Multimodal modeling framework for fusing structural and functional connectome data
用于融合结构和功能连接组数据的多模态建模框架
基本信息
- 批准号:9360098
- 负责人:
- 金额:$ 18.48万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-30 至 2017-11-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAgeAlgorithmsAnatomyArchitectureBayesian AnalysisBehaviorBrainClassificationCodeCognitiveComplexCorpus CallosumCouplingDataData SetDevelopmentDiffusionDiffusion Magnetic Resonance ImagingDimensionsDiseaseElectroencephalographyElectromagneticsEquationExhibitsFunctional Magnetic Resonance ImagingFunctional disorderGoalsGrantGraphHumanImpairmentIndividualInternetLanguageMRI ScansMagnetic Resonance ImagingMagnetoencephalographyMeasurementMeasuresMemoryMental disordersMethodsModalityModelingMultimodal ImagingNetwork-basedNeuronsOnline SystemsPathologyPerformancePhysiologyPositron-Emission TomographyPresenile Alzheimer DementiaPropertySignal Detection AnalysisSpecific qualifier valueStimulusStructureStructure-Activity RelationshipStudy SubjectTechnologyTheoretical modelTimeValidationWorkWritingaging populationbaseburden of illnesscohortcomputational neuroscienceconnectomedesignfightingflexibilityfunctional disabilitygraph theoryhuman datain vivoinsightmultimodalitynervous system disordernetwork modelsneural modelneuroimagingnovelopen sourceoptical imagingreconstructionrelating to nervous systemresponsesimulationspatiotemporalstatisticstooltractography
项目摘要
PROJECT SUMMARY / ABSTRACT
Project Summary
A key goal of computational neuroscience is to discover how the brain’s structural organization produces its
functional behavior, and how impairment of the former causes dysfunction and disease. Rapid advances in
neural measurement technologies are finally beginning to enable in vivo measurements of large-scale functional
organization (via EEG, MEG, fMRI, PET, optical imaging) and the underlying structural connectivity architecture
(via diffusion MRI, tractography). Traditional non-linear numerical simulations of single neurons or local circuits
is challenging to extrapolate to macroscopic brain dynamics, and deterministic brain network models are needed
that can integrate across modalities and scales. We propose an ambitious multi-scale, parsimonious and analytic
model of brain function based on spectral graph theory. Bayesian inference using graphical modeling is proposed
to deduce structure from function. These algorithms will be implemented and shared via a Network Dynamics
Workbench that can be used by neuroscientists and clinicians to perturb structure and generate hypotheses
regarding functional impairment in stimulus and disease conditions.
The key insight underlying this proposal is that the emergent macroscopic behavior of the brain is essentially
deterministic, and is undergirded by network “eigen-modes”. We will develop graph models of neural dynamics
that are accessible analytically by simple equations rather than via numerical simulations. These models will be
minimal and simple, and linear wherever appropriate. The final deliverable is a Network Dynamics Workbench
for experimentally interrogating brain function and dysfunction.
Relevance
Neurological and psychiatric disorders constitute an overwhelming burden of disease today, especially in a
rapidly aging population. A validated model of brain function predicted from structure will provide a critical tool in
understanding and fighting these disorders.
项目摘要 /摘要
项目摘要
计算神经科学的关键目标是发现大脑的结构组织如何产生其
功能行为以及前者的损害如何引起功能障碍和疾病。快速进步
神经测量技术终于开始实现大规模功能的体内测量
组织(通过EEG,MEG,FMRI,PET,光学成像)和潜在的结构连接体系结构
(通过扩散MRI,拖拉学)。单个神经元或局部电路的传统非线性数值模拟
要推断出宏观的大脑动力学,并且需要确定性的大脑网络模型具有挑战性
可以跨模态和量表整合。我们提出了一个雄心勃勃的多尺度,简约和分析性的
基于光谱图理论的大脑功能模型。提出了使用图形建模的贝叶斯推断
从功能中推导结构。这些算法将通过网络动态实现和共享
神经科学家和临床医生可以使用的工作台来干扰结构并产生假设
刺激和疾病状况中有关功能障碍。
该提议的基础的关键见解是,大脑的紧急宏观行为本质上是
确定性,并受到网络“特征模式”的影响。我们将开发神经动力学的图形模型
可以通过简单方程而不是通过数值模拟在分析上访问。这些模型将是
最小而简单,并在适当的地方进行线性。最后交付是网络动态工作台
用于实验询问大脑功能和功能障碍。
关联
神经和精神疾病构成了当今疾病的压倒性燃烧,尤其是在
人口迅速老龄化。通过结构预测的经过验证的大脑功能模型将为您提供关键的工具
理解和战斗这些疾病。
项目成果
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专著数量(0)
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