadas. Por exemplo, [N100] é uma oscilação negativa observada entre 80 e 120 milissegundos (100 sendo o ponto médio) após o início do estímulo. Alternativamente, as oscilações de voltagem são rotuladas com base em sua ordem, N1 sendo a primeira oscilação negativa observada, N2 a segunda oscilação negativa, etc. Consulte: N100 (neurociência) , N200 (neurociência) , P300 (neurociência) , N400 (neurociência) , P600 (neurociência) . As primeiras oscilações negativas e positivas (ver Visual N1 , C1 e P1 (neurociência) ) em resposta à estimulação visual são de particular interesse no estudo da sensibilidade e seletividade da atenção.

Eletromagnética

Magnetoencefalografia - uma técnica para mapear a atividade cerebral por meio do registro de campos magnéticos produzidos por correntes elétricas que ocorrem naturalmente no cérebro, usando magnetômetros muito sensíveis. Em pesquisas, o uso principal do MEG é a medição de cursos de atividade no tempo. MEG pode resolver eventos com uma precisão de 10 milissegundos ou mais rápido, enquanto MRI funcional (fMRI), que depende de mudanças no fluxo sanguíneo, pode, na melhor das hipóteses, resolver eventos com uma precisão de várias centenas de milissegundos. O MEG também identifica com precisão as fontes nas áreas auditivas primárias, somatossensoriais e motoras. Para criar mapas funcionais do córtex humano durante tarefas cognitivas mais complexas, o MEG é mais frequentemente combinado com fMRI, pois os métodos se complementam. Os dados neuronais (MEG) e hemodinâmicos (fMRI) não concordam necessariamente, apesar da estreita relação entre os potenciais de campo locais (LFP) e os sinais dependentes do nível de oxigenação do sangue (BOLD)

Radiológico

Radionuclídeo emissor de pósitrons (traçador). Veja tomografia por emissão de pósitrons
Altanserin um composto que se liga a um receptor de serotonina. Quando marcado com o isótopo flúor-18, é usado como radioligando em estudos de tomografia por emissão de pósitrons (PET) do cérebro.

Processamento visual e aprimoramento de imagem

Visualização científica um ramo interdisciplinar da ciência preocupado principalmente com a visualização de fenômenos tridimensionais (incluindo médicos, biológicos e outros), onde a ênfase está em representações realistas de volumes, superfícies, fontes de iluminação e assim por diante, talvez com uma dinâmica componente (tempo). É considerado um ramo da ciência da computação que é um subconjunto da computação gráfica. O mapeamento cerebral é um dos principais beneficiários dos avanços na visualização científica.
Detecção de blob em uma área na visão computacional. Um blob é uma região de uma imagem digital na qual algumas propriedades (como brilho ou cor, em comparação com áreas ao redor dessas regiões) são constantes ou variam dentro de uma faixa de valores prescrita; todos os pontos em um blob podem ser considerados, em certo sentido, semelhantes entre si

Tecnologia da Informação

Determinando o número de clusters em um conjunto de dados Uma aplicação típica é na redução de dados: como o aumento na resolução temporal de experimentos de fMRI rotineiramente produz sequências de fMRI contendo várias centenas de imagens, às vezes é necessário invocar a extração de recursos para reduzir a dimensionalidade do espaço de dados.
Anisotropia fracionária uma medida frequentemente usada em imagens de difusão, onde se pensa que reflete a densidade da fibra, o diâmetro axonal e a mielinização na substância branca. O FA é uma extensão do conceito de excentricidade de seções cônicas em 3 dimensões, normalizadas para a faixa de unidades. A anisotropia é a propriedade de ser direcionalmente dependente, ao contrário da isotropia, que implica em propriedades idênticas em todas as direções.
Modelo linear geral - um modelo linear estatístico. Pode ser escrito como Y = XB + U onde Y é uma matriz com uma série de medições multivariadas, X é uma matriz que pode ser uma matriz de design, B é uma matriz contendo parâmetros que geralmente devem ser estimados e U é uma matriz contendo erros ou ruído. É freqüentemente usado na análise de múltiplas varreduras cerebrais em experimentos científicos onde Y contém dados de varreduras cerebrais, X contém variáveis de projeto experimental e confunde. Veja também: mapeamento paramétrico estatístico
Reamostragem (estatísticas), consulte a seção sobre testes de permutação. Testes de permutação não paramétricos são usados em fMRI.

Pacotes de software

Análise de NeuroImages funcional, um ambiente de código aberto para processamento e exibição de dados funcionais de ressonância magnética
Cambridge Brain Analysis um repositório de software desenvolvido na Universidade de Cambridge para análise de imagem de ressonância magnética funcional (fMRI) sob a GNU General Public License e roda em Linux.
Mapeamento paramétrico estatístico - uma técnica estatística para examinar diferenças na atividade cerebral registrada durante experimentos de neuroimagem funcional usando tecnologias de neuroimagem como fMRI ou PET. Também pode se referir a um software específico criado pelo Wellcome Department of Imaging Neuroscience (parte da University College London) para realizar tais análises.
ITK-SNAP um aplicativo de software interativo que permite aos usuários navegar por imagens médicas tridimensionais, delinear manualmente regiões anatômicas de interesse e realizar segmentação automática de imagens. É mais freqüentemente usado para trabalhar com conjuntos de dados de imagem por ressonância magnética (MRI) e tomografia computadorizada (TC).
O servidor Budapest Reference Connectome gera braingraphs de consenso com parâmetros selecionáveis; os gráficos podem ser baixados em formato GraphML anotado e também podem ser visualizados instantaneamente no site.

Cientistas, acadêmicos e pesquisadores

Mark S. Cohen, professor neurocientista da UCLA. Pioneira na geração de imagens cerebrais funcionais usando imagens de ressonância magnética (MRI).
Neurocientista Anders Dale e professor da Universidade da Califórnia, San Diego. Ele desenvolveu o software de análise de imagem cerebral FreeSurfer que facilita a visualização das regiões funcionais do córtex cerebral altamente dobrado.
Pierre Flor-Henry demonstrou em um estudo sobre psicose epiléptica que a esquizofrenia está relacionada aos estados maníaco-depressivos esquerdo e às epilepsias do hemisfério direito
Angela D. Friederici diretora do Instituto Max Planck de Ciências Cognitivas e do Cérebro Humano em Leipzig, Alemanha, com especialização em neuropsicologia e linguística.
Karl J. Friston Neurocientista britânico e autoridade em imagens cerebrais. Inventor de mapeamento paramétrico estatístico
Isabel Gauthier neurocientista e chefe do Laboratório de Percepção de Objetos da Universidade de Vanderbilt
Matthew Howard, III Professor de Neurocirurgia da Universidade de Iowa conhecido por contribuições no campo do mapeamento do cérebro humano usando eletrofisiologia intracraniana.
Dra. Surbhi Jain, a primeira neurocirurgiã do Estado de Rajasthan. Atende no Moffitt Cancer Center, Tampa, Flórida, e detém o recorde mundial para o maior número de pacientes tratados por cirurgia cerebral guiada por mapeamento cerebral.
Gitte Moos Knudsen Gitte Moos Knudsen neurobiologista e neurologista clínica professora do Hospital Universitário de Copenhagen.
Kenneth Kwong Cientista da Universidade de Harvard conhecido por seu trabalho em fMRI
Robert Livingston (cientista) (9 de outubro de 1918 - 26 de abril de 2002) neurocientista em 1964 Livingston fundou o departamento de neurociência, o primeiro desse tipo no mundo, na recém-construída Universidade da Califórnia, San Diego. Sua pesquisa mais conhecida foi no mapeamento e imagens do cérebro humano por computador. Seu interesse pelo cérebro também se estendia a questões de cognição, consciência, emoções e espiritualidade.
Helen S. Mayberg - professora de neurologia e psiquiatria na Emory University. A especialização inclui o delineamento da função cerebral anormal em pacientes com depressão maior usando neuroimagem funcional.
Geraint Rees, chefe da Faculdade de Ciências do Cérebro da University College London
Sidarta Ribeiro neurocientista e diretor do Instituto do Cérebro da Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Perminder Sachdev Neuropsiquiatra, Professor da University of New South Wales e diretor do Center for Healthy Brain Aging
Pedro Antonio Valdes-Sosa Vice-Diretor do Centro Cubano de Neurociências que fundou em 1990. Sua especialização inclui a análise estatística de medidas eletrofisiológicas, neuroimagem (fMRI, EEG e tomografia MEG), modelagem dinâmica não linear das funções cerebrais, incluindo software e equipamento eletrofisiológico desenvolvimento. Membro do Conselho Editorial da NeuroImage , Medicc, Audioology and Neurotology , PLosOne e Brain Connectivity.
Robert Turner, diretor do Instituto Max Planck de Ciências do Cérebro e Cognitiva Humana em Leipzig, Alemanha, com especialização em física do cérebro e imagem por ressonância magnética (MRI). Ele é responsável por criar o design das bobinas encontradas dentro de cada scanner de ressonância magnética.
Arno Villringer Diretor do Instituto Max Planck de Ciências Humanas Cognitivas e do Cérebro em Leipzig, Alemanha

Instituições de pesquisa

Laboratory of Neuro Imaging Research Laboratory do Departamento de Neurologia da UCLA School of Medicine. O laboratório realiza uma ampla variedade de estudos de imagens cerebrais da anatomia e função normal do cérebro, desenvolvimento, envelhecimento e doenças.
Departamento de Radiologia do Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas - é o segundo maior departamento acadêmico em Ciências Radiológicas dos Estados Unidos. O departamento foi historicamente o primeiro programa nos Estados Unidos a estabelecer um doutorado. programa para residentes de radiologia, conhecido como programa de pós-graduação em Imagem Humana. Veja também Radiologia de Stanford

Diários

Veja também

Veja também as categorias

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