Connectogramme - Connectogram

Les connectogrammes sont des représentations graphiques de la connectomique , le domaine d'étude dédié à la cartographie et à l'interprétation de toutes les connexions des fibres de matière blanche dans le cerveau humain. Ces graphiques circulaires basés sur des données d' IRM de diffusion utilisent la théorie des graphes pour démontrer les connexions de la substance blanche et les caractéristiques corticales pour des structures uniques, des sujets uniques ou des populations.

Structure

Connectogramme montrant les connexions moyennes et les mesures corticales de 110 hommes droitiers normaux, âgés de 25 à 36 ans.

Légende des métadonnées présentées dans les différents anneaux du connectogramme.

Contexte et description

Le connectogramme , en tant que représentation graphique de la connectomique cérébrale , a été proposé en 2012.

Les représentations circulaires des connexions ont été utilisées dans un certain nombre de disciplines; les exemples incluent la représentation des aspects des épidémies, des réseaux géographiques, des rythmes musicaux, de la diversité des populations d'oiseaux et des données génomiques. Les connectogrammes ont également été cités comme source d'inspiration pour le style d'affichage tête haute du casque de Tony Stark dans Iron Man 3 .

Cerveaux colorés selon l'anneau extérieur du connectogramme.

Les connectogrammes sont circulaires, la moitié gauche représentant l'hémisphère gauche et la moitié droite représentant l'hémisphère droit. Les hémisphères sont ventilés en lobe frontal , le cortex insulaire , lobe limbique , lobe temporal , le lobe pariétal , le lobe occipital , les structures sous - corticales, et le cervelet . En bas, le tronc cérébral est également représenté entre les deux hémisphères. Au sein de ces lobes, chaque zone corticale est étiquetée avec une abréviation et se voit attribuer sa propre couleur, qui peut être utilisée pour désigner ces mêmes régions corticales dans d'autres figures, telles que les surfaces cérébrales parcellaires dans l'image adjacente, afin que le lecteur puisse trouver le zones corticales correspondantes sur une surface géométriquement précise et voir exactement à quel point les régions connectées peuvent être disparates. À l'intérieur de l'anneau de surface corticale, les cercles concentriques représentent chacun différents attributs des régions corticales correspondantes. Dans l'ordre du plus externe au plus interne, ces anneaux métriques représentent le volume de matière grise , la surface , l'épaisseur corticale, la courbure et le degré de connectivité (la proportion relative de fibres commençant ou se terminant dans la région par rapport à l'ensemble du cerveau). À l'intérieur de ces cercles, des lignes relient des régions qui sont structurellement connectées. La densité relative (nombre de fibres) de ces connexions se reflète dans l'opacité des lignes, de sorte que l'on peut facilement comparer différentes connexions et leur importance structurelle. L' anisotropie fractionnaire de chaque connexion se reflète dans sa couleur.

Les usages

Cartographie du cerveau

Avec la récente poussée concertée pour cartographier tout le cerveau humain et ses connexions, il est devenu de plus en plus important de trouver des moyens de représenter graphiquement les grandes quantités de données impliquées dans la connectomique . La plupart des autres représentations du connectome utilisent 3 dimensions, et nécessitent donc une interface utilisateur graphique interactive. Le connectogramme peut afficher 83 régions corticales dans chaque hémisphère et afficher visuellement quelles zones sont structurellement connectées, le tout sur une surface plane. Il est donc commodément classé dans les dossiers des patients ou pour être affiché sur papier. Les graphiques ont été développés à l'origine à l'aide de l'outil de visualisation appelé Circos.

Utilisation clinique

Connectogramme, typique de ceux utilisés en clinique, illustrant les dommages de connexion estimés chez Phineas Gage , qui a survécu en 1848 à une grande barre de fer propulsée à travers son crâne et son cerveau. Le connectogramme ne montre que les connexions dont on estime qu'elles sont endommagées.

Au niveau individuel, les connectogrammes peuvent être utilisés pour informer le traitement des patients présentant des anomalies neuroanatomiques. Les connectogrammes ont été utilisés pour surveiller la progression de la récupération neurologique des patients ayant subi un traumatisme crânien (TCC). Ils ont également été appliqués au célèbre patient Phineas Gage , pour estimer les dommages causés à son réseau neuronal (ainsi que les dommages au niveau cortical - l'objectif principal des études antérieures sur Gage).

Étude empirique

Les connectogrammes peuvent représenter les moyennes des métriques corticales (volume de matière grise, surface, épaisseur corticale, courbure et degré de connectivité), ainsi que les données de tractographie , telles que les densités moyennes et l'anisotropie fractionnaire des connexions, à travers des populations de toute taille . Cela permet une comparaison visuelle et statistique entre des groupes tels que des hommes et des femmes, des cohortes d'âge différentes ou des témoins et des patients sains. Certaines versions ont été utilisées pour analyser la répartition des réseaux dans les populations de patients ou l'équilibre relatif entre les connexions inter et intra-hémisphériques.

Versions modifiées

Il existe de nombreuses possibilités pour lesquelles des mesures sont incluses dans les anneaux d'un connectogramme. Irimia et Van Horn (2012) ont publié des connectogrammes qui examinent les relations de corrélation entre les régions et utilisent les figures pour comparer les approches de la théorie des graphes et de la connectomique. Certains ont été publiés sans les cercles intérieurs des métriques corticales. D'autres incluent des mesures supplémentaires relatives aux réseaux de neurones , qui peuvent être ajoutées sous forme d'anneaux supplémentaires à l'intérieur pour montrer les métriques de la théorie des graphes , comme dans le connectogramme étendu ici :

Un connectogramme d'un sujet témoin sain, et comprend 5 mesures nodales supplémentaires non incluses dans le connectogramme standard. De l'extérieur vers l'intérieur, les anneaux représentent la région corticale, le volume de matière grise, la surface, l'épaisseur corticale, la courbure, le degré de connectivité, la force des nœuds, la centralité intermédiaire, l'excentricité, l'efficacité nodale et la centralité des vecteurs propres. Entre le degré de connectivité et la force du nœud, un anneau vide a été ajouté comme espace réservé.

Les régions et leurs abréviations

Voir également

• Connectome
• Connectique
• Projet Connectome Humain
• Cartographie du cerveau
• Tractographie
• Diagramme d'accords

Les références

Lectures complémentaires