Recent breakthroughs in functional neuroimaging techniques have launched the quest of mapping the connections of the human brain, otherwise known as the human connectome. Imaging connectomics is an umbrella term that refers to the neuroimaging techniques used to generate these maps, which recently has enabled comprehensive brain mapping of network connectivity combined with graph theoretic methods. In this review, we present an overview of the key concepts in functional connectomics. Furthermore, we discuss articles that applied task-based and/or resting-state functional magnetic resonance imaging to examine network deficits in post-traumatic stress disorder (PTSD). These studies have provided important insights regarding the etiology of PTSD, as well as the overall organization of the brain network. Advances in functional connectomics are expected to provide insight into the pathophysiology and the development of biomarkers for diagnosis and treatment of PTSD.
Due to their high degree of freedom to transfer and acquire light, fiber optics can be used in the presence of strong magnetic fields. Hence, optical sensing and imaging based on fiber optics can be integrated with magnetic resonance imaging (MRI) diagnostic systems to acquire valuable information on biological tissues and organs based on a magnetic field. In this article, we explored the combination of MRI and optical sensing/imaging techniques by classifying them into the following topics: 1) functional near-infrared spectroscopy with functional MRI for brain studies and brain disease diagnoses, 2) integration of fiber-optic molecular imaging and optogenetic stimulation with MRI, and 3) optical therapeutic applications with an MRI guidance system. Through these investigations, we believe that a combination of MRI and optical sensing/imaging techniques can be employed as both research methods for multidisciplinary studies and clinical diagnostic/therapeutic devices.
Kim, Bori;Park, Su Hyun;Cho, Han Byul;Kim, Jungyoon
Korean Journal of Biological Psychiatry
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v.25
no.1
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pp.1-8
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2018
Insomnia is a common sleep-related symptom which occurs in many populations, however, the neural mechanism underlying insomnia is not yet known. The hyperarousal model explains the neural mechanism of insomnia to some extent, and the frontal cortex dysfunction has been known to be related to primary insomnia. In this review, we discuss studies that applied resting state and/or task-related functional magnetic resonance imaging to demonstrate the deficits/dysfunctions of functional activation and network in primary insomnia. Empirical evidence of the hyperarousal model and proposed relation between the frontal cortex and other brain regions in primary insomnia are examined. Reviewing these studies could provide critical insights regarding the pathophysiology, brain network and cerebral activation in insomnia and the development of novel methodologies for the diagnosis and treatment of insomnia.
Kim, Hak Yeong;Seo, Kain;Jeon, Hong Jin;Lee, Unjoo;Lee, Hyosang
Molecules and Cells
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v.40
no.8
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pp.523-532
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2017
Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a noninvasive optical imaging technique that indirectly assesses neuronal activity by measuring changes in oxygenated and deoxygenated hemoglobin in tissues using near-infrared light. fNIRS has been used not only to investigate cortical activity in healthy human subjects and animals but also to reveal abnormalities in brain function in patients suffering from neurological and psychiatric disorders and in animals that exhibit disease conditions. Because of its safety, quietness, resistance to motion artifacts, and portability, fNIRS has become a tool to complement conventional imaging techniques in measuring hemodynamic responses while a subject performs diverse cognitive and behavioral tasks in test settings that are more ecologically relevant and involve social interaction. In this review, we introduce the basic principles of fNIRS and discuss the application of this technique in human and animal studies.
Resting-state Functional Magnetic Resonance Imaging(fMRI) data detects the temporal correlations in Blood Oxygen Level Dependent(BOLD) signal and these temporal correlations are regarded to reflect intrinsic cortical connectivity, which is deactivated during attention demanding, non-self referential tasks, called Default Mode Network(DMN). The relationship between fMRI and anatomical connectivity has not been studied in detail, however, the preceded studies have tried to clarify this relationship using Diffusion Tensor Imaging(DTI) and fMRI. These studies use method that fMRI data assists DTI data or vice versa and it is used as guider to perform DTI tractography on the brain image. In this study, we hypothesized that functional connectivity in resting state would reflect anatomical connectivity of DMN and the combined images include information of fMRI and DTI showed visible connection between brain regions related in DMN. In the previous study, functional connectivity was determined by subjective region of interest method. However, in this study, functional connectivity was determined by objective and advanced method through Independent Component Analysis. There was a stronger connection between Posterior Congulate Cortex(PCC) and PHG(Parahippocampa Gyrus) than Anterior Cingulate Cortex(ACC) and PCC. This technique might be used in several clinical field and will be the basis for future studies related to aging and the brain diseases, which are needed to be translated not only functional connectivity, but structural connectivity.
Choi, Yera;Kim, Sangjoon;Do, Hyein;Shin, Kyung-Shik;Kim, Jieun E.
Korean Journal of Biological Psychiatry
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v.22
no.3
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pp.109-112
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2015
Since the early 2000s, there has been a continued interest in lie detection using functional magnetic resonance imaging (fMRI) in neuroscience and forensic sciences, as well as in newly emerging fields including neuroethics and neurolaw. Related fMRI studies have revealed converging evidence that brain regions including the prefrontal cortex, anterior cingulate cortex, parietal cortex, and anterior insula are associated with deceptive behavior. However, fMRI-based lie detection has thus far not been generally accepted as evidence in court, as methodological shortcomings, generalizability issues, and ethical and legal concerns are yet to be resolved. In the present review, we aim to illustrate these achievements and limitations of fMRI-based lie detection.
The annual incidence of primary brain tumors is 7-19 cases per 100,000 people. The unique capacity of visualizing biochemical processes allows PET to determine functional metabolic activities of the brain tumors. Like other malignant tumors, F-18 FDG has been used commonly in the imaging of brain tumors. FDG PET is valuable in grading malignancy, predicting prognosis, monitoring treatment, differentiating tumor recurrence from radiation necrosis, and detecting primary lesion in metastatric brain tumors. Among amino acids labeled with positron emitters, C-11 methionine is used clinically. Tumor delineation is much better with methionine PET than with FDG PET. Low grade gliomas, in particular, are better evaluated with methionine than with FDG. PET opens another dimension in brain tumor imaging. PET imaging has clearly entered the clinical area with a profound impact on patient care in many indications.
Background and Purpose Torrance Tests of Creative Thinking (TTCT) is a well-known and commonly used measure of creativity. However, the TTCT-induced creative hemodynamic brain activity is rarely revealed. The purpose of this study is to elucidate the neural correlates of creative thinking in the setting of a modified version of the figural TTCT adapted for an functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment. Methods We designed a blocked fMRI experiment. Twenty-five participants (11 males, 14 females, mean age $19.9{\pm}1.8$) were asked to complete the partially presented line drawing of the figural TTCT (creative drawing imagery; creative). As a control condition, subjects were asked to keep tracking the line on the screen (line tracking; control). Results Compared to the control condition, creative condition revealed greater activation in the distributed and bilateral brain regions including the left anterior cingulate, bilateral frontal, parietal, temporal and occipital regions as shown in the previous creativity studies. Conclusions The present revealed the neural basis underlying the figural TTCT using fMRI, providing an evidence of brain areas encompassing the figural TTCT. Considering the significance of a creativity test for dementia patients, the neural correlates of TTCT elucidated by this study may be valuable to evaluate the brain function of patients in the clinical field.
Food is crucial for the nutrition and survival of humans. Taste system is one of the fundamental senses. Taste cells detect and respond to five basic taste modalities (sweet, bitter, salty, sour, and umami). However, the cortical processing of taste sensation is much less understood. Recently, there were many efforts to observe the brain activation in response to taste stimulation using functional magnetic resonance imaging (fMRI), magnetoencephalography (MEG), and optical imaging. These different techniques do not provide directly comparable data each other, but the complementary investigations with those techniques allowed the description and understanding of the sequence of events with the dynamics of the spatiotemporal pattern of activation in the brain in response to taste stimulation. The purpose of this study is the understanding of the brain activities to taste stimuli in sensory and affective aspects and the reviewing of the recent research of the gustotopic map by functional brain mapping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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