Recovery of neural dynamics criticality in personalized whole-brain models of stroke

2022 - Nature Communications

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Abstract

La “Critical Brain Hypothesis”  sostiene che le reti neuronali biologiche, grazie alla loro architettura strutturale e funzionale, operano vicino a transizioni di fase per una risposta ottimale a stimoli interni ed esterni. La criticità fornisce quindi una funzione ottimale e capacità comportamentali. Testiamo questa ipotesi esaminando l’influenza di lesioni cerebrali (ictus) sulla criticità delle dinamiche neurali, stimate a livello di singoli partecipanti utilizzando connettomi strutturali individuali misurati direttamente e modelli di tutto il cervello. Le lesioni provocano uno stato sub-critico che si recupera nel tempo parallelamente al comportamento. Il miglioramento della criticità è associato al rimodellamento di specifiche connessioni di materia bianca. Dimostriamo che modelli dinamici personalizzati di tutto il cervello, posti in uno stato di criticità, seguono le dinamiche neurali, le alterazioni post-ictus e il comportamento a livello di singoli partecipanti.