Uma estrutura para mapeamento focal e conectômico da função cerebral temporariamente interrompida

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 430 (2023) Citar este artigo

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A natureza distribuída do substrato neural e a dificuldade de estabelecer a necessidade a partir de dados correlativos combinam-se para tornar o mapeamento da função cerebral uma tarefa muito mais difícil do que parece. Métodos capazes de combinar informações anatômicas conectivas com interrupção focal da função são necessários para desambiguar a dependência neural local da dependência neural global, e a atividade crítica da atividade meramente coincidente. Aqui apresentamos uma estrutura abrangente para inferência espacial focal e conectiva baseada em dados disruptivos esparsos e demonstramos sua aplicação no contexto da estimulação elétrica direta transitória da parede frontal medial humana durante a avaliação pré-cirúrgica de pacientes com epilepsia focal. Nossa estrutura formaliza a inferência univariada de massa baseada em voxel em dados de amostragem esparsa dentro da estrutura de mapeamento paramétrico estatístico, abrangendo a análise de mapas distribuídos definidos por qualquer critério de conectividade. Aplicada à parede frontal medial, esta abordagem de desconectoma transitória revela discrepâncias marcantes entre associações locais e distribuídas de categorias principais de comportamento motor e sensorial, revelando diferenciação por conectividade remota, para a qual a análise puramente local é cega. Nossa estrutura permite o mapeamento disruptivo do cérebro humano com base em dados de amostragem esparsa com suposições espaciais mínimas, boa eficiência estatística, formulação de modelo flexível e comparação explícita de efeitos locais e distribuídos.

Após três décadas de revolução no mapeamento do cérebro humano, iniciada pela ressonância magnética funcional (MRI), grandes áreas da paisagem neural permanecem envoltas na escuridão. Dois aspectos fundamentais da tarefa são cada vez mais reconhecidos como inibindo o progresso: a natureza distribuída e conectiva do substrato neural1,2, e a dificuldade de estabelecer a necessidade a partir de dados predominantemente correlativos3,4. Cada aspecto por si só apresenta dificuldades formidáveis: caracterizar substratos distribuídos requer modelagem explícita de interações remotas intratáveis ​​sem dados em grande escala e modelos matemáticos fragilizados pela sua complexidade; estabelecer a necessidade requer evidências disruptivas normalmente obtidas naturalmente, através das consequências comportamentais de lesões patológicas focais não controladas, confundidas por suas características incidentais - e heterogeneamente distribuídas -5,6. Combinadas, estas dificuldades são amplificadas reciprocamente: dados de escala e qualidade suficientes para apoiar modelos complexos são especialmente difíceis de adquirir no domínio clínico, e padrões distribuídos de danos patológicos tornam-se emaranhados com os padrões subjacentes de dependência neural distribuídos de forma comparável (com raras exceções7) . No entanto, são os substratos distribuídos com precisão que mais necessitam de evidências perturbadoras, pois a pluralidade de suporte neural torna ainda mais difíceis as inferências a partir de dados correlativos.

A inovação metodológica na intersecção do mapeamento conectivo e disruptivo da função cerebral é, portanto, urgentemente necessária, com especial atenção não só aos aspectos práticos do dimensionamento das técnicas actuais, mas também à diminuição da necessidade de volumes de dados que serão sempre difíceis de alcançar. Aqui elaboramos conceitualmente, implementamos tecnicamente e demonstramos empiricamente uma abordagem simples e baseada em princípios para o mapeamento disruptivo conectivo da função cerebral humana no contexto clínico da estimulação elétrica cortical direta (DCS).

Teoricamente, a abordagem ideal é registrar as consequências funcionais da interrupção transitória aplicada em locais de ponto único, individualmente e em combinação, em todo o cérebro. A DCS, comumente empregada como ferramenta clínica de localização em pacientes submetidos à avaliação para cirurgia ressectiva de lesões (tipicamente epileptogênicas), aproxima-se desse ideal, sem dúvida, mais próximo do que qualquer outra ferramenta disponível. A ruptura focal e transitória pode assim ser alcançada, permitindo um exame causalmente mais robusto da relação entre um substrato neural bem definido e um resultado comportamental observado ou relatado8. Embora os imperativos clínicos inevitavelmente restrinjam a escolha dos locais e da densidade amostral, a capacidade de avaliar múltiplos loci em cada paciente, de forma dinâmica, produz maiores volumes de dados informativos do que sugere o simples número de pacientes pesquisados. A abordagem já foi amplamente utilizada para derivar mapas de dependência funcional9 em ambientes cirúrgicos10,11, incluindo conectividade12, mas fora de uma estrutura formal que permite que os efeitos focais e conectivos sejam quantificados de forma robusta, sem dependência de regiões de interesse predefinidas.