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Enregistrement W4392515127 · doi:10.1101/2024.03.01.583030

The role of inhibition in resting-state fMRI negative correlations

2024· preprint· en· W4392515127 sur OpenAlexafffund
Shreyas Harita, Davide Momi, Zheng Wang, Sorenza P Bastiaens, John D. Griffiths

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2024
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensUniversity of TorontoCentre for Addiction and Mental Health
Organismes subventionnairesKrembil Foundation
Mots-clésResting state fMRIFunctional magnetic resonance imagingNeuroscienceTranscranial magnetic stimulationHuman Connectome ProjectConnectomeDynamic functional connectivityInhibitory postsynaptic potentialFunctional connectivityCorrelationPsychologyStimulationComputer scienceMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Resting-state brain activity, as observed via functional magnetic resonance imaging (fMRI), displays non-random fluctuations whose functional connectivity (FC) is commonly parsed into spatial patterns of positive and negative correlations (PCs and NCs). Mapping NC patterns for certain key seed regions has shown considerable promise in recent years as a tool for enhancing neuro-navigated targeting and clinical outcomes of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) therapies in psychiatry. These successes bring to the fore several major outstanding questions about the neurophysiological origins of fMRI NCs. In this work, we studied candidate mechanisms for the emergence of fMRI NCs using connectome-based brain network modeling. Simulations of fMRI data under manipulation of inhibitory parameters W I and λ, representing local and network-mediated inhibition respectively, were explored, focusing on the impact of inhibition levels on the emergence of NCs. Despite the considerable difference in time scales between GABAergic neuronal inhibition and fMRI FC, a clear relationship was observed, whereby the greater levels of overall inhibition led to significantly greater magnitude and spatial extent of NCs. We show that this effect is due to a leftward shift in the FC correlation distribution, leading to a reduction in the number of PCs and a concomitant increase in the number of NCs. Relatedly, we observed that those connections available for recruitment as NCs were precisely those with the weakest corresponding structural connectivity. Relative to nominally default values for the models used, greater levels of inhibition also improved, quantitatively and qualitatively, single-subject fits of simulated to empirical FC matrices. Our results provide new insights into how individual variability in anatomical connectivity strengths and neuronal inhibition levels may determine individualized expression of NCs in fMRI data. These, in turn, may offer new directions for optimization and personalization of rTMS therapies and other clinical applications of fMRI NC patterns. Author Summary Resting-state brain activity, as detected through functional magnetic resonance imaging (fMRI), demonstrates non-random fluctuations in its covariance structure, often characterized as functional connectivity (FC), which is further divided into spatial patterns of positive and negative correlations (NCs). Mapping patterns of NCs of specific key seed regions have demonstrated significant potential as a method for improving the precision of neuro-navigated targeting and enhancing clinical outcomes in the application of repetitive transcranial magnetic stimulation therapies within the field of psychiatry. In our study, we employed the reduced Wong-Wang neural mass model to investigate the physiological underpinnings of NCs observed in resting-state fMRI (rs-fMRI). Our simulated data partially captures the dynamics of empirical rs-fMRI data, revealing that increased inhibition levels correlate with a higher number of NCs. We also observed differential effects on model stability and NCs with varying levels of excitation and inhibition. These findings shed light on the complex interplay between neural dynamics and rs-fMRI connectivity patterns. Importantly, our work contributes to refining model parameters and offers insights for future validation with empirical clinical data. Understanding the factors influencing NCs in rs-fMRI FC has implications for optimizing therapeutic interventions and advancing our understanding of brain function.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,019
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations4
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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