自発的な脳活動の短いインスタンスから抽出された時変機能ネットワーク情報

最近の機能的磁気共鳴画像研究は、脳が明白な行動がない場合でも著しく活性であることを示しており、この活動は被験者間で再現可能であり、脳の確立された機能的細分化に従う空間パターンで発生します。これらの空間パターンの分布を調査することは、脳機能の根底にあるニューラルネットワークのより良い理解を得ることを目標に、研究の活発な分野です。自発的な活動の興味深い側面の1つは、明らかな非定常性、または脳領域間の相互作用の変動性です。最近、自発的な脳活動は、おそらくニューロンの雪崩現象に由来する短い活動の痕跡によって支配される可能性があることが提案されました。このようなトレースは、異なる時期にネットワーク内の異なるサブリージョンを含み、従来のデータ分析でキャプチャされない機能的に関連する関係を反映する可能性があります。これを調査するために、専用の分析方法を使用して公開されている機能的磁気共鳴画像データを調べ、従来の相関分析から推測される機能ネットワークが実際に少数の重要な時点でのみ活動によって駆動される可能性があることを発見しました。これらの重要な時点での活動のその後の分析により、それぞれが確立された機能ネットワークとは明らかに異なる複数の空間パターンが明らかになりました。これらのパターンの空間分布は、潜在的な機能的関連性を示唆しています。

Recent functional magnetic resonance imaging studies have shown that the brain is remarkably active even in the absence of overt behavior, and this activity occurs in spatial patterns that are reproducible across subjects and follow the brain's established functional subdivision. Investigating the distribution of these spatial patterns is an active area of research with the goal of obtaining a better understanding of the neural networks underlying brain function. One intriguing aspect of spontaneous activity is an apparent nonstationarity, or variability of interaction between brain regions. It was recently proposed that spontaneous brain activity may be dominated by brief traces of activity, possibly originating from a neuronal avalanching phenomenon. Such traces may involve different subregions in a network at different times, potentially reflecting functionally relevant relationships that are not captured with conventional data analysis. To investigate this, we examined publicly available functional magnetic resonance imaging data with a dedicated analysis method and found indications that functional networks inferred from conventional correlation analysis may indeed be driven by activity at only a few critical time points. Subsequent analysis of the activity at these critical time points revealed multiple spatial patterns, each distinctly different from the established functional networks. The spatial distribution of these patterns suggests a potential functional relevance.