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atayama 2018年1月 – 文献調査同志社大学 生命医科学部 医情報学科 医療情報システム研究室

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Academic year: 2018

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(1)

医療情報システム研究室 脳機能イメージングG

【文献調査】

Communication dynamics in complex brain networks

片山 朋香

廣安 知之

日和 悟

2018

01

22

1

タイトル

複雑な脳ネットワークにおけるコミュニケーションダイナミクス

2

著者

Avena-Koenigsberger, Andrea and Misic, Bratislav and Sporns, Olaf

3

出典

Nature Reviews Neuroscience, vol.19, pp.17-33, 2018

4

アブストラクト

ニューロンの信号と伝達は,脳の活動と機能の事実上すべての側面を支える.ネットワーク上のコミュニケー ションのダイナミックスをモデル化および分析するネットワーク科学のアプローチは,機能的な脳の接続性をシ ミュレートし,出現するネットワーク状態を予測するのに役立つことが証明されている.このレビューでは,脳 ネットワークにおけるコミュニケーションダイナミックスの重要な側面について調査する.我々は,コミュニケー ションのダイナミクスを,構造的および機能的接続の実証的領域間の必要なつながりと見なす概念的枠組みをス ケッチすることから始める.次に,構造ネットワークの局所的および全体的なトポロジカルな属性がネットワーク コミュニケーションの潜在的なパターンをどのようにサポートしているか,ネットワークトポロジと動的モデル の相互作用が追加の洞察と制約をどのように提供できるかを検討する.コミュニケーションダイナミクスは,効 果的な接続の潜在的な生成モデルとして機能し,脳ネットワークが情報を変換し処理する仕組みを洞察すること を提案する.

5

キーワード

communication dynamics, network topology, network computation

6

参考文献

6.1 ニューロン間のコミュニケーションのパターンからどのように脳機能が現れるかを理解することは,現在の

神経科学の永続的な課題であることを示した研究

[1] Laughlin, S. B. Sejnowski, T. J. Communication in neuronal networks. Science 301, 1870-1874 (2003). [2] Turk-Browne, N. B. Functional interactions as big data in the human brain. Science 342, 580-584 (2013). [3] Sporns, O. Contributions and challenges for network models in cognitive neuroscience. Nat. Neurosci. 17, 652-660 (2014).

6.2 構造と機能のネットワークの研究

[4] Bullmore, E. Sporns, O. Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems. Nat. Rev. Neurosci. 10, 186-198 (2009).

[5] Park, H. J. Friston, K. Structural and functional brain networks: from connections to cognition. Science 342, 1238411-1238411 (2013).

[6] Petersen, S. E. Sporns, O. Brain networks and cognitive architectures. Neuron 88, 207-219 (2015). [7] Medaglia, J. D., Lynall, M.-E. Bassett, D. S. Cognitive network neuroscience. J. Cogn. Neurosci. 27, 1471-1491 (2015).

(2)

[8] Roland, P. E., Hilgetag, C. C. Deco, G. Cortico-cortical communication dynamics. Front. Syst. Neurosci. 8, 9 (2014).

6.3 脳への複雑なシステムアプローチの研究

[9] Newman, M., Barabsi, A.-L. Watts, D. J. The Structure and Dynamics of Networks. (Princeton Univ. Press, 2011).

[10] Boccaletti, S., Latora, V., Moreno, Y., Chavez, M. Hwang, D.-U. Complex networks: structure and dynamics. Phys. Rep. 424, 175-308 (2006).

6.4 解剖学的データと生理学的データの両方から推定できる脳ネットワークの研究

[11] Sporns, O. Cerebral cartography and connectomics. Phil. Trans. R. Soc. B. Biol. Sci. 370, 20140173 (2015).

[12] Breakspear, M. Dynamic models of large-scale brain activity. Nat. Neurosci. 20, 340-352 (2017). [13] Deco, G., Tononi, G., Boly, M. Kringelbach, M. L. Rethinking segregation and integration: contributions of whole-brain modelling. Nat. Rev. Neurosci. 16, 430-439 (2015).

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