多层节点模块性：用于阿尔茨海尔病早期阶段工作记忆绑定任务中轻度认知障碍区域分析的新型网络度量
神经元与认知
2025-06-05 v2 社会与信息网络
生物物理
摘要
模块性是一个在各种单层和多层网络中用于评估社区结构的成熟概念，包括生物学和社会学领域的网络。在脑网络中，已知在局部、中等和全局尺度上都存在社区结构。然而，模块性作为度量标准仅描述全局尺度上的社区结构强度，忽略了节点层面上社区结构的重要变异。为此，我们将模块性扩展到单个节点。这一节点模块性（nQ）的新型度量捕捉了中尺度和局部尺度上的模块性变化。我们假设 nQ 将揭示因疾病如阿尔茨海尔病（AD）而导致脑部的粗粒度变化，后者已知会破坏脑部的模块结构。我们在 AD 早期阶段的 fMRI 和 DTI 数据中，对视觉短时记忆绑定任务的多层网络探索了 nQ。尽管受样本量限制，我们的 fMRI 网络中感兴趣区域（ROI）的 nQ 变化主要观察到视觉、 limbic 和 paralimbic 系统，这与已知的 AD 轨迹一致，并与淀粉样 β-淀粉样蛋白和 tau 蛋白沉积相关。此外，我们在 DTI 网络的 parietal 和 frontal 区域观察到的白质微结构变化可能补充了关于白质完整性差的记忆绑定者的研究。此外，nQ 明确区分了 MCI 患者和 MCI 转化者，表明 nQ 可能对 AD 的关键转折点具有敏感性。我们的发现表明，nQ 作为局部群体结构的度量，为在节点层面提供了任务和疾病相关变异的新见解。鉴于模块性作为全局度量的广泛应用，nQ 代表了一种重要的进步，为各种学科提供了一种用于衡量网络组织的粗粒度度量。
引用
@article{arxiv.2501.09805,
title = {Multiplex Nodal Modularity: A novel network metric for the regional analysis of amnestic mild cognitive impairment during a working memory binding task},
author = {Avalon Campbell-Cousins and Federica Guazzo and Mark Bastin and Mario A. Parra and Javier Escudero},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.09805},
year = {2025}
}
备注
35 pages, 9 figures, this is to be submitted to PLOS ONE for publication