Mapas citoarquitetônicos probabilísticos do cérebro humano

Este primeiro artigo é mais proveitoso lido conjuntamente com "A new toolbox for combining magnetoencephalographic source analysis and cytoarchitectonic probabilistic data for anatomical classification of dynamic brain activity", razão pela qual estou postando os dois: eles se complementam. Esta 'atividade cerebral dinâmica' tem estreita relação com as 'ativações funcionais' de Eickhoff et al., e alguns correlatos cognitivos podem ser vistos no artigo de Cizek e Kalaska postado em 17 de junho de 2010 e citado ontem na apresentação das redes cerebrais de grande escala, de Bressler e Menon, que também compõem o novo arsenal investigativo exposto aqui.

A representação (cognitiva) interna passiva postulada por teorias estritamente modulares não faz mais sentido no estudo do comportamento dinâmico do animal (humano ou não) em seu ambiente, isto é, esse comportamento é sempre interativo e não pode ser concebido isoladamente como se fosse uma cadeia cartesiana de causa e efeito, com (micro- ou macro-) agentes posicionados em áreas bem circunscritas e estabelecidas inequivocamente quanto à sua funcionalidade. Como indicam Eickhoff et al., é a comparabilidade entre resultados obtidos através de diferentes áreas que vai permitir uma caracterização dos substratos anatômicos de ativações funcionais. Este é o cerne da análise das relações entre estrutura e função possibilitada pelos mapas citoarquitetônicos probabilísticos.

Deve-se considerar ainda a introdução do capítulo 4 do livro Handbook of the Neuroscience of Language ( 2008, P. 33-44), Architectonic Language Research, de Katrin Amunts:

De uma perspectiva anatômica, a atribuição de função a áreas citoarquitetônicas distintas com base em estudos de imagem funcional é problemática por quatro razões diferentes: (1) a resolução espacial relativamente baixa das técnicas atuais; (2) a alta variabilidade intersujeitos em anatomia cerebral; (3) problemas inerentes a mapas corticais tradicionais, incluindo a natureza subjetiva da definição de limites de áreas; e (4) informações inexistentes em 3D sobre a extensão e a localização das áreas.

Assignment of functional activations to probabilistic cytoarchitectonic areas revisited
Simon B. Eickhoff, Tomas Paus, Svenja Caspers, Marie-Helene Grosbras, Alan C. Evans, Karl Zilles, and Katrin Amuntsa 2007
NeuroImage 36 (2007) 511–521

Abstract. Os mapas citoarquitetônicos probabilísticos de um espaço de referência padrão fornecem uma poderosa ferramenta para a análise das relações estrutura-função do cérebro humano. Ao mesmo tempo em que esses mapas micro-estruturalmente definidos já foram utilizados com sucesso na análise de funções somatossensórias, motoras ou de linguagem, diversas questões conceituais na análise das relações estrutura-função ainda exigem maiores esclarecimentos. Nesse estudo, nós demonstramos as principais abordagens referentes à localização anatômica de ativações funcionais baseadas em mapas citoarquitetônicos probabilísticos através da análise de exemplos de uma ativação parietal anterior evocada pela apresentação visual de gestos manuais. Depois de considerações sobre a base conceitual e a implementação de volume, ou rotulamento dos máximos locais, nós comentamos sobre algumas dificuldades, limitações e restrições (caveats) interpretativas potenciais que poderiam ser encontradas. Ampliando e suplementando esses métodos, propomos então uma abordagem de suplementação para a quantificação de correspondências estrutura-função com base na análise de distribuição. Esta abordagem relaciona as probabilidades citoarquitetônicas observadas em um local particular funcionalmente definido à distribuição nula específica por área das probabilidades através de todo o cérebro (isto é, do mapa de probabilidade total). De modo importante, esse método evita a necessidade de uma classificação única de voxels para uma área cortical distinta, e pode aumentar a comparabilidade entre resultados obtidos a partir de diferentes áreas. Além disso, como o rotulamento baseado na distribuição quantifica a 'tendência central' de uma ativação com respeito a áreas anatômicas, o método poderá, em combinação com os métodos estabelecidos, permitir uma caracterização avançada dos substratos anatômicos de ativações funcionais. Finalmente, as vantagens e desvantagens de diversos métodos são discutidas, com ênfase na questão de qual abordagem é mais apropriada para uma situação em particular.
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A new toolbox for combining magnetoencephalographic source analysis and cytoarchitectonic probabilistic data for anatomical classification of dynamic brain activity 2007
Jürgen Dammers, Hartmut Mohlberg, Frank Boers, Peter Tass, Katrin Amunts & Klaus Mathiake

Abstract. O tamanho e a localização de áreas corticais ativadas são quase sempre identificados com relação a seus marcos macro-anatômicos circunjacentes, tais como giros e sulcos. O padrão dos sulcos, entretanto, é altamente variável. Além disso, muitas áreas corticais não estão ligadas a marcos bem definidos, que por sua vez não têm uma relação fixa com limites funcionais e citoarquitetônicos. Portanto, é difícil atribuir de modo não ambíguo atividade neuronal localizada a áreas corticais correspondentes do cérebro humano vivo. Aqui, nós apresentamos novos métodos que são implementados em um conjunto de ferramentas para a identificação anatômica objetiva da atividade neuromagnética com respeito a áreas corticais. O conjunto de ferramentas permite a integração independente-de-plataforma de muitos tipos de análise de origem obtidos a partir da MEG (magnetoencefalografia), juntamente com mapas citoarquitetônicos probabilísticos obtidos de cérebros post-mortem. Os mapas de probabilidade fornecem informações sobre a frequência relativa de uma dada área cortical estar localizada em uma dada posição no cérebro. No novo software, os dados eletromagnéticos são analisados com respeito aos mapas citoarquitetônicos que foram reposicionados para o espaço cerebral do sujeito individual. Diversas medidas definem o grau de superposição e a distância entre as áreas ativadas e os correspondentes mapas citoarquitetônicos. Os algoritmos implementados permitem que o pesquisador quantifique o quanto da densidade de corrente reconstruida pode ser atribuido a áreas corticais distintas. Padrões de correspondência dinâmica entre os dados MEG em milisegundos e os mapas citoarquitetônicos estáticos são obtidos. Nós mostramos exemplos de padrões de ativação auditiva e visual. Entretanto, o tamanho e a localização de áreas cerebrais post-mortem, assim como o método inverso aplicado aos dados neuromagnéticos, distorcem a classificação anatômica. Portanto, a adaptação à aplicação respectiva e uma combinação de quantidades objetivas são discutidas.