Communication dynamics in the human connectome shape the cortex-wide propagation of direct electrical stimulation

神经科学 连接体 神经影像学 白质 人类连接体项目 脑刺激 人脑 磁共振弥散成像 纤维束成像 计算机科学 连接组学 功能连接 心理学 刺激 磁共振成像 医学 放射科
作者
Caio Seguin,W. W. Jacobs,Olivier David,Sina Mansour L.,Olaf Sporns,Andrew Zalesky
标识
DOI:10.1101/2022.07.05.498875
摘要

Communication between gray matter regions underpins all facets of brain function. To date, progress in understanding large-scale neural communication has been hampered by the inability of current neuroimaging techniques to track signaling at whole-brain, high-spatiotemporal resolution. Here, we use 2.77 million intracranial EEG recordings, acquired following 29,055 single-pulse electrical stimulations in a total of 550 individuals, to study inter-areal communication in the human brain. We found that network communication models—computed on structural connectivity inferred from diffusion MRI—can explain the propagation of direct, focal electrical stimulation through white matter, measured at millisecond time scales. Building on this finding, we show that a parsimonious statistical model comprising structural, functional and spatial factors can accurately and robustly predict cortex-wide effects of brain stimulation (out-of-sample R 2 =54%). Our work contributes towards the biological validation of concepts in network neuroscience and provides insight into how white matter connectivity shapes inter-areal signaling. We anticipate that our findings will have implications for research on macroscale neural information processing and the design of brain stimulation paradigms.
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