Esquema del mapeo cerebral
El siguiente esquema se proporciona como una descripción general y una guía temática para el mapeo cerebral:
Mapeo cerebral : conjunto de técnicas de neurociencia basadas en el mapeo de cantidades o propiedades (biológicas) en representaciones espaciales del cerebro (humano o no humano) que dan como resultado mapas. El mapeo cerebral se define además como el estudio de la anatomía y la función del cerebro y la médula espinal a través del uso de imágenes (incluidas las imágenes intraoperatorias, microscópicas, endoscópicas y multimodal), inmunohistoquímica, molecular y optogenética, células madre y celulares.
Biología, ingeniería (material, eléctrica y biomédica), neurofisiología y nanotecnología.
Amplio alcance
Historia de la neurociencia
Historia de la neurología
Mapeo cerebral
Cerebro humano
Neurociencia
Sistema nervioso.
La doctrina de las neuronas
Doctrina de la neurona : conjunto de observaciones elementales cuidadosamente construidas con respecto a las neuronas. Para obtener más granularidad, temas más actuales y más avanzados, consulte la sección de nivel celular
Afirma que las neuronas caen bajo la teoría celular más amplia, que postula:
Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.
La célula es la unidad básica de estructura, función y organización en todos los organismos.
Todas las células provienen de células vivas preexistentes.
La doctrina de la neurona postula varios aspectos elementales de las neuronas:
El cerebro está formado por células individuales (neuronas) que contienen características especializadas como las dendritas, un cuerpo celular y un axón.
Las neuronas son células diferenciables de otros tejidos del cuerpo.
Las neuronas difieren en tamaño, forma y estructura según su ubicación o especialización funcional.
Cada neurona tiene un núcleo, que es el centro trófico de la célula (la parte que debe tener acceso a la nutrición). Si la célula se divide, solo sobrevivirá la porción que contiene el núcleo.
Las fibras nerviosas son el resultado de procesos celulares y las excrecencias de las células nerviosas. (Varios axones se unen para formar una fibrilla nerviosa. Ver también: Neurofilamento. Varias fibrillas nerviosas forman una fibra nerviosa grande. La mielina, un aislante eléctrico, se forma alrededor de los axones seleccionados.
Las neuronas se generan por división celular.
Las neuronas están conectadas por sitios de contacto y no por continuidad citoplasmática. (Una membrana celular aísla el interior de la célula de su entorno. Las neuronas no se comunican a través del citoplasma directo al contacto con el citoplasma).
Ley de polarización dinámica. Aunque el axón puede conducir en ambas direcciones, en el tejido hay una dirección preferida de transmisión de célula a célula.
Elementos agregados más tarde a la doctrina inicial de Neuron
Existe una barrera para la transmisión en el sitio de contacto entre dos neuronas que puede permitir la transmisión. (Sinapsis)
Unidad de transmisión. Si se establece un contacto entre dos células, ese contacto puede ser excitador o inhibidor, pero siempre será del mismo tipo.
Según la ley de Dale, cada terminal nerviosa libera un solo tipo de neurotransmisor.
Algunos de los postulados básicos de la doctrina Neuron han sido posteriormente cuestionados, refutados o actualizados. Consulte los temas de la sección de nivel celular para obtener información adicional.
Proyectos de mapas, atlas y bases de datos
Brain Activity Map Project 2013 NIH Proyecto de $ 3 mil millones para mapear cada neurona en el cerebro humano en diez años, basado en el Proyecto Genoma Humano.
NIH Brain Research a través de la Iniciativa Avanzando en Neurotecnologías Innovadoras (BRAIN)
Sitio de alcance comunitario para arriba donde el público puede comentar
Proyecto Cerebro Humano (UE) – Proyecto de 10 años de mil millones de euros para simular el cerebro humano con supercomputadoras.
BigBrain Un atlas 3D de alta resolución del cerebro humano creado como parte del HBP.
Proyecto Human Connectome – Proyecto NIH $ 30 millones 2009 para construir un mapa de red del cerebro humano, que incluye elementos estructurales (anatómicos) y funcionales. El énfasis incluyó la investigación sobre dislexia, autismo, enfermedad de Alzheimer y esquizofrenia. Ver también Connectome, un mapa completo de conexiones neuronales en el cerebro.
Allen Brain Atlas 2003 Proyecto de $ 100 millones financiado por Paul Allen (Microsoft)
CONNECT. Este proyecto reúne a la comunidad de resonancia magnética de difusión líder en el mundo de la UE para centrarse en los avances fundamentales clave para la realización a largo plazo del mapeo de microestructura y conectividad del cerebro humano vivo, así como la explotación de esa información por investigadores médicos y de neurociencia.
Base de datos del Instituto Nacional de Salud BrainMaps (NIH) que incluye 60 terabytes de escaneos de imágenes de primates y no primates, integrados con información que cubre la estructura y la función.
NeuroNames define el cerebro en términos de aproximadamente 550 estructuras primarias (aproximadamente 850 únicasestructuras) con las cuales todas las demás estructuras, nombres y sinónimos están relacionados. Alrededor de 15,000 términos neuroanatómicos tienen índices cruzados, incluidos muchos sinónimos en siete idiomas.
La cobertura incluye el cerebro y la médula espinal de las cuatro especies más frecuentemente estudiadas por neurocientíficos: humanos, macacos (monos), ratas y ratones. El vocabulario estandarizado y controlado para cada estructura se encuentra en una jerarquía física estricta y sin ambigüedades, y estos términos se seleccionan en función de la facilidad de pronunciación, el valor mnemotécnico y la frecuencia de uso en publicaciones neurocientíficas recientes.
Se incluye la relación de cada estructura con sus superestructuras y subestructuras. El vocabulario controlado es adecuado para indexar de forma única la información neuroanatómica en bases de datos digitales.
Promoción del Decenio del Cerebro 1990-1999 por NIH y la Biblioteca del Congreso «para aumentar la conciencia pública sobre los beneficios que se derivarán de la investigación del cerebro». Las comunicaciones se dirigieron a los miembros del Congreso, el personal y el público en general para promover la financiación.
Atlas Talairach ver Jean Talairach
Harvard Whole Brain Atlas ver Cerebro humano
Plantilla MNI ver Computación de imagen médica
Proyecto Blue Brain y cerebro artificial
Consorcio Internacional para Mapeo Cerebral ver Mapeo Cerebral
Lista de bases de datos de neurociencia
NIH Toolbox Caja de herramientas del Instituto Nacional de Salud (EE. UU.) Para la evaluación de la función neurológica y conductual
Organización para el mapeo del cerebro humano La Organización para el mapeo del cerebro humano (OHBM) es una sociedad internacional dedicada al uso de la neuroimagen para descubrir la organización del cerebro humano.
Sistemas de imagen y grabación
Esta sección cubre los sistemas de imagen y grabación. La sección general cubre historia, neuroimagen y técnicas para mapear conexiones neuronales específicas. La sección de sistemas específicos cubre las diversas tecnologías específicas, incluidos los sistemas de imágenes y grabación experimentales y ampliamente implementados.
General
La mayoría de los trabajos de imágenes hasta la fecha en neuronas individuales se han realizado fuera del cerebro, generalmente en neuronas grandes, y con mayor frecuencia han sido destructivos. Sin embargo, nuevas técnicas están emergiendo rápidamente. Busque «Imágenes de neuronas individuales» y vea temas relacionados:
Modelo de neurona biológica, Grabación de una sola unidad, Oscilación neural . Modelo de neurona única, Neurociencia computacional . Modelado de neurona única. dMRI (arriba) también es prometedor en imágenes no destructivas de neuronas individuales dentro del cerebro.
Historia de neuroimagen (redirecciones desde el escáner cerebral)
Neuroimagen (redirecciona desde el mapa de funciones cerebrales)
Connectomics : técnica de mapeo que muestra conexiones neuronales en un sistema nervioso.
Sistemas específicos
Mapeo de estimulación cortical
MRI de difusión (dMRI): incluye imágenes de tensor de difusión (DTI) y MRI funcional de difusión (DfMRI). dMRI es un avance reciente en el mapeo cerebral que permite la visualización de conexiones cruzadas entre diferentes partes anatómicas del cerebro. Permite la obtención de imágenes no invasivas de la estructura de la fibra de la materia blanca y, además del mapeo, puede ser útil en observaciones clínicas de anomalías, incluido el daño por accidente cerebrovascular.
Electroencefalografía (EEG) Utiliza electrodos en el cuero cabelludo y otras técnicas para detectar el flujo eléctrico de las corrientes.
Electrocorticografía EEG intracraneal, la práctica de usar electrodos colocados directamente en la superficie expuesta del cerebro para registrar la actividad eléctrica de la corteza cerebral.
Técnicas electrofisiológicas para el diagnóstico clínico.
Imagen de resonancia magnética funcional (fMRI)
Computación de imágenes médicas (investigación del cerebro de los usos médicos y quirúrgicos de la tecnología de mapeo)
Neuroestimulación (en la investigación, la estimulación se usa frecuentemente junto con imágenes)
La tomografía por emisión de positrones (TEP) es una técnica de imagen médica nuclear que produce una imagen tridimensional o una imagen de los procesos funcionales en el cuerpo. El sistema detecta pares de rayos gamma emitidos indirectamente por un radionúclido emisor de positrones (marcador), que se introduce en el cuerpo en una molécula biológicamente activa.
Las imágenes tridimensionales de la concentración de trazadores dentro del cuerpo se construyen mediante análisis por computadora. En los escáneres modernos, las imágenes tridimensionales a menudo se logran con la ayuda de una tomografía computarizada de rayos X realizada en el paciente durante la misma sesión, en la misma máquina.
Componentes de imagen y grabación
Electroquímico
Respuesta hemodinámica: la entrega rápida de sangre a los tejidos neuronales activos. La señal dependiente del nivel de oxigenación de la sangre (BOLD) corresponde a la concentración de desoxihemoglobina. El efecto BOLD se basa en el hecho de que cuando aumenta la actividad neuronal en una parte del cerebro, también hay una mayor cantidad de flujo sanguíneo cerebral en esa área.
La resonancia magnética funcional se habilita mediante la detección de la señal BOLD.
Las imágenes de resonancia magnética funcional relacionadas con eventos pueden usarse para detectar cambios en la respuesta hemodinámica dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) a la actividad neuronal en respuesta a ciertos eventos.
Eléctrico
Respuestas positivas y negativas potenciales relacionadas con eventos de 10 μ a 100 μ Voltios (μ es millonésimas), medidas a través de electrodos no invasivos unidos al cuero cabelludo, que son los resultados confiables y repetibles de un determinado evento sensorial, cognitivo o motor específico. También se denominan respuesta electrofisiológica estereotipada a un estímulo.
Se llaman potenciales evocados somatosensorialescuando son provocados por estímulos de eventos sensoriales (vs. cognitivos o motores). Las secuencias de oscilación de voltaje se registran y desglosan por positivo y negativo, y por cuánto tiempo después del estímulo se observan. Por ejemplo, es una oscilación negativa observada entre 80 y 120 milisegundos (100 es el punto medio) después del inicio del estímulo.
Alternativamente, los cambios de voltaje se etiquetan según su orden, N1 es el primer cambio negativo observado, N2 el segundo cambio negativo, etc. Ver: N100 (neurociencia), N200 (neurociencia), P300 (neurociencia), N400 (neurociencia), P600 (neurociencia). Los primeros cambios negativos y positivos (ver Visual N1,C y P1 (neurociencia) en respuesta a la estimulación visual son de particular interés en el estudio de la sensibilidad y la selectividad de la atención.
Electromagnético
Magnetoencefalografía : una técnica para mapear la actividad cerebral registrando campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas que ocurren naturalmente en el cerebro, utilizando magnetómetros muy sensibles En la investigación, el uso principal de MEG es la medición de cursos de tiempode actividad.
MEG puede resolver eventos con una precisión de 10 milisegundos o más rápido, mientras que la MRI funcional (fMRI), que depende de los cambios en el flujo sanguíneo, puede, en el mejor de los casos, resolver eventos con una precisión de varios cientos de milisegundos. MEG también identifica con precisión fuentes en áreas auditivas, somatosensoriales y motoras primarias.
Para crear mapas funcionales de la corteza humana durante tareas cognitivas más complejas, MEG se combina con mayor frecuencia con fMRI, ya que los métodos se complementan entre sí. Los datos neuronales (MEG) y hemodinámicos (fMRI) no necesariamente están de acuerdo, a pesar de la estrecha relación entre los potenciales de campo locales (LFP) y las señales dependientes del nivel de oxigenación de la sangre (BOLD)
Radiológico
Radionucleido emisor de positrones (trazador). Ver tomografía por emisión de positrones
Altanserina, un compuesto que se une a un receptor de serotonina. Cuando se marca con el isótopo flúor-, se usa como radioligando en estudios de tomografía por emisión de positrones (TEP) del cerebro.
Procesamiento visual y mejora de la imagen
La visualización científica es una rama interdisciplinaria de la ciencia que se ocupa principalmente de la visualización de fenómenos tridimensionales (incluidos los médicos, biológicos y otros), donde el énfasis está en representaciones realistas de volúmenes, superficies, fuentes de iluminación, etc., tal vez con una dinámica (tiempo) componente.
Se considera una rama de la informática que es un subconjunto de gráficos por computadora. El mapeo cerebral es uno de los principales beneficiarios de los avances en visualización científica.
Detección de manchas en un área de la visión por computadora. Una gota es una región de una imagen digital en la que algunas propiedades (como el brillo o el color, en comparación con las áreas que rodean esas regiones) son constantes o varían dentro de un rango de valores prescrito; Todos los puntos de una burbuja pueden considerarse, en cierto sentido, similares entre sí.
Tecnología de la información
Determinación del número de clústeres en un conjunto de datos Una aplicación típica es la reducción de datos: como el aumento en la resolución temporal de los experimentos de fMRI produce rutinariamente secuencias de fMRI que contienen varios cientos de imágenes, a veces es necesario invocar la extracción de características para reducir la dimensionalidad del espacio de datos
Anisotropía fraccional, una medida que se usa a menudo en imágenes de difusión en la que se cree que refleja la densidad de la fibra, el diámetro axonal y la mielinización en la sustancia blanca. El FA es una extensión del concepto de excentricidad de secciones cónicas en 3 dimensiones, normalizadas al rango de la unidad.
La anisotropía es la propiedad de ser dependiente direccionalmente, en oposición a la isotropía, lo que implica propiedades idénticas en todas las direcciones.
Modelo lineal general : un modelo lineal estadístico. Puede escribirse como Y = XB U donde Y es una matriz con una serie de mediciones multivariadas, X es una matriz que podría ser una matriz de diseño, B es una matriz que contiene parámetros que generalmente se deben estimar y U es una matriz que contiene errores o ruido.
Se usa con frecuencia en el análisis de múltiples escáneres cerebrales en experimentos científicos en los que Y contiene datos de escáneres cerebrales, X contiene variables de diseño experimental y factores de confusión. Ver también: mapeo paramétrico estadístico
Muestreo (estadísticas) ver sección sobre pruebas de permutación. Las pruebas de permutación no paramétricas se utilizan en fMRI.
Paquetes de software
Análisis de NeuroImages Funcionales, un entorno de código abierto para procesar y mostrar datos funcionales de MRI
Cambridge Brain Analysis, un repositorio de software desarrollado en la Universidad de Cambridge para el análisis de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) bajo la Licencia Pública General de GNU y se ejecuta bajo Linux.
Mapeo paramétrico estadístico : una técnica estadística para examinar las diferencias en la actividad cerebral registrada durante los experimentos de neuroimagen funcional utilizando tecnologías de neuroimagen como fMRI o PET. También puede referirse a un software específico creado por el Departamento de Neurociencia de Imágenes de Wellcome (parte de University College London) para llevar a cabo dichos análisis.
ITK-SNAP, una aplicación de software interactiva que permite a los usuarios navegar por imágenes médicas tridimensionales, delinear manualmente las regiones anatómicas de interés y realizar la segmentación automática de imágenes. Se utiliza con mayor frecuencia para trabajar con imágenes de resonancia magnética (MRI) y conjuntos de datos de tomografía computarizada (CT).
El servidor Budapest Connect Connectome genera braingraphs de consenso con parámetros seleccionables; los gráficos se pueden descargar en formato GraphML anotado, y también se pueden ver al instante en el sitio.
Científicos, académicos e investigadores
Mark S. Cohen, neurocientífico, profesor de la UCLA. Primer pionero de la imagenología funcional del cerebro mediante resonancia magnética (MRI).
Anders Dale neurocientífico y profesor de la Universidad de California, San Diego. Desarrolló el software de análisis de imágenes cerebrales FreeSurfer que facilita la visualización de las regiones funcionales de la corteza cerebral altamente plegada.
Pierre Flor-Henry demostró en un estudio de psicosis epiléptica que la esquizofrenia se relaciona con los estados izquierdo y maníaco depresivo con las epilepsias del hemisferio derecho.
Angela D. Friederici, directora del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales Humanas en Leipzig, Alemania, con especialización en neuropsicología y lingüística.
Karl J. Friston Neurocientífico británico y autoridad en imágenes cerebrales. Inventor del mapeo paramétrico estadístico
Isabel Gauthier neurocientífica y directora del Object Perception Lab en la Universidad de Vanderbilt
Matthew Howard, III profesor de neurocirugía en la Universidad de Iowa, conocido por sus contribuciones en el campo del mapeo del cerebro humano mediante electrofisiología intracraneal.
Dr. Surbhi Jain, la primera mujer neurocirujana del estado de Rajasthan. Practica en el Centro de Cáncer Moffitt, Tampa, Florida, y tiene el récord mundial para el mayor número de pacientes tratados con cirugía cerebral guiada por mapeo cerebral.
Gitte Moos Knudsen Gitte Moos Knudsen, neurobióloga y profesora de neurología clínica en el Hospital Universitario de Copenhague.
Kenneth Kwong Científico de la Universidad de Harvard conocido por su trabajo en fMRI
Robert Livingston (científico) (9 de octubre de 1918 – 26 de abril de 2002) neurocientífico en 1964 Livingston fundó el departamento de neurociencia, el primero de su tipo en el mundo, en la recién construida Universidad de California, San Diego. Su investigación más conocida fue en el mapeo por computadora y las imágenes del cerebro humano.
Su interés en el cerebro también se extendió a cuestiones de cognición, conciencia, emociones y espiritualidad.
Helen S. Mayberg – profesora de neurología y psiquiatría en la Universidad de Emory. La especialización incluye delinear la función cerebral anormal en pacientes con depresión mayor mediante neuroimagen funcional.
Geraint Rees, jefe de la Facultad de Ciencias del Cerebro del University College London
Sidarta Ribeiro, neurocientífica y directora del Brain Institute de la Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Perminder Sachdev Profesor de Neuropsiquiatría en la Universidad de Nueva Gales del Sur y director del Centro para el Envejecimiento Cerebral Saludable
Pedro Antonio Valdés-Sosa Subdirector del Centro Cubano de Neurociencia que cofundó en 1990. Su especialización incluye el análisis estadístico de mediciones electrofisiológicas, neuroimagen (tomografía fMRI, EEG y MEG), modelado dinámico no lineal de funciones cerebrales, incluyendo software y equipos electrofisiológicos.
Desarrollo. Miembro de los consejos editoriales de NeuroImage, Medicc, Audioology and Neurotology, PLosOne y Brain Connectivity.
Robert Turner, director del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales Humanas en Leipzig, Alemania, con especialización en física cerebral y resonancia magnética (MRI). Se le atribuye la creación del diseño de las bobinas que se encuentran dentro de cada escáner de resonancia magnética.
Arno Villringer Director del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales Humanas en Leipzig, Alemania
Instituciones de investigación
Laboratorio de investigación de Neuro Imaging dentro del Departamento de Neurología de la Facultad de Medicina de la UCLA. El laboratorio lleva a cabo una amplia variedad de estudios de imágenes cerebrales de la anatomía y función normal del cerebro, desarrollo, envejecimiento y enfermedad.
Departamento de Radiología del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas : es el segundo departamento académico más grande en Ciencias Radiológicas de los Estados Unidos. Históricamente, el departamento fue el primer programa en los Estados Unidos en establecer un Ph.D. programa para residentes de radiología, que se conoce como el programa de posgrado de Imágenes Humanas.
Ver también Radiología de Stanford.
Revistas
- Ciencias del comportamiento y del cerebro
- Ciencia del desarrollo
- Genes, cerebro y comportamiento
- Mapeo del cerebro humano (revista)
- Revista de flujo sanguíneo cerebral y metabolismo
- Revista de neuroquímica
- Revista de neurofisiología
- Journal of Neuroscience
- Nature Neuroscience
- NeuroImage
- Neurona
- Tendencias en neurociencias
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