Introduction

인간의 뇌 연결성 패턴은 계속 변화한다. (dynamic functional connectivity) sub-states를 오간다. 한편, integration과 segregation은 의식의 중요한 속성이다. 그래프 이론을 적용하면 뇌의 integration, segregation, dynamics를 연구할 수 있다.

그 결과, 뇌는 integrated state과 segregated state을 계속 오가는 것으로 밝혀졌다. Integration이 주를 이루는 substate에서는 network complexity가 감소하고 의식이 사라진다. 또한, DMN과 ECN 간의 anticorrelation이 사라진다.

이 논문에서는 sevoflurane으로 인해 마취가 들고 깰 때 뇌의 변화를 연구해 본다.

Materials

2016년에 출판된 바 있는 논문 데이터 재활용이다. 16명의 남성.

Dynamic connectivity는 40초의 sliding window 를 기반으로 계산.

sub-state을 추출하는 방법으로는 “cartographic profile”이란 걸 사용했다는데…. within-module degree Zscore과 participation coefficient를 가지고 k-means clustering을 수행해서 2개의 cluster로 나눔. 결국 놔 상태를 두 가지로 나누는 건데, timescale이 수 초다. 나는 뇌가 그런 식으로 작동할 거 같지는 않은데…. 2상태로 binary하게 나눠버리는 건 너무 작위적인 거 같다. 상태가 2개일 거란건 뭐 그럴수도 있겠지만. 아마도 연속적이지 않을까?

그 외에도 null model test, small-world propensity, connectivity entropy 등을 측정했다.

Results

평상시에는 integrated 상태인 비율이 높지만, 마취가 되면 integrated substate에서 머무는 시간이 비약적으로 감소한다. 이거 Demertzi 논문에서 나오는 패턴 1 vs 4 아닌가? 재밌게도 2% vol로 감소시키면 무의식 상태로 남아있지만 integrated 상태 비율은 정상수준으로 증가한다. 따라서 integrated substate의 비율을 의식의 direct signature로 삼을 순 없다는 것이 논문의 분석.

아… 데이터를 너무 그냥 복붙해서 보기 힘든데… 메시지만 정리하자면… 마취 여부에 따라 각 substate이 어떻게 변화하는지를 별개로 분석했다.

Network-level connectivity는 두 substate 모두에서 의식 여부에 따라 달라짐. integrated substate에서는 더 광범위한 reorganization이 일어남. 당연한거 아닌가…?

small-worldness의 경우, 두 상태 모두에서 크게 달라짐. 반면 회복할 때 integrated substate은 small worldness가 마취가 깰 때 확 증가한 반면 segregated state은 Vol2에서부터 증가함.

functional connectivity pattern의 complexity: integrated sub-state에서는 wakefulness와 BS 사이에 차이가 없었음. segregated sub-state에서는 wakefulness와 BS 사이에 entropy의 급격한 감소.

아 논문 정말 읽기 힘들게 썼네 … Hum Brain Mapp (5점짜리) 이 저널이 좀 문제인가 싶다.

우선 이 논문에서 건질 수 있는 건 뇌의 상태들을 integrated/segregated substate으로 나눌 수 있다는 거, 그것들을 따로 분석하는 게 의미있다는 거.