Complex network measures of brain connectivity - 医療情報システム

医療情報システム研究室
MRI
【文献調査】
Complex network measures of brain connectivity:
Uses and interpretations
小淵将吾
廣安知之
山本詩子
2014 年 12 月 04 日
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タイトル
脳のコネクティビティの複雑ネットワーク解析：使用と解釈
2
著者
Mikail Rubinov and Olaf Sporns
3
出典
NeuroImage, vol. 52, pp. 1059-1069, 2010
4
アブストラクト
脳のコネクティビティのデータセットは構造的線維束または機能的関連による，脳領域の結合のネットワーク
で構成される．複雑系の分野に対する新たなマルティディシプリナリー・アプローチであるコンプレックスネッ
トワーク解析は，神経生物学的に意味があり計算可能な方法により，これらの脳内ネットワークを特徴づけるこ
とを目標にしている．本稿では，我々はコネクティビティデータから脳のネットワークの構成を議論し，構造的・
機能的結合の一般的なネットワーク解析法を説明する．我々は機能的統合と分離を見つける様々な解析法を紹介
し，個々の脳領域または経路の中心性を定量化し，局所的な構造的回路のパターンを特徴づけ，そしてネットワー
クの損傷に対する回復力を検討する．我々は構造的・機能的ネットワーク結合の比較だけでなく，被験者間のネッ
トワーク比較に関する問題についても議論する．最後に，我々は複雑ネットワーク解析手法と大規模なデータセッ
トを含む Matlab の toolbox について紹介する．
5
キーワード
Brain connectivity, Graph theory, Complex network, fMRI, EEG, MEG,
6
参考文献
• 複雑系研究に対する新たなマルティディシプリナリー・アプローチに関する文献
[1] Strogatz, S.H., 2001. Exploring complex networks. Nature 410, 268-276.
[2] Newman, M.E.J., 2003. The structure and function of complex networks. SIAM Rev. 45, 167-256.
[3] Boccaletti, S., Latora, V., Moreno, Y., Chavez, M., Hwang, D.U., 2006. Complex networks: Structure
and dynamics. Phys. Rep. 424, 175-308.
• 構造的・機能的コネクティビティデータのネットワーク解析に関する文献
[4] Bassett, D.S., Bullmore, E., 2006. Small-world brain networks. Neuroscientist 12, 512-523.
[5] Bassett, D.S., Bullmore, E.T., 2009. Human brain networks in health and disease. Curr. Opin. Neurol.
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[6] Stam, C.J., Reijneveld, J.C., 2007. Graph theoretical analysis of complex networks in the brain. Nonlinear Biomed. Phys. 1, 3.
[7] Bullmore, E., Sporns, O., 2009. Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and
functional systems. Nat. Rev., Neurosci. 10, 186-198.
• 複雑ネットワーク解析の信頼性に関する文献
1
[8] Deuker, L., Bullmore, E.T., Smith, M., Christensen, S., Nathan, P.J., Rockstroh, B., Bassett, D.S.,
2009. Reproducibility of graph metrics of human brain functional networks. NeuroImage 47, 1460-1468.
• 神経生物学的に意味があり計算可能な解析法を用いた脳内ネットワークの定量化に関する文献
[9] Sporns, O., Zwi, J.D., 2004. The small world of the cerebral cortex. Neuroinformatics 2, 145-162.
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[13] Hagmann, P., Cammoun, L., Gigandet, X., Meuli, R., Honey, C.J., Wedeen, V.J., Sporns, O., 2008.
Mapping the structural core of human cerebral cortex. PLoS Biol. 6, e159.
• 構造的・機能的コネクティビティの関係に関する文献
[14] Zhou, C., Zemanova, L., Zamora, G., Hilgetag, C.C., Kurths, J., 2006. Hierarchical organization
unveiled by functional connectivity in complex brain networks. Phys. Rev. Lett. 97, 238103.
[15] Honey, C.J., Kotter, R., Breakspear, M., Sporns, O., 2007. Network structure of cerebral cortex shapes
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[16] Honey, C.J., Sporns, O., Cammoun, L., Gigandet, X., Thiran, J.P., Meuli, R., Hagmann, P., 2009.
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Sci. U. S. A. 106, 2035-2040.
• 神経学的・精神医学的障害者におけるコネクティビティの異常に関する文献
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[18] Stam, C.J., de Haan, W., Daﬀertshofer, A., Jones, B.F., Manshanden, I., van Cappellen van Walsum,
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Graph theoretical analysis of magnetoen-cephalographic functional connectivity in Alzheimer’s disease.
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[19] Bassett, D.S., Bullmore, E., Verchinski, B.A., Mattay, V.S., Weinberger, D.R., Meyer-Lindenberg, A.,
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[20] Leistedt, S.J., Coumans, N., Dumont, M., Lanquart, J.P., Stam, C.J., Linkowski, P., 2009. Altered
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[21] Ponten, S.C., Douw, L., Bartolomei, F., Reijneveld, J.C., Stam, C.J., 2009. Indications for network
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[22] Wang, L., Zhu, C., He, Y., Zang, Y., Cao, Q., Zhang, H., Zhong, Q., Wang, Y., 2009b. Altered smallworld brain functional networks in children with attention-deﬁcit/hyperactivity disorder. Hum. Brain
Mapp. 30, 638-649.
• 著者らのネットワーク解析手法の開発に関する文献
[23] Boccaletti, S., Latora, V., Moreno, Y., Chavez, M., Hwang, D.U., 2006. Complex networks: Structure
and dynamics. Phys. Rep. 424, 175-308.
[24] Costa, L.D.F., Rodrigues, F.A., Travieso, G., Boas, P.R.V., 2007b. Characterization of complex
networks: a survey of measurements. Adv. Phys. 56, 167-242.
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