Aperçu de la cartographie du cerveau - Outline of brain mapping

« Cartographie du cerveau humain » réexpédie ici. Pour la revue scientifique, voir Human Brain Mapping (journal) .

Le plan suivant est fourni à titre d'aperçu et de guide thématique de la cartographie du cerveau :

Cartographie du cerveau - ensemble de techniques neuroscientifiques fondées sur la cartographie de quantités ou de propriétés (biologiques) sur des représentations spatiales du cerveau (humain ou non humain) résultant en des cartes. La cartographie cérébrale est en outre définie comme l'étude de l'anatomie et de la fonction du cerveau et de la moelle épinière à l'aide de l'imagerie (y compris l'imagerie peropératoire, microscopique, endoscopique et multimodale), l'immunohistochimie, l'optogénétique moléculaire, les cellules souches et cellulaires. biologie, ingénierie (matérielle, électrique et biomédicale), neurophysiologie et nanotechnologie.

Large portée

La doctrine des neurones

  • Doctrine des neurones - Un ensemble d'observations élémentaires soigneusement construites concernant les neurones. Pour plus de granularité, des sujets plus actuels et plus avancés, consultez la section niveau cellulaire
  • Affirme que les neurones relèvent de la théorie cellulaire plus large , qui postule :
    • Tous les organismes vivants sont composés d'une ou plusieurs cellules.
    • La cellule est l'unité de base de la structure, de la fonction et de l'organisation de tous les organismes.
    • Toutes les cellules proviennent de cellules vivantes préexistantes.
  • La doctrine Neuron postule plusieurs aspects élémentaires des neurones :
    • Le cerveau est composé de cellules individuelles (neurones) qui contiennent des caractéristiques spécialisées telles que des dendrites , un corps cellulaire et un axone .
    • Les neurones sont des cellules différenciables des autres tissus du corps.
    • Les neurones diffèrent par leur taille, leur forme et leur structure selon leur emplacement ou leur spécialisation fonctionnelle.
    • Chaque neurone a un noyau, qui est le centre trophique de la cellule (la partie qui doit avoir accès à la nutrition). Si la cellule est divisée, seule la partie contenant le noyau survivra.
    • Les fibres nerveuses sont le résultat des processus cellulaires et des excroissances des cellules nerveuses. (Plusieurs axones sont liés ensemble pour former une fibrille nerveuse. Voir aussi : Neurofilament . Plusieurs fibrilles nerveuses forment alors une grande fibre nerveuse. La myéline , un isolant électrique, se forme autour des axones sélectionnés.
    • Les neurones sont générés par division cellulaire.
    • Les neurones sont connectés par des sites de contact et non par continuité cytoplasmique. (Une membrane cellulaire isole l'intérieur de la cellule de son environnement. Les neurones ne communiquent pas par contact direct de cytoplasme à cytoplasme.)
    • Loi de polarisation dynamique. Bien que l'axone puisse conduire dans les deux sens, dans les tissus, il existe une direction de transmission préférée de cellule à cellule.
  • Éléments ajoutés ultérieurement à la doctrine initiale du Neuron
    • Une barrière à la transmission existe au site de contact entre deux neurones qui peuvent permettre la transmission. (Synapse)
    • Unité de transmission. Si un contact est établi entre deux cellules, alors ce contact peut être soit excitateur, soit inhibiteur , mais sera toujours du même type.
    • Selon la loi de Dale, chaque terminaison nerveuse libère un seul type de neurotransmetteur.
  • Certains des postulats de base de la doctrine Neuron ont été par la suite remis en question, réfutés ou mis à jour. Voir les rubriques de la section niveau cellulaire pour plus d'informations.

Projets de cartes, d'atlas et de bases de données

  • Brain Activity Map Project 2013 NIH Projet de 3 milliards de dollars pour cartographier chaque neurone du cerveau humain en dix ans, basé sur le projet du génome humain.
  • NIH Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative [1]
  • Site de sensibilisation communautaire ci-dessus où le public peut commenter [2]
  • Human Brain Project (UE) – 1 milliard d'euros, projet de 10 ans pour simuler le cerveau humain avec des superordinateurs.
  • BigBrain Un atlas 3D haute résolution du cerveau humain créé dans le cadre du RAP.
  • Human Connectome Project – 2009 NIH Projet de 30 millions de dollars pour construire une carte du réseau du cerveau humain, y compris les éléments structurels (anatomiques) et fonctionnels. L'accent a été mis sur la recherche sur la dyslexie, l'autisme, la maladie d'Alzheimer et la schizophrénie. Voir aussi Connectome a, carte complète des connexions neuronales dans le cerveau.
  • Allen Brain Atlas 2003 Projet de 100 millions de dollars financé par Paul Allen (Microsoft)
  • CONNECTEZ-VOUS . Ce projet rassemble la communauté mondiale d'IRM de diffusion de l'UE pour se concentrer sur les avancées fondamentales essentielles à la réalisation à long terme de la microstructure et de la cartographie de la connectivité du cerveau humain vivant ainsi que l'exploitation de ces informations par des chercheurs médicaux et en neurosciences.
  • Base de données BrainMaps du National Institute of Health (NIH) comprenant 60 téraoctets d'images numérisées de primates et de non-primates, intégrée avec des informations couvrant la structure et la fonction.
  • NeuroNames Définit le cerveau en termes d'environ 550 structures primaires (environ 850 structures uniques ) auxquelles toutes les autres structures, noms et synonymes sont liés. Environ 15 000 termes neuroanatomiques sont indexés, y compris de nombreux synonymes en sept langues. La couverture comprend le cerveau et la moelle épinière des quatre espèces les plus fréquemment étudiées par les neuroscientifiques : humain, macaque (singe), rat et souris. Le vocabulaire contrôlé et standardisé pour chaque structure est situé dans une hiérarchie physique stricte et sans ambiguïté, et ces termes sont sélectionnés en fonction de la facilité de prononciation, de la valeur mnémonique et de la fréquence d'utilisation dans les publications neuroscientifiques récentes. La relation de chaque structure avec ses superstructures et sous-structures est incluse. Le vocabulaire contrôlé est adapté à l'indexation unique des informations neuroanatomiques dans les bases de données numériques.
  • Promotion de la Décennie du cerveau 1990-1999 par le NIH et la Bibliothèque du Congrès "pour sensibiliser le public aux avantages à tirer de la recherche sur le cerveau" . Les communications ciblaient les membres du Congrès, le personnel et le grand public pour promouvoir le financement.
  • Atlas de Talairach voir Jean Talairach
  • Harvard Whole Brain Atlas voir Cerveau humain
  • Modèle MNI voir Calcul d'images médicales
  • Blue Brain Project et Cerveau artificiel
  • Consortium international pour la cartographie du cerveau voir Brain Mapping
  • Liste des bases de données en neurosciences
  • Boîte à outils du NIH National Institute of Health (États-Unis) pour l'évaluation de la fonction neurologique et comportementale
  • Organisation pour la cartographie du cerveau humain L'Organisation pour la cartographie du cerveau humain (OHBM) est une société internationale dédiée à l'utilisation de la neuroimagerie pour découvrir l'organisation du cerveau humain.

Systèmes d'imagerie et d'enregistrement

Cette section couvre les systèmes d'imagerie et d'enregistrement. La section générale couvre l'histoire, la neuroimagerie et les techniques de cartographie de connexions neuronales spécifiques. La section des systèmes spécifiques couvre les différentes technologies spécifiques, y compris les systèmes d'imagerie et d'enregistrement expérimentaux et largement déployés.

Général

Systèmes spécifiques

  • Cartographie de la stimulation corticale
  • IRM de diffusion (IRMd) - comprend l' imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et l' IRM fonctionnelle de diffusion (DfMRI) . L'IRMd est une percée récente dans la cartographie du cerveau permettant la visualisation des connexions croisées entre les différentes parties anatomiques du cerveau. Il permet une imagerie non invasive de la structure des fibres de la substance blanche et, en plus de la cartographie, peut être utile dans les observations cliniques d'anomalies, y compris les dommages causés par un accident vasculaire cérébral.
  • Électroencéphalographie (EEG) Utilise des électrodes sur le cuir chevelu et d'autres techniques pour détecter le flux électrique des courants.
  • L'électrocorticographie EEG intracrânienne, la pratique consistant à utiliser des électrodes placées directement sur la surface exposée du cerveau pour enregistrer l'activité électrique du cortex cérébral.
  • Techniques électrophysiologiques pour le diagnostic clinique
  • Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
  • Imagerie médicale informatique (recherche cérébrale sur les principales utilisations médicales et chirurgicales de la technologie cartographique)
  • Neurostimulation (en recherche, la stimulation est fréquemment utilisée en conjonction avec l'imagerie)
  • La tomographie par émission de positons (TEP) est une technique d'imagerie médicale nucléaire qui produit une image ou une image tridimensionnelle des processus fonctionnels dans le corps. Le système détecte des paires de rayons gamma émis indirectement par un radionucléide émetteur de positons (traceur), qui est introduit dans l'organisme sur une molécule biologiquement active. Des images tridimensionnelles de la concentration de traceurs dans le corps sont ensuite construites par analyse informatique. Dans les scanners modernes, l'imagerie tridimensionnelle est souvent réalisée à l'aide d'un scanner à rayons X effectué sur le patient au cours de la même séance, dans la même machine.

Composants d'imagerie et d'enregistrement

Électrochimique

  • Réponse hémodynamique : la livraison rapide de sang aux tissus neuronaux actifs. Le signal Blood Oxygenation Level Dependent (GRAS) correspond à la concentration de désoxyhémoglobine. L'effet BOLD est basé sur le fait que lorsque l'activité neuronale est augmentée dans une partie du cerveau, il y a également une augmentation du flux sanguin cérébral vers cette zone. L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle est activée par la détection du signal BOLD.
  • L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle liée à un événement peut être utilisée pour détecter des changements dans la réponse hémodynamique dépendante du niveau d'oxygène dans le sang (BOLD) à l'activité neuronale en réponse à certains événements.

Électrique

  • Réponses potentielles positives et négatives de 10μ à 100μ Volts (μ est des millionièmes) liées à l'événement , mesurées via des électrodes non invasives fixées au cuir chevelu, qui sont les résultats fiables et reproductibles d'un certain événement sensoriel, cognitif ou moteur spécifique. Celles-ci sont également appelées réponse électrophysiologique stéréotypée à un stimulus. Ils sont appelés potentiels évoqués somatosensoriels lorsqu'ils sont déclenchés par des stimuli d'événements sensoriels (vs. cognitifs ou moteurs). Les séquences d'oscillation de tension sont enregistrées et décomposées par positif et négatif, et par combien de temps après le stimulus elles sont observées. Par exemple, [N100] est une oscillation négative observée entre 80 et 120 millisecondes (100 étant le point médian) après le début du stimulus. Alternativement, les oscillations de tension sont étiquetées en fonction de leur ordre, N1 étant la première oscillation négative observée, N2 la deuxième oscillation négative, etc. Voir : N100 (neurosciences) , N200 (neurosciences) , P300 (neurosciences) , N400 (neurosciences) , P600 (neurosciences) . Les premières oscillations négatives et positives (voir Visual N1 , C1 et P1 (neurosciences) ) en réponse à une stimulation visuelle sont particulièrement intéressantes pour étudier la sensibilité et la sélectivité de l'attention.

Électromagnétique

  • Magnétoencéphalographie - une technique de cartographie du cerveau par l' enregistrement des champs magnétiques produits par les courants électriques qui se produisent naturellement dans le cerveau, en utilisant des magnétomètres très sensibles Dans la recherche, l' utilisation primaire de MEG est la mesure de cours à temps partiel de l' activité. La MEG peut résoudre les événements avec une précision de 10 millisecondes ou plus rapidement, tandis que l'IRM fonctionnelle (IRMf), qui dépend des modifications du flux sanguin, peut au mieux résoudre les événements avec une précision de plusieurs centaines de millisecondes. Le MEG identifie également avec précision les sources dans les aires auditives, somatosensorielles et motrices primaires. Pour créer des cartes fonctionnelles du cortex humain au cours de tâches cognitives plus complexes, la MEG est le plus souvent associée à l'IRMf, car les méthodes se complètent. Les données neuronales (MEG) et hémodynamiques (IRMf) ne concordent pas nécessairement, malgré la relation étroite entre les potentiels de champ locaux (LFP) et les signaux dépendants du niveau d'oxygénation du sang (BOLD)

Radiologique

  • Radionucléide émetteur de positons (traceur). Voir Tomographie par émission de positons
  • L'altansérine est un composé qui se lie à un récepteur de la sérotonine. Lorsqu'il est marqué avec l'isotope fluor-18, il est utilisé comme radioligand dans les études de tomographie par émission de positons (TEP) du cerveau.

Traitement visuel et amélioration de l'image

  • Visualisation scientifique une branche interdisciplinaire de la science principalement concernée par la visualisation de phénomènes tridimensionnels (y compris médicaux, biologiques et autres), où l'accent est mis sur des rendus réalistes de volumes, de surfaces, de sources d'éclairage, etc., peut-être avec une dynamique (temps) composante. Il est considéré comme une branche de l'informatique qui est un sous-ensemble de l'infographie. La cartographie du cerveau est l'un des principaux bénéficiaires des progrès de la visualisation scientifique.
  • Détection de gouttes une zone de vision par ordinateur, une goutte est une région d'une image numérique dans laquelle certaines propriétés (telles que la luminosité ou la couleur, par rapport aux zones entourant ces régions) sont constantes ou varient dans une plage de valeurs prescrite ; tous les points d'un blob peuvent être considérés dans un certain sens comme étant similaires les uns aux autres

Informatique

  • Détermination du nombre de clusters dans un ensemble de données Une application typique est la réduction de données : comme l'augmentation de la résolution temporelle des expériences d'IRMf produit régulièrement des séquences d'IRMf contenant plusieurs centaines d'images, il est parfois nécessaire d'invoquer l'extraction de caractéristiques pour réduire la dimensionnalité de la espace de données.
  • L'anisotropie fractionnelle est une mesure souvent utilisée en imagerie de diffusion où l'on pense qu'elle reflète la densité des fibres, le diamètre axonal et la myélinisation dans la substance blanche. Le FA est une extension du concept d'excentricité des sections coniques en 3 dimensions, normalisé à la plage unitaire. L'anisotropie est la propriété d'être dépendante de la direction, par opposition à l'isotropie, qui implique des propriétés identiques dans toutes les directions.
  • Modèle linéaire général – un modèle linéaire statistique. Il peut être écrit comme Y=XB +U où Y est une matrice avec une série de mesures multivariées, X est une matrice qui peut être une matrice de conception, B est une matrice contenant des paramètres qui doivent généralement être estimés, et U est une matrice contenant des erreurs ou du bruit. Il est fréquemment utilisé dans l'analyse de plusieurs scanners cérébraux dans des expériences scientifiques où Y contient des données provenant de scanners cérébraux, X contient des variables de conception expérimentale et des facteurs de confusion. Voir aussi : cartographie paramétrique statistique
  • Rééchantillonnage (statistiques) voir la section sur les tests de permutation. Les tests de permutation non paramétriques sont utilisés en IRMf.

Progiciels

  • Analysis of Functional NeuroImages un environnement open source pour le traitement et l'affichage des données d'IRM fonctionnelles
  • Cambridge Brain Analysis est un référentiel de logiciels développé à l'Université de Cambridge pour l'analyse d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) sous la licence publique générale GNU et fonctionne sous Linux.
  • Cartographie paramétrique statistique - une technique statistique pour examiner les différences d'activité cérébrale enregistrées lors d'expériences de neuroimagerie fonctionnelle à l'aide de technologies de neuroimagerie telles que l'IRMf ou la TEP. Il peut également faire référence à un logiciel spécifique créé par le Wellcome Department of Imaging Neuroscience (qui fait partie de l'University College London) pour effectuer de telles analyses.
  • ITK-SNAP est une application logicielle interactive qui permet aux utilisateurs de parcourir des images médicales en trois dimensions, de délimiter manuellement les régions anatomiques d'intérêt et d'effectuer une segmentation automatique des images. Il est le plus souvent utilisé pour travailler avec des ensembles de données d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de tomodensitométrie (CT).
  • Le serveur Budapest Reference Connectome génère des braingraphs consensuels avec des paramètres sélectionnables ; les graphiques peuvent être téléchargés au format GraphML annoté , et peuvent également être consultés instantanément sur le site.

Scientifiques, universitaires et chercheurs

  • Mark S. Cohen neuroscientifique Professeur à l'UCLA. Pionnier de l'imagerie cérébrale fonctionnelle utilisant l'imagerie par résonance magnétique (IRM).
  • Anders Dale neuroscientifique et professeur à l'Université de Californie à San Diego. Il a développé le logiciel d'analyse d'imagerie cérébrale FreeSurfer qui facilite la visualisation des régions fonctionnelles du cortex cérébral fortement replié.
  • Pierre Flor-Henry a démontré dans une étude sur la psychose épileptique, que la schizophrénie est liée à des états maniaco-dépressifs à gauche et à des épilepsies de l'hémisphère droit.
  • Angela D. Friederici directrice de l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives et cérébrales humaines à Leipzig, en Allemagne, avec une spécialisation en neuropsychologie et en linguistique.
  • Karl J. Friston Neuroscientifique britannique et autorité en imagerie cérébrale. Inventeur de la cartographie paramétrique statistique
  • Isabel Gauthier neuroscientifique et responsable du Object Perception Lab à l'Université Vanderbilt
  • Matthew Howard, III Professeur de neurochirurgie à l'Université de l'Iowa, connu pour ses contributions dans le domaine de la cartographie du cerveau humain à l'aide de l'électrophysiologie intracrânienne.
  • Dr Surbhi Jain, la première femme neurochirurgienne de l'État du Rajasthan. Pratique au Moffitt Cancer Center, Tampa, Floride, et détient le record mondial du plus grand nombre de patients traités par une chirurgie cérébrale guidée par cartographie cérébrale.
  • Gitte Moos Knudsen Gitte Moos Knudsen neurobiologiste et professeur de neurologue clinicien à l'hôpital universitaire de Copenhague.
  • Kenneth Kwong Scientifique de l'Université Harvard connu pour ses travaux en IRMf
  • Robert Livingston (scientifique) (9 octobre 1918 - 26 avril 2002) neuroscientifique en 1964 Livingston a fondé le département de neurosciences, le premier du genre au monde, à la nouvelle université de Californie à San Diego. Ses recherches les plus connues concernaient la cartographie informatique et l'imagerie du cerveau humain. Son intérêt pour le cerveau s'est également étendu aux questions de cognition, de conscience, d'émotions et de spiritualité.
  • Helen S. Mayberg - professeur de neurologie et de psychiatrie à l'Université Emory. La spécialisation comprend la délimitation des fonctions cérébrales anormales chez les patients souffrant de dépression majeure à l'aide de la neuroimagerie fonctionnelle.
  • Geraint Rees, directeur de la faculté des sciences du cerveau de l'University College London
  • Sidarta Ribeiro, neuroscientifique et directrice du Brain Institute de l'Universidade Federal do Rio Grande do Norte
  • Perminder Sachdev Neuropsychiatre Professeur à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud et directeur du Center for Healthy Brain Aging
  • Pedro Antonio Valdes-Sosa Vice-directeur du Centre cubain de neurosciences qu'il a cofondé en 1990. Sa spécialisation comprend l'analyse statistique des mesures électrophysiologiques, la neuroimagerie (IRMf, EEG et tomographie MEG), la modélisation dynamique non linéaire des fonctions cérébrales, y compris les logiciels et les équipements électrophysiologiques. développement. Membre des comités de rédaction de NeuroImage , Medicc, Audioology and Neurotology, PLosOne et Brain Connectivity.
  • Robert Turner directeur de l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives et cérébrales humaines à Leipzig, en Allemagne, avec une spécialisation en physique du cerveau et en imagerie par résonance magnétique (IRM). Il est crédité d'avoir créé la conception des bobines trouvées à l'intérieur de chaque scanner IRM.
  • Arno Villringer Directeur de l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives et cérébrales humaines à Leipzig, Allemagne

Établissements de recherche

  • Laboratoire de neuro-imagerie laboratoire de recherche au sein du département de neurologie de la faculté de médecine de l'UCLA. Le laboratoire mène une grande variété d'études d'imagerie cérébrale sur l'anatomie et la fonction cérébrales normales, le développement, le vieillissement et la maladie.
  • Département de radiologie du Centre des sciences de la santé de l'Université du Texas - est le deuxième plus grand département universitaire en sciences radiologiques aux États-Unis. Le département a été historiquement le premier programme aux États-Unis à établir un doctorat. programme pour les résidents en radiologie, connu sous le nom de programme d'études supérieures en imagerie humaine. Voir aussi Stanford Radiologie

Journaux

Voir également

Voir aussi les catégories

Notes et références