Connectograma - Connectogram

Los conectogramas son representaciones gráficas de la conectómica , el campo de estudio dedicado al mapeo e interpretación de todas las conexiones de fibra de materia blanca en el cerebro humano. Estos gráficos circulares basados ​​en datos de resonancia magnética de difusión utilizan la teoría de gráficos para demostrar las conexiones de la materia blanca y las características corticales para estructuras individuales, sujetos individuales o poblaciones.

Estructura

Connectograma que muestra conexiones promedio y medidas corticales de 110 varones diestros normales, de entre 25 y 36 años.

Leyenda de los metadatos presentados en los distintos anillos del conectograma.

Antecedentes y descripción

El conectograma , como representación gráfica de la conectómica cerebral , se propuso en 2012.

Las representaciones circulares de conexiones se han utilizado en varias disciplinas; los ejemplos incluyen la representación de aspectos de epidemias, redes geográficas, ritmos musicales, diversidad en las poblaciones de aves y datos genómicos. Los conectogramas también fueron citados como fuente de inspiración para el estilo de visualización frontal del casco de Tony Stark en Iron Man 3 .

Cerebros coloreados según el anillo exterior del conectograma.

Los conectogramas son circulares, con la mitad izquierda representando el hemisferio izquierdo y la mitad derecha representando el hemisferio derecho. Los hemisferios se dividen aún más en lóbulo frontal , corteza insular , lóbulo límbico , lóbulo temporal , lóbulo parietal , lóbulo occipital , estructuras subcorticales y cerebelo . En la parte inferior, el tronco encefálico también está representado entre los dos hemisferios. Dentro de estos lóbulos, cada área cortical se etiqueta con una abreviatura y se le asigna su propio color, que puede usarse para designar estas mismas regiones corticales en otras figuras, como las superficies cerebrales parceladas en la imagen adyacente, para que el lector pueda encontrar la áreas corticales correspondientes en una superficie geométricamente precisa y vea exactamente cuán dispares pueden ser las regiones conectadas. Dentro del anillo de la superficie cortical, cada uno de los círculos concéntricos representa diferentes atributos de las regiones corticales correspondientes. En orden de más externo a más interno, estos anillos métricos representan el volumen de la materia gris , el área de superficie , el grosor cortical, la curvatura y el grado de conectividad (la proporción relativa de fibras que inician o terminan en la región en comparación con todo el cerebro). Dentro de estos círculos, las líneas conectan regiones que se encuentran conectadas estructuralmente. La densidad relativa (número de fibras) de estas conexiones se refleja en la opacidad de las líneas, de modo que se pueden comparar fácilmente varias conexiones y su importancia estructural. La anisotropía fraccionada de cada conexión se refleja en su color.

Usos

Mapeo cerebral

Con el reciente impulso concertado para mapear todo el cerebro humano y sus conexiones, se ha vuelto cada vez más importante encontrar formas de representar gráficamente las grandes cantidades de datos involucrados en la conectómica . La mayoría de las otras representaciones del conectoma utilizan 3 dimensiones y, por lo tanto, requieren una interfaz gráfica de usuario interactiva. El conectograma puede mostrar 83 regiones corticales dentro de cada hemisferio y mostrar visualmente qué áreas están conectadas estructuralmente, todo en una superficie plana. Por lo tanto, se archiva convenientemente en los registros de pacientes o se muestra en forma impresa. Los gráficos se desarrollaron originalmente utilizando la herramienta de visualización llamada Circos.

Uso clínico

Connectograma, típico de los de uso clínico, que muestra el daño estimado de la conexión en Phineas Gage , quien en 1848 sobrevivió a una gran barra de hierro que le atravesaba el cráneo y el cerebro. El conectograma muestra solo las conexiones que se estimó que estaban dañadas.

A nivel individual, los conectogramas se pueden utilizar para informar el tratamiento de pacientes con anomalías neuroanatómicas. Los conectogramas se han utilizado para monitorear la progresión de la recuperación neurológica de pacientes que sufrieron una lesión cerebral traumática (LCT). También se han aplicado al famoso paciente Phineas Gage , para estimar el daño a su red neuronal (así como el daño a nivel cortical, el enfoque principal de estudios anteriores sobre Gage).

Estudio empírico

Los conectogramas pueden representar los promedios de métricas corticales (volumen de materia gris, área de superficie, grosor cortical, curvatura y grado de conectividad), así como datos de tractografía , como las densidades promedio y la anisotropía fraccionada de las conexiones, en poblaciones de cualquier tamaño. . Esto permite una comparación visual y estadística entre grupos como hombres y mujeres, diferentes cohortes de edad o controles y pacientes sanos. Algunas versiones se han utilizado para analizar qué tan divididas están las redes en las poblaciones de pacientes o el equilibrio relativo entre las conexiones inter e intrahemisféricas.

Versiones modificadas

Hay muchas posibilidades para las que se incluyen medidas en los anillos de un conectograma. Irimia y Van Horn (2012) han publicado conectogramas que examinan las relaciones correlativas entre regiones y utilizan las cifras para comparar los enfoques de la teoría de grafos y la conectómica. Algunos se han publicado sin los círculos internos de métricas corticales. Otros incluyen medidas adicionales relacionadas con las redes neuronales , que se pueden agregar como anillos adicionales en el interior para mostrar métricas de la teoría de grafos , como en el conectograma extendido aquí:

Un conectograma de un sujeto de control sano, e incluye 5 medidas nodales adicionales no incluidas en el conectograma estándar. De afuera hacia adentro, los anillos representan la región cortical, el volumen de materia gris, el área de superficie, el grosor cortical, la curvatura, el grado de conectividad, la fuerza del nodo, la centralidad de intermediación, la excentricidad, la eficiencia nodal y la centralidad del vector propio. Entre el grado de conectividad y la fuerza del nodo, se ha agregado un anillo en blanco como marcador de posición.

Regiones y sus abreviaturas

Ver también

• Connectome
• Conectividad
• Proyecto Human Connectome
• Mapeo cerebral
• Tractografia
• Diagrama de acordes

Referencias

Otras lecturas