Contemporary neuroimaging methods can shed light on the basis of human neural and cognitive specializations, with important implications for neuroscience and medicine. Different MRI acquisitions provide different brain networks at the macroscale; whilst diffusion-weighted MRI (dMRI) provides a structural connectivity (SC) coincident with the bundles of parallel fibers between brain areas, functional MRI (fMRI) accounts for the variations in the blood-oxygenation-level-dependent T2* signal, providing functional connectivity (FC).Understanding the precise relation between FC and SC, that is, between brain dynamics and structure, is still a challenge for neuroscience. To investigate this problem, we acquired data at rest and built the corresponding SC (with matrix elements corresponding to the fiber number between brain areas) to be compared with FC connectivity matrices obtained by 3 different methods: directed dependencies by an exploratory version of structural equation modeling (eSEM), linear correlations (C) and partial correlations (PC). We also considered the possibility of using lagged correlations in time series; so, we compared a lagged version of eSEM and Granger causality (GC). Our results were two-fold: firstly, eSEM performance in correlating with SC was comparable to those obtained from C and PC, but eSEM (not C nor PC) provides information about directionality of the functional interactions. Second, interactions on a time scale much smaller than the sampling time, captured by instantaneous connectivity methods, are much more related to SC than slow directed influences captured by the lagged analysis. Indeed the performance in correlating with SC was much worse for GC and for the lagged version of eSEM. We expect these results to supply further insights to the interplay between SC and functional patterns, an important issue in the study of brain physiology and function.


翻译:现代神经成像方法可以在人类神经和认知专业的基础上阐明,对神经科学和医学具有重要影响。不同的磁共振举措获取在宏观规模上提供不同的大脑网络;而扩散加权的磁共振(dMRI)提供结构连接(SC),与大脑区域之间平行纤维捆绑相吻合,功能性磁共振(fMRI)对血液氧化水平依赖T2*信号的差异进行说明,提供功能连接(FC)。理解FC和SC之间的精确关系,即大脑动态和结构之间的关系,仍然是神经科学的一个挑战。为了调查这一问题,我们在休息阶段获取了数据,并建立了相应的SC(与脑区域之间纤维数量对应的矩阵元素),与以三种不同方法获得的FC连通性矩阵对比:通过结构方位模型探索版本(eSEM)、线性关系(C)和部分关联(PC),我们还考虑了在时间序列中使用滞后的直线性相关关系的可能性;因此,我们比较了电子SEM和Gright因果关系(GC)的延迟版本的数据,与C级的直径直径(我们的运行结果与C)的直径直径比,提供了两个层次。我们的结果与C和C的直径直系的直系的直系的直系信息。我们的结果提供了两个不同的是:在Seral-直系,这些直系的运行和直系的运行的直系的运行的运行到C的运行的运行的运行的运行的运行的运行的功能与C,这些直系,这些直向,与C-直径径径径径径径。

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