Menselijk brein begrepen in eenvoudig statistisch model

Door de trade-off te modelleren tussen twee concurrerende manieren om nuttige verbindingen te maken, een team van Britse en Amerikaanse wetenschappers heeft een opmerkelijk volledig statistisch beeld gecreëerd van het complexe netwerk van het menselijk brein. Ze suggereren dat het eenvoudige wiskundige model niet alleen helpt om gezonde hersenen beter te begrijpen, maar ook unieke inzichten biedt in schizofrenie en soortgelijke stoornissen.
De wetenschappers rapporteren hun werk in een recent gepubliceerd nummer van de Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS)en geef er commentaar op in een persverklaring die op 12 april werd vrijgegeven.
De hoofdauteur van het onderzoek is Ed Bullmore, een professor in de afdeling Psychiatrie, Behavioral and Clinical Neuroscience Institute, aan de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk.
In de manier waarop het verbindingen maakt, lijkt de "bedrading" van het menselijk brein vergelijkbaar met andere complexe netwerken zoals sociale netwerken en het world wide web.
Tot deze studie wisten we echter weinig over de regels die betrokken zijn bij de vorming van het netwerk van menselijke hersenen, zoals de auteurs in hun achtergrondinformatie uitleggen:
"Hoewel er een verfijnde reeks maatregelen beschikbaar is om de topologie van hersennetwerken te beschrijven, blijven de selectiedrukken die hun formatie aandrijven grotendeels onbekend."
Bullmore en collega's ontdekten dat ze een goed model konden produceren uit twee concurrerende drukwaarden: een 'afstandsboete' voor het onderhouden van langeafstandsverbindingen en een voorkeur voor het koppelen van regio's (inclusief die regio's die ver uit elkaar liggen), die vergelijkbare input delen. Aanvankelijk hadden ze net de eerste, maar toen ze de tweede introduceerden, verbeterde het model enorm, zoals Bullmore zelf uitlegt:
"Er is een enorme hoeveelheid bewijs dat de bedrading van hersennetwerken de verbindingskosten minimaliseert. Minder dure, korteafstandsverbindingen zijn veel talrijker dan duurdere langeafstandverbindingen. Ons model omvat dus realistisch gezien een lange afstandsfout -afstandverbindingen, die de verbindingskosten laag zullen houden. "
"Echter", voegt hij eraan toe, "we vonden dat kostenbeheersing alleen niet voldoende was om een ??breed scala aan netwerkeigenschappen te reproduceren. Om dat te doen, moesten we een economische afweging maken tussen kostenbeheersing en een andere term die de voorkeur gaf aan nieuwe, directe verbindingen tussen regio's die vergelijkbare invoer hebben gedeeld of anderszins al indirect zijn gekoppeld. "
Het team schrijft dat deze twee "biologisch plausibele factoren" samen voldoende waren om een ??"indrukwekkend bereik van topologische eigenschappen van functionele hersennetwerken" te vertegenwoordigen.
Ze hebben het model gekalibreerd met behulp van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) -gegevens van één set gezonde vrijwilligers en toonden vervolgens aan dat het een goede aanpassing bood aan netwerken die werden geschat in een tweede onafhankelijke gegevensverzameling.
Bovendien vonden ze het model enigszins "afstemmend" zodat het de voorkeur gaf aan meer verbindingen tussen verre hersengebieden, en "vonden ze een redelijke simulatie van de abnormale eigenschappen van hersenfunctionele netwerken bij mensen met schizofrenie".
Co-auteur Dr. Petra E Vértes, ook van de Universiteit van Cambridge, zegt:
"Dit resultaat weerspiegelt enkele eerdere neuroimaging-resultaten die suggereren dat hersennetwerken bij schizofrenie kunnen worden geassocieerd met een abnormale wisselwerking tussen verbindingskosten en andere topologische eigenschappen van hersennetwerken."
De auteurs suggereren dat eenvoudige modellen zoals deze, gebaseerd op compromisregels over connectiviteit tussen verschillende hersengebieden, kunnen helpen bij het verklaren van vele aspecten van de organisatie van het hersennetwerk, zowel bij gezondheid als bij ziekte.
Geschreven door Catharine Paddock PhD

Combinatietherapie kan kanker beter bestrijden

Volgens een studie gepubliceerd op 29 februari, online in het tijdschrift PLoS One, lijken kankercellen te worden beschermd tegen "zelfmoordcel" door een molecuul dat wordt aangetroffen op verhoogde niveaus in de kankercellen. Normaal gesproken wordt "cel zelfmoord" geactiveerd door bestraling of chemotherapie. De studie werd uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van Illinois aan het Chicago College of Medicine en werd gefinancierd door subsidies van de National Institutes of Health.

(Health)

Diepere stemmen winnen meer stemmen, laboratoriumonderzoek

In het laboratorium stemmen mannen en vrouwen waarschijnlijk meer voor politieke kandidaten met diepere stemmen, volgens een nieuwe Amerikaanse studie waarin twee biologen samenwerken met een politicoloog om het effect van stemhoogte op de voorkeuren van kiezers te onderzoeken. Hun bevindingen worden gepubliceerd in het 14 maart online nummer van de Proceedings of the Royal Society B.

(Health)