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O estudo usa a aprendizagem de máquina identificar redes personalizadas do cérebro nos cabritos

A aprendizagem de máquina está ajudando Penn os pesquisadores da medicina que identificam o tamanho e a forma de redes do cérebro nas crianças individuais, que podem ser úteis para compreender desordens psiquiátricas. Em um estudo novo publicado hoje no neurônio do jornal, uma equipe multidisciplinar mostrada como as redes do cérebro originais a cada criança podem prever a cognição. O estudo que usou técnicas de aprendizagem da máquina para analisar as varreduras funcionais (fMRI) da ressonância magnética de quase 700 crianças, de adolescentes, e de adultos novos; é o primeiro para mostrar que a neuroanatomia funcional pode variar extremamente entre cabritos, e é refinado durante a revelação.

O cérebro humano tem um teste padrão das dobras e dos cumes em sua superfície que fornecem marcos físicos encontrando áreas do cérebro. As redes funcionais que governam a cognição têm sido estudadas por muito tempo nos seres humanos alinhando testes padrões da activação; o software do cérebro; ao hardware destes marcos físicos. Contudo, este processo supor que as funções do cérebro estão ficadas situadas nos mesmos marcos em cada pessoa. Isto trabalha bem para muitos sistemas de cérebro simples, por exemplo, o movimento de controlo do sistema do motor é geralmente certo ao lado da mesma dobra específica em cada pessoa. Contudo, os estudos recentes múltiplos nos adultos mostraram que esta não é a caixa para uns sistemas de cérebro mais complexos responsáveis para a função executiva um o grupo de processos mentais qual inclui o auto-controle e a atenção. Nestes sistemas, as redes funcionais não alinham sempre com os marcos físicos do cérebro das dobras e dos cumes. Em lugar de, cada adulto tem sua própria disposição específica. Até aqui, era desconhecida como tais redes pessoa-específicas puderam mudar como os cabritos crescem acima, ou se relacionam à função executiva.

A parte emocionante deste trabalho é que nós podemos agora identificar a disposição espacial destas redes funcionais em cabritos individuais, um pouco do que olhar todos que usa o mesmo “um tamanho cabe toda a” aproximação. Como adultos, nós encontramos que a neuroanatomia funcional varia bastante muito entre cabritos diferentes; cada criança tem um teste padrão original. Igualmente como adultos, as redes que variam a maioria entre cabritos são as mesmas redes executivas responsáveis para regular os tipos de comportamentos que podem frequentemente aterrar adolescentes na água quente, como a tomada do risco e o impulsivity.”

Theodore D. Satterthwaite, DM, autor superior, professor adjunto do psiquiatria na Faculdade de Medicina de Perelman na Universidade da Pensilvânia

Para estudar como as redes funcionais se tornam nas crianças e na função executiva dos apoios, a equipe analisou uma grande amostra de adolescentes e de adultos novos (693 participantes, as idades 8 23). Estes participantes terminaram 27 minutos da exploração do fMRI como parte da coorte de Philadelphfia Neurodevelopmental (PNC) um grande estudo que fosse financiado pelo instituto nacional da saúde mental. As técnicas de aprendizagem da máquina desenvolvidas pelo laboratório do ventilador de Yong, do PhD, de um professor adjunto da radiologia em Penn e do co-autor no papel, permitiram que a equipe traçasse 17 redes funcionais em crianças individuais, um pouco do que confiando no lugar médio destas redes.

Os pesquisadores examinados então como estas redes funcionais evoluídas sobre a adolescência, e foram relacionados ao desempenho em uma bateria de testes cognitivos. A equipe encontrou que a neuroanatomia funcional destas redes estêve refinada com idade, e permitiu que os pesquisadores previssem como velho uma criança com um alto nível da precisão.

“A disposição espacial destas redes previu como os bons cabritos estavam nas tarefas executivas,” disse Zaixu Cui, PhD, um companheiro cargo-doutoral no laboratório de Satterthwaite e autor do papel primeiro. Os “cabritos que têm mais “bens imobiliários” em seu córtice devotado às redes responsáveis para a função executiva de facto executaram melhor nestas tarefas complexas.” Ao contrário, a juventude com mais baixa função executiva teve menos de seu córtice devotado a estas redes executivas.

Tomados junto, estes resultados oferecem uma conta nova da plasticidade e da diversidade desenvolventes e destacam o potencial para o progresso em diagnósticos personalizados e a terapêutica, os autores disse.

“Os resultados conduzem-nos às perguntas interessantes em relação à biologia desenvolvente de como estas redes são formadas, e igualmente oferecem-nos o potencial para personalizar tratamentos neuromodulatory, tais como a estimulação do cérebro para problemas da depressão ou da atenção,” disse Satterthwaite. “Como estes sistemas são estabelecidos no primeiro lugar? Podemos nós obter uma resposta melhor para nossos pacientes se nós usamos o neuromodulation que está visado usando suas próprias redes pessoais? Centrar-se sobre as características originais do cérebro de cada pessoa pode fornecer uma maneira importante para a frente.”