一項新研究詳細介紹了如何使用大腦成像和虛擬現(xiàn)實(VR)來觀察皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)活動，以識別大腦疾病的生物標志物。利用這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)了自閉癥譜系障礙(ASD)小鼠和野生型小鼠的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)在與運動活動相關(guān)的行為變化期間的功能連接之間的差異。該工具發(fā)現(xiàn)自閉癥譜系障礙小鼠具有高度連接、模塊化程度較低的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，并表明運動區(qū)域為自閉癥譜系障礙的分類提供了貢獻特征。
這篇題為“基于虛擬現(xiàn)實的實時成像揭示自閉癥小鼠模型行為轉(zhuǎn)變期間異常皮質(zhì)動態(tài)”的研究文章發(fā)表在《細胞報告》上。
功能連接性是解剖學(xué)上獨立的大腦區(qū)域之間神經(jīng)元活動的時間依賴性，可用于研究自閉癥譜系障礙患者的大腦網(wǎng)絡(luò)如何工作。
最近的人類功能磁共振成像(fMRI)研究已經(jīng)開始研究如何利用動態(tài)靜息態(tài)功能連接來發(fā)現(xiàn)自閉癥譜系障礙(ASD)特有的異常大腦網(wǎng)絡(luò)活動。通常，功能磁共振成像(fMRI)用于測量功能連接性，即休息或不需要太多運動的任務(wù)期間自發(fā)血氧水平依賴性(BOLD)信號之間的共激活量。
然而，人們無法在MRI掃描儀中移動，而且靜息態(tài)fMRI中的BOLD信號很慢，因此很難研究ASD患者在目標導(dǎo)向運動中表現(xiàn)出的運動協(xié)調(diào)缺陷和運動計劃損傷。此外，越來越多的證據(jù)表明，自閉癥譜系障礙中出現(xiàn)的感覺運動困難與社交和非社交核心癥狀的發(fā)展和維持密切相關(guān)。
在這項研究中，日本理化學(xué)研究所腦科學(xué)研究所和神戶大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員試圖表征運動啟動過程中功能性皮層網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特征。
為此，日本研究小組使用經(jīng)顱Ca2+成像和頭部固定VR系統(tǒng)來測量小鼠的皮質(zhì)功能連接，這些小鼠在模擬真實世界情況的真實開放場圍欄的虛擬環(huán)境中導(dǎo)航。然后使用多種分析工具查看成像數(shù)據(jù)，例如用于機器學(xué)習(xí)的支持向量機(SVM)，以對功能連接模式進行分類。
研究人員使用拷貝數(shù)變異小鼠模型進行人類15q11-13復(fù)制，該模型與自閉癥譜系障礙患者一樣存在社交溝通問題。這些小鼠在睡眠時也有異常的體感調(diào)節(jié)，而在清醒和休息狀態(tài)時則存在全腦功能連接不足。
他們發(fā)現(xiàn)，這些小鼠的功能連接動態(tài)較差，這取決于它們的移動方式，并且功能連接模式異常，其中運動區(qū)域過度連接。這表明運動區(qū)域?qū)τ谧蚤]癥譜系障礙自發(fā)行為轉(zhuǎn)換過程中皮質(zhì)功能連接功能障礙的重要性。
這些結(jié)果表明，基于虛擬現(xiàn)實的實時成像系統(tǒng)提供了重要信息，幫助我們了解功能連接動態(tài)如何與神經(jīng)精神疾病的異常行為相關(guān)。此外，在未來的研究中發(fā)現(xiàn)ASD模型小鼠中觀察到的功能連接異常是否可以通過出生后發(fā)育或成年期間的藥物治療來修復(fù)，這將是非常有趣的。研究人員認為，制作一個多模式的“元宇宙”會很有趣，讓老鼠通過它??們的化身與同一物種的其他老鼠互動。這將幫助他們弄清楚虛擬社交互動期間皮質(zhì)功能連接如何變化。
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