Esquema del mapeo cerebral

El siguiente esquema se proporciona como una descripción general y una guía temática del 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 función del cerebro y la médula espinal mediante el uso de imágenes (incluidas imágenes intraoperatorias, microscópicas, endoscópicas y multimodales), inmunohistoquímica, molecular y optogenética, células madre y células biología, ingeniería (materiales, eléctrica y biomédica), neurofisiología y nanotecnología.

Amplio alcance

La doctrina de la neurona

Doctrina de las neuronas: conjunto de observaciones elementales cuidadosamente construidas sobre las neuronas. Para obtener más granularidad, temas más actuales y más avanzados, consulte la sección de nivel celular
Afirma que las neuronas caen dentro de 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 Neuron postula varios aspectos elementales de las neuronas:
- El cerebro está formado por células individuales (neuronas) que contienen características especializadas como 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 parte que contiene el núcleo.
- Las fibras nerviosas son el resultado de procesos celulares y el crecimiento de células nerviosas. (Varios axones se unen para formar una fibrilla nerviosa. Ver también: Neurofilamento . Luego, varias fibrillas nerviosas forman una fibra nerviosa grande. La mielina , un aislante eléctrico, se forma alrededor de axones seleccionados.
- Las neuronas se generan por división celular.
- Las neuronas están conectadas por sitios de contacto y no por continuidad citoplásmica. (Una membrana celular aísla el interior de la célula de su entorno. Las neuronas no se comunican a través del contacto directo del citoplasma 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 una célula a otra.
Elementos añadidos 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 hace un contacto entre dos células, ese contacto puede ser excitador o inhibitorio , 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

Proyecto de Mapa de Actividad Cerebral 2013 Proyecto de los NIH de $ 3 mil millones para mapear cada neurona en el cerebro humano en diez años, basado en el Proyecto del Genoma Humano.

Iniciativa de NIH Brain Research a través del avance de las neurotecnologías innovadoras (BRAIN) [1]
Sitio de alcance comunitario para arriba donde el público puede comentar [2]

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 - 2009 NIH Proyecto de $ 30 millones para construir un mapa de red del cerebro humano, incluyendo elementos estructurales (anatómicos) y funcionales. El énfasis incluyó la investigación sobre dislexia, autismo, enfermedad de Alzheimer y esquizofrenia. Consulte también Connectome , un mapa completo de conexiones neuronales en el cerebro.
Allen Brain Atlas 2003 Proyecto de $ 100 millones financiado por Paul Allen (Microsoft)
CONECTAR . 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 de la microestructura y el mapeo de conectividad del cerebro humano vivo, así como la explotación de esa información por parte de investigadores médicos y neurocientíficos.
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 la estructura y función de cobertura de información.
NeuroNames Define el cerebro en términos de alrededor de 550 estructuras primarias (alrededor de 850 únicasestructuras) con las que se relacionan todas las demás estructuras, nombres y sinónimos. Aproximadamente 15.000 términos neuroanatómicos están indexados de forma cruzada, incluidos muchos sinónimos en siete idiomas. La cobertura incluye el cerebro y la médula espinal de las cuatro especies más estudiadas por los neurocientíficos: humano, macaco (mono), rata y ratón. El vocabulario controlado y estandarizado para cada estructura se ubica en una jerarquía física estricta e inequívoca, y estos términos se seleccionan en función de la facilidad de pronunciación, el valor mnemónico 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 únicamente información neuroanatómica en bases de datos digitales.
Promoción de la Década del Cerebro 1990-1999 por los NIH y la Biblioteca del Congreso "para aumentar la conciencia pública de los beneficios que se derivan de la investigación del cerebro" . Las comunicaciones se dirigieron a miembros del Congreso, personal y público en general para promover la financiación.
Atlas de Talairach ver Jean Talairach
Harvard Whole Brain Atlas ver cerebro humano
Plantilla MNI ver Computación de imágenes médicas
Proyecto Blue Brain y Cerebro artificial
Consorcio Internacional para el Mapeo del Cerebro ver Mapeo del Cerebro
Lista de bases de datos de neurociencia
Caja de herramientas del NIH Caja de herramientas del Instituto Nacional de Salud (EE. UU.) Para la evaluación de la función neurológica y del comportamiento
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 imágenes y grabación

Esta sección cubre los sistemas de imágenes 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 grabación y de imágenes experimentales y ampliamente implementados.

General

La mayor parte del trabajo de imágenes hasta la fecha en neuronas individuales se ha realizado fuera del cerebro, típicamente en neuronas grandes, y con mayor frecuencia ha sido destructivo. Sin embargo, están surgiendo rápidamente nuevas técnicas. Busque en "Imágenes de neurona única" y vea temas relacionados: modelo de neurona biológica , grabación de una sola unidad , oscilación neuronal # modelo de neurona única , neurociencia computacional # Modelado de neurona única . La dMRI (arriba) también es prometedora en la obtención de imágenes no destructivas de neuronas individuales dentro del cerebro.
Historial de neuroimagen (redirecciones desde el escáner cerebral)
Neuroimagen (redirecciones desde el mapa de funciones cerebrales)
Conectómica - técnica de mapeo que muestra las conexiones neuronales en el sistema nervioso.

Sistemas específicos

Mapeo de estimulación cortical
MRI de difusión (dMRI): incluye imágenes con tensor de difusión (DTI) y MRI funcional de difusión (DfMRI) . La dMRI es un avance reciente en el mapeo cerebral que permite la visualización de conexiones cruzadas entre diferentes partes anatómicas del cerebro. Permite obtener 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 corrientes.
Electrocorticografía EEG intracraneal, la práctica de usar electrodos colocados directamente sobre 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 cartográfica)
Neuroestimulación (en la investigación, la estimulación se usa con frecuencia junto con imágenes)
Tomografía por emisión de positrones (PET) una técnica de imágenes médicas nucleares que produce una imagen tridimensional o una imagen de los procesos funcionales del cuerpo. El sistema detecta pares de rayos gamma emitidos indirectamente por un radionúclido emisor de positrones (trazador), que se introduce en el cuerpo en una molécula biológicamente activa. A continuación, se construyen imágenes tridimensionales de la concentración del marcador dentro del cuerpo mediante análisis informático. En los escáneres modernos, la obtención de imágenes tridimensionales a menudo se logra con la ayuda de una tomografía computarizada de rayos X que se realiza al paciente durante la misma sesión, en la misma máquina.

Componentes de imágenes y grabación

Electroquímica

Respuesta hemodinámica: el suministro rápido de sangre a los tejidos neuronales activos. Señal dependiente del nivel de oxigenación en sangre (BOLD), corresponde a la concentración de desoxihemoglobina. El efecto BOLD se basa en el hecho de que cuando la actividad neuronal aumenta en una parte del cerebro, también aumenta la cantidad de flujo sanguíneo cerebral hacia esa área. La formación de imágenes de resonancia magnética funcional se habilita mediante la detección de la señal BOLD.
La resonancia magnética funcional relacionada con eventos se puede utilizar 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 potenciales positivas y negativas de 10μ a 100μ voltios (μ es millonésimas) relacionadas con eventos , medidas a través de electrodos no invasivos adheridos 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 denominan potenciales evocados somatosensoriales.cuando son provocados por estímulos de eventos sensoriales (versus cognitivos o motores). Las secuencias de oscilación de voltaje se registran y desglosan en positivo y negativo, y por cuánto tiempo después del estímulo se observan. Por ejemplo, [N100] es una oscilación negativa observada entre 80 y 120 milisegundos (siendo 100 el punto medio) después del inicio del estímulo. Alternativamente, las oscilaciones de voltaje se etiquetan según su orden, siendo N1 la primera oscilación negativa observada, N2 la segunda oscilación negativa, etc. Ver: N100 (neurociencia) , N200 (neurociencia) , P300 (neurociencia) , N400 (neurociencia) , P600 (neurociencia) . Los primeros cambios negativos y positivos (ver Visual N1 ,C1 y P1 (neurociencia) ) en respuesta a la estimulación visual son de particular interés en el estudio de la sensibilidad y selectividad de la atención.

Electromagnético

Magnetoencefalografía : una técnica para mapear la actividad cerebral mediante el registro de 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 tiempo.de actividad. La MEG puede resolver eventos con una precisión de 10 milisegundos o más rápido, mientras que la MRI funcional (fMRI), que depende de 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 las fuentes en las áreas auditivas, somatosensoriales y motoras primarias. Para crear mapas funcionales de la corteza humana durante tareas cognitivas más complejas, la 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 concuerdan, a pesar de la estrecha relación entre los potenciales de campo local (LFP) y las señales dependientes del nivel de oxigenación sanguínea (BOLD)

Radiológico

Radionúclido 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-18, se utiliza como radioligando en estudios de tomografía por emisión de positrones (PET) del cerebro.

Procesamiento visual y mejora de la imagen

Visualización científica 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., quizás con una dinámica componente (tiempo). Se considera una rama de la informática que es un subconjunto de los gráficos por computadora. El mapeo cerebral es uno de los principales beneficiarios de los avances en la visualización científica.
Detección de manchas un área en la visión por computadora. Una mancha 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 mancha se pueden considerar en cierto sentido similares entre sí

Tecnologías de la información

Determinación del número de agrupaciones en un conjunto de datos Una aplicación típica es la reducción de datos: dado que 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 de la espacio de datos.
La anisotropía fraccionada es una medida que se usa a menudo en imágenes de difusión donde 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, normalizado al rango unitario. La anisotropía es la propiedad de ser direccionalmente dependiente, a diferencia de la isotropía, 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 medidas 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 utiliza con frecuencia en el análisis de múltiples escáneres cerebrales en experimentos científicos donde Y contiene datos de escáneres cerebrales, X contiene variables de diseño experimental y factores de confusión. Ver también: mapeo paramétrico estadístico
Remuestreo (estadísticas), consulte la sección sobre pruebas de permutación. Las pruebas de permutación no paramétricas se utilizan en fMRI.

Paquetes de programas

Análisis de NeuroImages funcionales en un entorno de código abierto para procesar y mostrar datos de resonancia magnética funcional
Cambridge Brain Analysis es 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 GNU y se ejecuta bajo Linux.
Mapeo paramétrico estadístico : una técnica estadística para examinar las diferencias en la actividad cerebral registradas 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 es una aplicación de software interactiva que permite a los usuarios navegar por imágenes médicas tridimensionales, delinear manualmente las regiones anatómicas de interés y realizar una segmentación automática de imágenes. Se utiliza con más frecuencia para trabajar con conjuntos de datos de imágenes por resonancia magnética (MRI) y tomografía computarizada (TC).
El servidor Budapest Reference Connectome genera braingraphs de consenso con parámetros seleccionables; los gráficos se pueden descargar en formato GraphML anotado y también se pueden ver instantáneamente en el sitio.

Científicos, académicos e investigadores

Mark S. Cohen, profesor neurocientífico de la UCLA. Pionero de las imágenes cerebrales funcionales mediante imágenes por resonancia magnética (IRM).
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 muy plegada.
Pierre Flor-Henry demostró en un estudio de psicosis epiléptica, que la esquizofrenia se relaciona con el izquierdo y los estados maníaco-depresivos se relacionan 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 jefa del Laboratorio de Percepción de Objetos de 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 utilizando electrofisiología intracraneal.
Dr. Surbhi Jain, la primera neurocirujana del estado de Rajasthan. Practica en el Moffitt Cancer Center, Tampa, Florida, y tiene el récord mundial de la mayor cantidad de pacientes tratados mediante 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 la generación de imágenes del cerebro humano. Su interés por 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 utilizando neuroimágenes funcionales.
Geraint Rees, director de la Facultad de Ciencias del Cerebro del University College de Londres
Sidarta Ribeiro neurocientífica y directora del Brain Institute de la Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Perminder Sachdev, profesor neuropsiquiatra de 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 Neurociencias que cofundó en 1990. Su especialidad incluye el análisis estadístico de medidas electrofisiológicas, neuroimagen (fMRI, EEG y tomografía MEG), modelado dinámico no lineal de funciones cerebrales incluyendo software y equipos electrofisiológicos. desarrollo. Miembro de los Consejos de Redacción de NeuroImage , Medicc, Audioología y Neurotología, 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 e imágenes por 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 UCLA. El laboratorio lleva a cabo una amplia variedad de estudios de imágenes cerebrales de la anatomía y función normal del cerebro, el desarrollo, el envejecimiento y las enfermedades.
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 doctorado. programa para residentes de radiología, que se conoce como el programa de posgrado en Imágenes Humanas. Véase 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
Revista de neurociencia
Neurociencia de la naturaleza
NeuroImage
Neurona
Tendencias en neurociencias

Ver también

Esquema del cerebro humano
Esquema de la neurociencia

Ver también categorías

Categoría: Cerebro
Categoría: Interfaz cerebro-computadora
Categoría: neuronas del sistema nervioso central
Categoría: comportamiento humano
Categoría: Procesamiento de imágenes
Categoría: Mente
Categoría: sistema nervioso
Categoría: Ingeniería neuronal
Categoría: neurobiología
Categoría: Revistas de neuroimagen
Categoría: Neuronas
Categoría: neurociencia
Categoría: codificación neuronal
Categoría: Neuroimagen
Categoría: Neuroinformática
Categoría: centros de investigación en neurociencia
Categoría: Política de la ciencia : problemas de financiación de la investigación del cerebro