Dinámica de redes cerebrales evocadas por tareas que subyacen al control cognitivo utilizando EEG con localización de fuentes y aprendizaje automático | JoVE Visualize

Área de la Ciencia:

Neurociencia
Neurociencia Cognitiva
Investigación de la Conectividad Cerebral

Sus antecedentes:

La conectividad funcional (FC) es crucial para las tareas cognitivas.
No se comprende bien el impacto de los datos demográficos y la salud en la FC dinámica durante las tareas.
Se investigaron siete redes cerebrales principales: Red de Modo Predeterminado (DMN), Red de Atención Ventral (VAN), Red Somatomotora (SMN), Red de Atención Dorsal (DAN), Red Frontoparietal (FPN), Red Visual (VIN) y Red Límbica (LIN).

Objetivo del estudio:

Identificar configuraciones de redes relacionadas con las demandas de control cognitivo durante una tarea modificada de tipo Eriksen.
Evaluar cómo los factores demográficos (edad, sexo, ingresos) y de salud (IMC) influyen en la FC dinámica relacionada con la tarea.
Comprender la relación entre los patrones de FC dinámica y el tiempo de reacción (RT) en individuos de alto rendimiento.

Principales métodos:

Análisis secundario de datos de EEG con localización de fuentes de 255 adultos.
Modelo de Markov Oculto (HMM) para extraer dinámicas espaciotemporales y cuantificar correlaciones de redes.
Extreme Gradient Boosting (XGBoost) y eliminación recursiva de características para identificar características predictivas de FC para RT.
Modelos de regresión para evaluar los efectos de la edad, el sexo, el IMC y los ingresos en la FC relacionada con la tarea.

Principales resultados:

Los modelos de aprendizaje automático predijeron con precisión el RT para ensayos congruentes (AUC=0.81) e incongruentes (AUC=0.86).
Los patrones específicos de FC (por ejemplo, VAN-LIN, VIN-VAN, SMN-DAN) fueron clave para los ensayos congruentes, mientras que otros (por ejemplo, SMN-DMN, LIN-FPN, VIN-DAN) fueron cruciales para los ensayos incongruentes.
La edad avanzada se correlacionó con una FC reducida; el IMC más alto mostró asociaciones positivas modestas con la FC en redes específicas (LIN-FPN, VIN-DAN).
El sexo y los ingresos no fueron predictores significativos.

Conclusiones:

Las interacciones dinámicas dentro y entre las redes cerebrales son vitales para el control cognitivo.
La edad y el IMC son factores demográficos y de salud significativos que influyen en la conectividad cerebral durante las tareas cognitivas.
La investigación futura debe considerar estos factores al examinar la conectividad funcional basada en tareas.