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脑网络的小世界属性

自小世界网络的概念被首次使用高聚类系数和短路径长度的结合被定量定义以来,已经过去了将近20年;大约10年前,作为连接组学新领域快速发展的一部分,这种复杂网络拓扑度量开始广泛应用于神经影像和其他神经科学数据的分析。本文简要回顾了图论方法和小世界网络生成的基本概念,并详细考虑了最近使用高分辨率轨迹追踪方法绘制猕猴和小鼠解剖网络的研究的意义。在本文章中需要区分二进制或未加权图的拓扑分析和加权图的拓扑之间的重要方法区别,前者在过去为脑网络分析提供了一种流行但简单的方法,后者保留了更多的生物学相关信息,更适合于先进的图分析和其他成像研究中出现的越来越复杂的脑连接数据。最后,本文强调了加权小世界进一步发展的一些可能的未来趋势,将此作为哺乳动物皮层各区域之间强弱联系的拓扑和功能价值研究的一部分进行了更深更广泛的讨论。本文发表在The Neuroscientist杂志。

02

中国成人脑白质分区与脑功能图谱

脑地图集在研究大脑解剖和功能方面起着重要的作用。随着对多模态磁共振成像(MRI)方法(如结合结构MRI、弥散加权成像(DWI)和静息态功能MRI (rs-fMRI))的兴趣的增加,有必要基于这三种成像方式构建集成的脑地图集。本研究构建了中国成年人群(年龄22-79岁,n = 180)的多模态脑图谱,包括反映脑形态学的T1图谱、描绘复杂纤维结构的高角度分辨率弥散成像(HARDI)图谱和反映单一立体定向坐标下大脑固有功能组织的rs-fMRI图谱。我们采用大变形自形度量映射(LDDMM)和无偏自形图谱生成方法同时生成T1和HARDI图谱。利用谱聚类,我们从rs-fMRI数据中生成了20个脑功能网络。我们通过联合独立成分分析,展示了使用图谱来探索大脑形态、功能网络和白质束之间的一致性标记。

02

The Quora Topic Network(下)

为我们的网络确定的最简单的度量之一是每个节点的indegree。这只是指向节点的链接的权重的总和。在我们的例子中,这对应于我们在上一节中定义的入站链路权重的总和。虽然我们的加权程序使这个棘手的数量有直观解释,加权indegree确实有它的优点,它捕获我们需要的所有效果。如果问题 - 主题关联和策展确实创造符合我们直觉预期的主题层级,则主题有机会通过至少两个不同的机制获得大的indegree。像“职业建议”这样的话题可能有很大的不确定性,因为小的概念重叠(和罕见的cocitation)与大量的其他话题;同时,像物理学这样的主题也可能由于与其子学科的非常强的重叠(因此,频繁的cocitation)具有大的indegree。相反,非常具体的子主题如羚羊将有小的indegree。在将来,当Quora更大时,由于当前缺少的主题(如羚羊解剖)的存在,羚羊主题将获得更高的indegree,但是在适当策划的主题层级中,其indegree将总是保持低于例如动物。

01

WGCNA:加权基因共表达网络分析

加权基因表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis, WGCNA),又叫权重基因共表达网络分析,其根本思想是根据基因表达模式的不同,挖掘出相似表达模式的基因,定义为模块(module)的一种算法。具有相似表达模式的基因很可能是紧密共调控的,功能紧密相关的或同一条信号通路或过程的成员,有其特定的生理意义。芯片原始数据由R语言预处理后,得到基因表达数据,然后由maSigPro包处理得到整个肝再生过程和肝癌发生发展过程中的差异表达用来构建加权基因共表达网络。然后根据基因表达的相似性(共表达的基因)把网络分成几个模块,把每个模块和外部特征(比如时间点,病理进程等)进行关联,同时和maSigPro结果进行对比,鉴定模块中的关键基因(driver gene或hub gene),进行可视化。

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DCP:一款用于弥散磁共振成像连接组学的工具箱

摘要:由弥散磁共振成像(dMRI)衍生的大脑结构网络反映了大脑区域之间的白质连接,可以定量描述整个大脑的解剖连接模式。结构性脑连接组的发展导致了大量dMRI处理包和网络分析工具箱的出现。然而,基于dMRI数据的全自动网络分析仍然具有挑战性。在这项研究中,我们开发了一个名为“扩散连接组管道”(DCP)的跨平台MATLAB工具箱,用于自动构建大脑结构网络并计算网络的拓扑属性。该工具箱集成了一些开发的软件包,包括 FSL、Diffusion Toolkit、SPM、Camino、MRtrix3和MRIcron。它可以处理从任意数量的参与者那里收集的原始dMRI数据,并且还与来自HCP和英国生物样本库等公共数据集的预处理文件兼容。此外,友好的图形用户界面允许用户配置他们的处理管道,而无需任何编程。为了证明DCP的能力和有效性,使用DCP进行了两次测试。结果表明,DCP可以重现我们之前研究的发现。但是,DCP存在一些局限性,例如依赖 MATLAB 并且无法修复基于度量的加权网络。尽管存在这些局限性,但总体而言,DCP软件为白质网络构建和分析提供了标准化的全自动计算工作流程,有利于推进未来人脑连接组学应用研究。

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