Локально-глобальное парцеллирование коры головного мозга человека по данным МРТ внутренней функциональной связности

Одной из центральных задач системной нейронауки является разделение коры головного мозга на отдельные нейробиологические «атомы». Функциональная МРТ в состоянии покоя (rs-fMRI) позволяет проводить прижизненное парцеллирование коры головного мозга человека. Практически все предыдущие методы парцеллирования основывались на одном из двух подходов. Локальный градиентный подход выявляет резкие переходы в структуре функциональной связности. Эти переходы потенциально отражают границы корковых полей, определяемые с помощью гистологических методов или висуотопической фМРТ. Напротив, глобальный подход, основанный на сходстве, объединяет сходные паттерны функциональной связности независимо от пространственной близости, формируя парцеллы с однородными (сходными) сигналами rs-fMRI. В настоящей работе предложена модель марковского случайного поля с градиентным взвешиванием (gwMRF), объединяющая локальный градиентный и глобальный подходы, основанные на сходстве. При использовании данных фМРТ в состоянии задачи и в состоянии покоя, полученных по различным протоколам, парцелляции gwMRF оказались более однородными, чем четыре ранее опубликованные парцелляции. Кроме того, парцелляции gwMRF соответствовали границам некоторых корковых полей, определённым с помощью гистологических методов и висуотопической фМРТ. В некоторых парцеллах выявлялись подареальные признаки — соматотопические и висуотопические, — которые, вероятно, отражают отдельные вычислительные единицы внутри известных корковых полей. Эти результаты свидетельствуют о том, что парцелляции gwMRF выявляют нейробиологически значимые особенности организации мозга и потенциально могут применяться для снижения размерности воксельных данных фМРТ. Многоуровневые парцелляции, построенные по данным 1489 участников, находятся в открытом доступе: https://github.com/ThomasYeoLab/CBIG/tree/master/stable_projects/brain_parcellation/Schaefer2018_LocalGlobal.