تحليل التفاعل هوعبارة المعمم (PPI) من الذاكرة المتعلقة بالاتصال بالأفراد المعرضين للخطر الوراثي لمرض الزهايمر
Summary
هذه المخطوطة تصف كيفية تنفيذ إجراء تحليل تفاعل هوعبارة للكشف عن التغييرات المهمة التابعة في الربط الوظيفي بين المنطقة البذور المختارة وفوكسيلس في مناطق أخرى من الدماغ. تحليل التفاعل هوعبارة طريقة شائعة لدراسة آثار مهمة على اتصال الدماغ، متميزة عن آثار التنشيط وحيد المتغير التقليدية.
Abstract
في نيورويماجينج، التدابير الفنية التصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) الإشارة (غامق) يعتمد مستوى الدم الأوكسجين في الدماغ. مكانياً درجة الترابط بين الغامق إشارة في المناطق المستقلة من الدماغ يعرف الاتصال الفنية لتلك المناطق. أثناء مهمة الرنين المغناطيسي الوظيفي المعرفي، يمكن استخدام إجراء تحليل تفاعل هوعبارة (PPI) دراسة التغيرات في القدرة على الاتصال الفنية خلال سياقات محددة يحددها المهمة المعرفية. مثال لهذه المهمة هو الذي يشرك نظام الذاكرة، طرح المشاركون لمعرفة أزواج من الكلمات غير ذات صلة (ترميز) والتذكير بالكلمة الثانية في زوج عندما قدم مع الكلمة الأولى (استرداد). في هذه الدراسة، استخدمنا هذا النوع من العمل النقابي الذاكرة وتحليل PPI (جبي) معمم لمقارنة التغيرات في الاتصال هيبوكامبال في البالغين الأكبر سنا الذين يحملون (إبسيلون-4 الابوليبوبروتين ه الوراثية عامل خطر مرض الزهايمر (AD) APOEΕ4). على وجه التحديد، نظهر أن الاتصال الفنية للمناطق دون إقليمية التغييرات الحصين خلال الترميز واسترجاعها، ومرحلتي المهمة النقابي الذاكرة النشطة. كانت التغيرات تعتمد على السياق في الاتصال الفنية الحصين تختلف اختلافاً كبيرا في ناقلات APOEε4 مقارنة بغير الناقلين. تحليلات PPI تجعل من الممكن لدراسة التغيرات في اتصال وظيفية، متميزة عن آثار وحيد المتغير الرئيسي، ومقارنة هذه التغييرات عبر المجموعات. وهكذا، قد تكشف عن إجراء تحليل PPI الآثار المهمة المعقدة في الأفواج الخاصة التي لا يتم التقاط أساليب وحيد المتغير التقليدية. لا يمكن، مع ذلك، تحديد تحليلات PPI اتجاهية أو العلاقة السببية بين مناطق مرتبطة وظيفيا. ومع ذلك، توفر تحليلات PPI وسيلة قوية لتوليد فرضيات محددة فيما يتعلق بالعلاقات الوظيفية، التي يمكن اختبارها باستخدام النماذج السببية. كما هو موضح في الدماغ يزداد من حيث الاتصال والشبكات، PPI هو وسيلة هامة لتحليل البيانات المهمة الرنين المغناطيسي الوظيفي الذي ينسجم مع التصور الحالي للدماغ البشري.
Introduction
مصطلح “الشبكة العصبية” أطلق في عام 2005 مناسبة نقله نوعية في علم الأعصاب التي ما زالت حتى يومنا هذا1. المخ وصف متزايدة فيما يتعلق بالشبكات الفنية والاتصال والتفاعل فيما بين المناطق على نطاق واسع. على الرغم من ذلك، يتم تحديد التخصص الوظيفي الإقليمية والرابطات بين نشاط قياس الرنين المغناطيسي الوظيفي ومتطلبات المهمة النهج لا تزال صالحة ومفيدة. وفي ضوء الاهتمام المتزايد في كونيكتوميكس، تكتسب شعبية متزايدة نهج الربط الوظيفي لمهمة تحليل الرنين المغناطيسي الوظيفي. نهج واحد لقياس التغييرات الاتصال الفنية تعتمد على مهمة تتطلب يجعل استخدام مفهوم PPI. كسل لكل بوصة من التفاعل للمرحلة المهمة النشطة أو مهمة معينة الطلب (“النفسية”) مع اتصال وظيفية (“الطبيعي”) لمنطقة من الفائدة أو “البذور” في الدماغ. PPI يختلف عن تحليل المتغيرين، القائم على الترابط للربط الوظيفي، الذي يقيس درجة الارتباط بين النشاط في هاتين المنطقتين دون أية قيود تتعلق بمطالب مهمة عموما.
أصلاً قد وصف مفهوم وإطار تحليل PPI فريستون والزملاء في 19972. الكتاب أكد أن نهجها هامة نظراً لأنها ستسمح للتحقيق في الاتصال تكون محددة أكثر وظيفيا والسماح للاستدلالات أن النشاط في بذور البعيدة يمكن أن تحوير النشاط الناجم عن طلب مهمة. في عام 2012، ماكلارين والزملاء إضافة إلى هذا الإطار الأصلي، ووصف نهج جبي فيه جميع مراحل مهمة وتفاعلاتها مدرجة في نموذج واحد3. وهذا النهج يؤدي إلى النتائج التي أكثر حساسية وتحديداً إلى المرحلة المهمة والتفاعل التي يجري التحقيق فيها. وهذا النهج جبي المحدثة التي نستعملها في الوقت الحاضر هو دراسة (راجع الخطوة 6.2.2 في البروتوكول). الآن وقد استشهد بالنهج جبي في الدراسات ما يزيد على 200. للوضوح، الآخرة نستخدم ‘PPI’ لوصف السمات المشتركة لكل من الإصدار القياسي ومعمَّم. سيتم استخدام ‘جبي’ لمناقشة التطورات المحددة المرتبطة بإطار أحدث.
الهدف العام من تحليل مؤشر أسعار المنتجين أن نفهم كيف تؤثر مطالب مهمة المعرفي أو تعدل الاتصال الفنية من منطقة البذور. يتطلب إجراء تحليل PPI فرضية بداهة قوية. يجب أن التضمين النشاط في منطقة البذور بالمهمة من أجل نهج PPI للعمل بفعالية4. على سبيل المثال، في هذه الدراسة، ونحن على أساس اختيارنا البذور على أدلة قوية على أن النشاط هيبوكامبال وهو التضمين بمطالب مهمة الذاكرة المعرفية. استخدام مؤشر أسعار المنتجين، يمكن التعرف على المناطق إلى حد كبير أكثر أو أقل وظيفيا متصلاً الحصين خلال مراحل مهمة محددة. وباختصار، نحن نطرح هذا السؤال، “في المناطق التي هي النشاط أكثر ارتباطاً بالبذور خلال السياق A مقارنة بخط الأساس؟” كما يمكن أن نطلب العكس المنطقي (كما أنه من المهم أن نفهم الفرق): “في المناطق التي هي النشاط أقل ارتباطاً بالبذور خلال السياق A بالمقارنة مع خط الأساس؟” عند تفسير الاختلافات المجموعة في آثار نقطة في البوصة، من المهم النظر في البيانات وما إذا كان تغيير إيجابي أو سلبي في الاتصال الوظيفي، أو كليهما، يقود مجموعة الاختلافات.
وقد استخدمت نهج PPI لدراسة دينامية مهمة مراقبة محاور في ضوابط صحية، كيف هو التحوير للاتصال الفنية المتصلة بالأداء المعرفي في مرض الزهايمر (AD)، أجهزة الاستخبارات في الأفراد الذين يعانون من التوحد، محرك شبكة الاتصال في الأفراد المصابين بمرض باركنسون، تواجه المعالجة في الأفراد المصابين باضطراب تشوه الجسم وفقدان الشهية وتنظيم العاطفة والذاكرة والعديد من الأسئلة المحددة الأخرى المتعلقة بالتوصيل5،6،7 ،،من89،،من1011. في هذه الدراسة، ونحن مقارنة التغييرات في الاتصال الفنية للمناطق دون الإقليمية من الحصين أثناء ترميز الذاكرة واسترجاع بين مجموعة من الأفراد المعرضين للخطر الوراثي المتزايد للإعلان إلى مجموعة دون عامل خطر12. فيما يلي وصف للبروتوكول التي استخدمت، وتطبيقاً للنهج جبي، للسماح لنا باختبار ما إذا كانت التغييرات أثارت مهمة في الربط الوظيفي تختلف بالاقتران مع الوجود APOEε4، أحد عوامل الخطر الجينية للإعلان.
Protocol
Representative Results
Discussion
صممت دراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي القائم على العمل المبكر للكشف عن العلاقات الإحصائية بين العمليات المعرفية خاصة أو المطالب والتغييرات في الغامق الإشارات المتعلقة بقياس خط أساس. هذا النهج التقليدي مفيد لتحديد مناطق معينة في الدماغ حيث يتم النشاط عن طريق مهمة تجريبية التضمين. على ال?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل كانت مدعومة “الوطنية المعهد للشيخوخة” (رقم المنحة R01AG013308 إلى سيب، F31AG047041 إلى تمه). يستخدم المؤلفون الحسابية وخدمات التخزين المرتبطة بالكتلة المشتركة Hoffman2 المقدمة من معهد جامعة كاليفورنيا لمجموعة تكنولوجيا البحوث الرقمية للبحث والتعليم.
Materials
| 3T manetic resonance imaging scanner | Siemens Medical Solutions | MAGNETOM Trio, A Tim System | 3T MRI Scanner |
| FSL (FMRIB Software Library) | Oxford University | Version 6.0 | Functional Imaging Processing Software |
| AFNI (Analysis of Functional Neuroimaging) | National Institute of Mental Health, National Institutes of Health | Any version after May 2015 | Functional Imaging Processing Software |
| SPM8 (Statistical Parametric Mapping) | University College of London | SPM8 | Functional Imaging Processing Software |
| Matlab Software | The Mathworks, Inc | Version R2012a | Computing Software |
| SDS Software | Applied Biosystems, Inc | 7900HT Fast Real-Time PCR System | Real Time PCR |
| Taqman Assays | ThermoFisher Scientific | Specific to SNP | SNP Genotyping |
References
- Sporns, O., Tononi, G., Kötter, R. The Human Connectome: A Structural Description of the Human Brain. PLoS Comput Biol. 1 (4), 42 (2005).
- Friston, K. J., Buechel, C., Fink, G. R., Morris, J., Rolls, E., Dolan, R. J. Psychophysiological and modulatory interactions in neuroimaging. NeuroImage. 6 (3), 218-229 (1997).
- McLaren, D. G., Ries, M. L., Xu, G., Johnson, S. C. A generalized form of context-dependent psychophysiological interactions (gPPI): a comparison to standard approaches. NeuroImage. 61 (4), 1277-1286 (2012).
- O’Reilly, J. X., Woolrich, M. W., Behrens, T. E. J., Smith, S. M., Johansen-Berg, H. Tools of the trade: psychophysiological interactions and functional connectivity. Soc Cogn Affect Neurosci. 7 (5), 604-609 (2012).
- Moody, T. D., Sasaki, M. A., et al. Functional connectivity for face processing in individuals with body dysmorphic disorder and anorexia nervosa. Psychol Med. 45 (16), 3491-3503 (2015).
- Simard, I., Luck, D., Mottron, L., Zeffiro, T. A., Soulières, I. Autistic fluid intelligence: Increased reliance on visual functional connectivity with diminished modulation of coupling by task difficulty. NeuroImage Clin. 9, 467-478 (2015).
- Yan, L. -. R., Wu, Y. -. B., Zeng, X. -. H., Gao, L. -. C. Dysfunctional putamen modulation during bimanual finger-to-thumb movement in patients with Parkinson’s disease. Front Hum Neurosci. 9, 516 (2015).
- Cole, M. W., Reynolds, J. R., Power, J. D., Repovs, G., Anticevic, A., Braver, T. S. Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control. Nat Neurosci. 16 (9), 1348-1355 (2013).
- McLaren, D. G., Sperling, R. A., Atri, A. Flexible modulation of network connectivity related to cognition in Alzheimer’s disease. NeuroImage. 100, 544-557 (2014).
- Morawetz, C., Bode, S., Baudewig, J., Heekeren, H. R. Effective amygdala-prefrontal connectivity predicts individual differences in successful emotion regulation. Soc Cogn Affect Neurosci. , 169 (2016).
- Takashima, A., Bakker, I., van Hell, J. G., Janzen, G., McQueen, J. M. Richness of information about novel words influences how episodic and semantic memory networks interact during lexicalization. NeuroImage. 84, 265-278 (2014).
- Harrison, T. M., Burggren, A. C., Small, G. W., Bookheimer, S. Y. Altered memory-related functional connectivity of the anterior and posterior hippocampus in older adults at increased genetic risk for Alzheimer’s disease. Hum Brain Mapp. 37 (1), 366-380 (2016).
- Wechsler, D. . Wecshler Adult Intelligence Scale, 3rd Edition. , (1997).
- Cauthen, N. R. Verbal fluency: normative data. J Clin Psychol. 34 (1), 126-129 (1978).
- Goodglass, H. P., Kaplan, E. P. . Boston Naming Test, 3rd Edition. , (2001).
- Buschke, H., Fuld, P. A. Evaluating storage, retention, and retrieval in disordered memory and learning. Neurol. 24 (11), 1019-1025 (1974).
- Osterrieth, P. A. Le test de copie d’une figure complex: Contribution à l’étude de la perception et de la memoir. Archives de Psychologie. 30, 286-356 (1944).
- Hamilton, M. The assessment of anxiey states by rating. Br J Med Psychol. 32, 50-55 (1959).
- Hamilton, M. A rating scale for depression. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 23, 56-62 (1960).
- Folstein, M. F., Robins, L. N., Helzer, J. E. The Mini-Mental State Examination. Arch Gen Psychiatry. 40 (7), 812 (1983).
- O’Brien, D., Campbell, K. A., Morken, N. W., Bair, R. J., Heath, E. M. Automated Nucleic Acid Purification for Large Samples. J Lab Autom. 6 (2), 67-70 (2001).
- Lehmann, M., Ghosh, P. M., et al. Greater medial temporal hypometabolism and lower cortical amyloid burden in ApoE4-positive AD patients. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 85 (3), 266-273 (2014).
- . TaqMan® SNP Genotyping Assays User Guide Available from: https://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/TaqMan_SNP_Genotyping_Assays_man.pdf (2014)
- Bookheimer, S. Y., Strojwas, M. H., et al. Patterns of brain activation in people at risk for Alzheimer’s disease. N Engl J Med. 343 (7), 450-456 (2000).
- Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).
- Smith, S. M. Fast robust automated brain extraction. Hum Brain Mapp. 17 (3), 143-155 (2002).
- Greve, D. N., Fischl, B. Accurate and robust brain image alignment using boundary-based registration. NeuroImage. 48 (1), 63-72 (2009).
- Patenaude, B., Smith, S. M., Kennedy, D. N., Jenkinson, M. A Bayesian model of shape and appearance for subcortical brain segmentation. NeuroImage. 56 (3), 907-922 (2011).
- . Learn MATLAB Basics Available from: https://www.mathworks.com/support/learn-with-matlab-tutorials.html?s_tid=hp_ff_I_tutorials (2017)
- Lerma-Usabiaga, G., Iglesias, J. E., Insausti, R., Greve, D. N., Paz-Alonso, P. M. Automated segmentation of the human hippocampus along its longitudinal axis. Hum Brain Mapp. 37 (9), 3353-3367 (2016).
- Salami, A., Eriksson, J., Nyberg, L. Opposing effects of aging on large-scale brain systems for memory encoding and cognitive control. J Neurosci. 32 (31), 10749-10757 (2012).
- Schacter, D. L., Wagner, A. D. Medial temporal lobe activations in fMRI and PET studies of episodic encoding and retrieval. Hippocampus. 9 (1), 7-24 (1999).
- Strange, B., Dolan, R. Functional segregation within the human hippocampus. Mol Psychiatry. 4 (6), 508-511 (1999).
- Strange, B. A., Fletcher, P. C., Henson, R. N., Friston, K. J., Dolan, R. J. Segregating the functions of human hippocampus. Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (7), 4034-4039 (1999).
- Eldridge, L. L., Engel, S. A., Zeineh, M. M., Bookheimer, S. Y., Knowlton, B. J. A dissociation of encoding and retrieval processes in the human hippocampus. J Neurosci. 25 (13), 3280-3286 (2005).
- Strange, B. A., Witter, M. P., Lein, E. S., Moser, E. I. Functional organization of the hippocampal longitudinal axis. Nat Rev Neurosci. 15 (10), 655-669 (2014).
- Zeineh, M. M., Engel, S. A., Thompson, P. M., Bookheimer, S. Y. Dynamics of the hippocampus during encoding and retrieval of face-name pairs. Science. 299 (5606), 577-580 (2003).
- Nieuwenhuis, S., Forstmann, B. U., Wagenmakers, E. -. J. Erroneous analyses of interactions in neuroscience: a problem of significance. Nat Neurosci. 14 (9), 1105-1107 (2011).
- Cisler, J. M., Bush, K., Steele, J. S. A comparison of statistical methods for detecting context-modulated functional connectivity in fMRI. NeuroImage. 84, 1042-1052 (2014).
- Friston, K. J., Harrison, L., Penny, W. Dynamic causal modelling. NeuroImage. 19 (4), 1273-1302 (2003).
