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신경과학

सामान्यीकृत Psychophysiological इंटरेक्शन (पीपीआई) अल्जाइमर रोग के लिए आनुवंशिक जोखिम पर व्यक्तियों में स्मृति संबंधित कनेक्टिविटी का विश्लेषण

Published: November 14, 2017
doi:
10.3791/55394
, , , ,
1Psychiatry and Biobehavioral Sciences,University of California, Los Angeles, 2Biospective, Inc.

Summary

इस पांडुलिपि का वर्णन कैसे एक psychophysiological बातचीत विश्लेषण को कार्यांवित करने के लिए एक चयनित बीज क्षेत्र और मस्तिष्क के अंय क्षेत्रों में voxels के बीच कार्यात्मक कनेक्टिविटी में कार्य निर्भर परिवर्तन प्रकट करते हैं । Psychophysiological संपर्क विश्लेषण एक लोकप्रिय तरीका है मस्तिष्क कनेक्टिविटी पर कार्य प्रभाव की जांच, पारंपरिक univariate सक्रियकरण प्रभाव से अलग है ।

Abstract

neuroimaging में कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) मस्तिष्क में रक्त-ऑक्सीजन-स्तर निर्भर (बोल्ड) संकेत के उपाय । मस्तिष्क के स्थानिक स्वतंत्र क्षेत्रों में बोल्ड संकेत के सहसंबंध की डिग्री उन क्षेत्रों के कार्यात्मक संपर्क को परिभाषित करता है । एक संज्ञानात्मक fMRI कार्य के दौरान, एक psychophysiological बातचीत (पीपीआई) विश्लेषण विशिष्ट संज्ञानात्मक कार्य द्वारा परिभाषित संदर्भों के दौरान कार्यात्मक कनेक्टिविटी में परिवर्तन की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । इस तरह के एक कार्य का एक उदाहरण है कि स्मृति प्रणाली संलग्न है, प्रतिभागियों पूछ असंबंधित शब्द (एंकोडिंग) के जोड़े को जानने के लिए और एक जोड़ी में दूसरा शब्द याद है जब पहले शब्द (पुनः प्राप्ति) के साथ प्रस्तुत किया । वर्तमान अध्ययन में, हम इस प्रकार के साहचर्य स्मृति कार्य और एक सामान्यीकृत पीपीआई (gPPI) विश्लेषण पुराने वयस्कों जो अल्जाइमर रोग के वाहक हैं में हिप्पोकैम्पस कनेक्टिविटी में परिवर्तन की तुलना करने के लिए इस्तेमाल किया (AD) आनुवंशिक जोखिम कारक apolipoprotein-E एप्सिलॉन-4 ( APOEε4) । विशेष रूप से, हम बताते हैं कि एन्कोडिंग और पुनर्प्राप्ति के दौरान हिप्पोकैंपस परिवर्तन के उपक्षेत्रों के कार्यात्मक कनेक्टिविटी, साहचर्य स्मृति कार्य के दो सक्रिय चरणों. हिप्पोकैंपस के कार्यात्मक संपर्क में संदर्भ निर्भर परिवर्तन गैर की तुलना में APOEε4 के वाहक में काफी अलग थे-वाहक । पीपीआई विश्लेषण यह कार्यात्मक कनेक्टिविटी, univariate मुख्य प्रभाव से अलग में परिवर्तन की जांच करने के लिए, और समूहों में इन परिवर्तनों की तुलना करने के लिए संभव बनाते हैं । इस प्रकार, एक पीपीआई विश्लेषण विशिष्ट साथियों कि पारंपरिक univariate तरीकों पर कब्जा नहीं है में जटिल कार्य प्रभाव प्रकट हो सकता है । पीपीआई विश्लेषण नहीं कर सकते, तथापि, कार्यात्मक जुड़े क्षेत्रों के बीच दिशात्मकता या करणीय निर्धारित करते हैं । फिर भी, पीपीआई विश्लेषण कार्यात्मक संबंधों, जो कारण मॉडल का उपयोग कर परीक्षण किया जा सकता है के बारे में विशिष्ट परिकल्पना पैदा करने के लिए शक्तिशाली साधन प्रदान करते हैं । के रूप में मस्तिष्क तेजी से कनेक्टिविटी और नेटवर्क के संदर्भ में वर्णित है, पीपीआई fMRI कार्य डेटा है कि मानव मस्तिष्क के वर्तमान गर्भाधान के साथ लाइन में है विश्लेषण के लिए एक महत्वपूर्ण तरीका है ।

Introduction

शब्द “connectome” २००५ में गढ़ा तंत्रिका विज्ञान में एक बदलाव है कि इस दिन के लिए जारी है1अंकन था । मस्तिष्क तेजी कार्यात्मक नेटवर्क, संपर्क और के बीच और एक बड़े पैमाने पर क्षेत्रों के बीच बातचीत के संदर्भ में वर्णित है । फिर भी, क्षेत्रीय कार्यात्मक विशेषज्ञता और fMRI-मापा गतिविधि और कार्य की मांग के बीच संबद्धता के विरेखांकन अभी मांय है और उपयोगी दृष्टिकोण । connectomics में बढ़ती रुचि के प्रकाश में, कार्य fMRI विश्लेषण के लिए कार्यात्मक संपर्क दृष्टिकोण लोकप्रियता में बढ़ रहे हैं । कार्य मांगों पर निर्भर कार्यात्मक कनेक्टिविटी परिवर्तन को मापने के लिए एक दृष्टिकोण पीपीआई की अवधारणा का उपयोग करता है । एक पीपीआई एक सक्रिय कार्य चरण या विशेष कार्य की मांग (“मनोवैज्ञानिक”) कार्यात्मक कनेक्टिविटी (“फिजियो”) के हित या मस्तिष्क में “बीज” के क्षेत्र के साथ बातचीत है । पीपीआई bivariate, सहसंबंध कार्यात्मक संपर्क है, जो आम तौर पर कार्य मांगों से संबंधित किसी भी बाधाओं के बिना दो क्षेत्रों में गतिविधि के बीच सहसंबंध की डिग्री के उपाय के विश्लेषण के आधार से अलग है ।

अवधारणा और एक पीपीआई विश्लेषण की रूपरेखा मूल रूप से १९९७ में Friston और सहयोगियों द्वारा वर्णित किया गया था2। लेखकों ने जोर दिया कि उनके दृष्टिकोण महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कनेक्टिविटी की जांच करने के लिए और अधिक कार्यात्मक विशिष्ट होने की अनुमति होगी और अनुमान के लिए अनुमति है कि एक बाहर बीज में गतिविधि एक कार्य की मांग के परिणामस्वरूप गतिविधि संग्राहक हो सकता है । २०१२ में, मैकलेरन और सहकर्मियों को इस मूल ढांचे में जोड़ा और एक gPPI दृष्टिकोण है जिसमें सभी कार्य चरणों और उनके बातचीत एक एकल मॉडल3में शामिल है वर्णित है । यह तरीका परिणाम है कि अधिक संवेदनशील और कार्य चरण और बातचीत के लिए विशिष्ट है की ओर जाता है जांच की जा रही है । यह इस अद्यतन gPPI दृष्टिकोण है कि हम वर्तमान अध्ययन में रोजगार है ( प्रोटोकॉलमें कदम 6.2.2 देखें) । gPPI दृष्टिकोण अब २०० से अधिक अध्ययनों में उद्धृत किया गया है । स्पष्टता के लिए, इसके बाद हम ‘ पीपीआई ‘ का उपयोग दोनों मानक और सामान्यीकृत संस्करण के सामान्य सुविधाओं का वर्णन करने के लिए. नए ढांचे से जुड़े विशिष्ट अग्रिमों पर चर्चा करने के लिए ‘ gPPI ‘ का इस्तेमाल किया जाएगा ।

एक पीपीआई विश्लेषण के समग्र लक्ष्य को समझने की कैसे एक संज्ञानात्मक कार्य की मांग को प्रभावित या एक बीज क्षेत्र के कार्यात्मक संपर्क मिलाना है । एक पीपीआई विश्लेषण एक मजबूत एक प्राथमिकताओं परिकल्पना की आवश्यकता है । बीज क्षेत्र में गतिविधि को प्रभावी ढंग से काम करने के लिए पीपीआई दृष्टिकोण के लिए आदेश में कार्य द्वारा संग्राहक होना चाहिए4. उदाहरण के लिए, वर्तमान अध्ययन में, हम मजबूत सबूत है कि हिप्पोकैम्पस गतिविधि एक स्मृति कार्य की संज्ञानात्मक मांगों द्वारा संग्राहक है पर हमारे बीज चयन आधारित है । पीपीआई का उपयोग करना, क्षेत्रों है कि काफी अधिक या कम कार्यात्मक विशिष्ट कार्य चरणों के दौरान हिप्पोकैंपस से जुड़े रहे है पहचाना जा सकता है । संक्षेप में, हम सवाल पूछते हैं, “जो क्षेत्रों में और अधिक संदर्भ के दौरान बीज के साथ संबद्ध गतिविधि है एक के रूप में आधारभूत के साथ तुलना में?” हम यह भी तार्किक विपरीत पूछ सकते है (के रूप में यह अंतर समझ महत्वपूर्ण है): “जो क्षेत्रों में गतिविधि कम संदर्भ के दौरान बीज के साथ संबंधित है एक के रूप में आधार रेखा की तुलना में?” पीपीआई प्रभाव में समूह अंतर की व्याख्या करते समय, यह डेटा की जांच करने के लिए महत्वपूर्ण है और क्या कार्यात्मक कनेक्टिविटी, या दोनों में सकारात्मक या नकारात्मक परिवर्तन, समूह अंतर चला रहा है ।

पीपीआई दृष्टिकोण स्वस्थ नियंत्रण में गतिशील कार्य नियंत्रण केंद्रों का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, कार्यात्मक कनेक्टिविटी का मॉडुलन कैसे अल्जाइमर रोग (विज्ञापन), autism के साथ व्यक्तियों में खुफिया, मोटर नेटवर्क कनेक्टिविटी में संज्ञानात्मक प्रदर्शन से संबंधित है पार्किंसंस रोग के साथ व्यक्तियों में, शरीर dysmorphic विकार और आहार के साथ व्यक्तियों में चेहरा प्रसंस्करण, भावना विनियमन, स्मृति, और कई अंय विशिष्ट प्रश्नों से संबंधित प्रश्न5,6,7 ,8,9,10,11. वर्तमान अध्ययन में, हम हिप्पोकैंपस के उपक्षेत्रों की कार्यात्मक कनेक्टिविटी में परिवर्तन की तुलना करते हैं और जोखिम कारक12के बिना किसी समूह को विज्ञापन के लिए बढ़ी हुई आनुवंशिक जोखिम पर व्यक्तियों के समूह के बीच स्मृति एंकोडिंग और पुनर्प्राप्ति के दौरान । निंनलिखित प्रोटोकॉल है कि हम इस्तेमाल किया, gPPI दृष्टिकोण लागू करने, हमें परीक्षण के लिए अनुमति देने के लिए यदि कार्यात्मक संपर्क में परिवर्तन की उपस्थिति APOEε4, विज्ञापन के लिए एक आनुवंशिक जोखिम कारक के सहयोग से अलग है ।

Protocol

वर्तमान अध्ययन ucla संस्थागत समीक्षा बोर्ड (आईआरबी) प्रोटोकॉल के अनुपालन में प्रदर्शन किया और ucla मानव विषय संरक्षण समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था । सभी प्रतिभागियों को इस अध्ययन में नामांकन कराने क?…

Representative Results

दो अलग सक्रिय कार्य चरणों (एंकोडिंग और पुनः प्राप्ति) और दो बीज क्षेत्र (पूर्वकाल और पीछे हिप्पोकैंपस) के साथ वहां चार शर्तों को प्रत्येक समूह के लिए परिणाम रिपोर्ट कर रहे हैं । भीतर समूह का?…

Discussion

प्रारंभिक कार्य आधारित fMRI अध्ययन विशेष संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं या मांगों और एक आधारभूत माप के सापेक्ष बोल्ड संकेत में परिवर्तन के बीच सांख्यिकीय संबंधों को उजागर करने के लिए डिजाइन किए गए थे । यह पा?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एजिंग (ग्रांट नंबर R01AG013308 टू SYB, F31AG047041 टू TMH) ने सपोर्ट किया था । लेखक गणना और भंडारण Hoffman2 साझा क्लस्टर UCLA डिजिटल अनुसंधान और शिक्षा अनुसंधान प्रौद्योगिकी समूह के लिए संस्थान द्वारा प्रदान के साथ जुड़े सेवाओं का इस्तेमाल किया ।

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
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Harrison, T. M., McLaren, D. G., Moody, T. D., Feusner, J. D., Bookheimer, S. Y. Generalized Psychophysiological Interaction (PPI) Analysis of Memory Related Connectivity in Individuals at Genetic Risk for Alzheimer’s Disease. J. Vis. Exp. (129), e55394, doi:10.3791/55394 (2017).
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