title: Επιθέσεις δικτύων σε πολυεπίπεδους και πολυσυχνοτικούς γράφους συνδεσιμότητας καταγραφών μαγνητοεγκεφαλογραφήματος από ασθενείς με ήπιες κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις
title: Network attacks on multi-layer and multi-frequency functional connectivity graphs of magnetoencephalographic recordings from patients with Mild traumatic brain injuries
Creators: name: Κουταλακη Μαρια-Ελενη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Τα δίκτυα λειτουργικής συνδεσιμότητας περιγράφουν τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου, οι οποίες συνεργάζονται για την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών. Η έννοια των “επίθεσεων” στα δίκτυα αυτά αναφέρεται σε ελεγχόμενες παρεμβάσεις που γίνονται σε πειραματικό περιβάλλον, με στόχο τη μελέτη της ανθεκτικότητάς τους, και περιλαμβάνει τη μείωση των βαρών των συνδέσεων μεταξύ των περιοχών. Η παρούσα εργασία εξετάζει την επίδραση επιθέσεων σε δίκτυα λειτουργικής συνδεσιμότητας πάνω σε χρονοσειρές εγκεφαλικών πηγών από καταγραφές μαγνητοεγκεφαλογραφήματος (ΜΕΓ) ατόμων με ήπιες κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις (mTBI). Η μελέτη εστιάζει στη δημιουργία και ανάλυση πολυεπίπεδων και πολυσυχνοτικών γράφων  με στόχο να αναδείξει διαφορές μεταξύ εγκεφαλικών δικτύων σε άτομα με mTBI και σε φυσιολογικά άτομα. Χρησιμοποιείται το Amplitude Envelope Correlation (AEC) ως εκτιμητής συνδεσιμότητας για την δημιουργία των σχετικών δικτύων και η μέθοδος Orthogonal Minimum Spanning Tree (OMST) για τη μείωση των μη σημαντικών συνδέσεων δικτύου. Εξάγεται η οργάνωση Small-World των εγκεφαλικών δικτύων και εφαρμόζονται σενάρια στοχευμένων και τυχαίων επιθέσεων στους κόμβους του δικτύου, προκειμένου να αξιολογηθεί η ανθεκτικότητα και η αποδοτικότητα των εγκεφαλικών συνδέσεων. Η ανάλυση επιθέσεων έδειξε ότι τα δίκτυα λειτουργικής συνδεσιμότητας ατόμων με mTBI παρουσιάζουν αυξημένη ευπάθεια σε σχέση με τα δίκτυα φυσιολογικών ατόμων, τόσο σε τυχαίες όσο και σε στοχευμένες επιθέσεις στους κόμβους του δικτύου. Οι στοχευμένες επιθέσεις, ιδιαίτερα στις ζώνες συχνοτήτων α, β και γ2, προκάλεσαν εμφανή μείωση της καθολικής αποδοτικότητας (GE) στους mTBI, υποδεικνύοντας αυξημένη ευαισθησία σε διαταραχές της συνδεσιμότητας. Τα ευρήματα της εργασίας συνεισφέρουν σημαντικά στην κατανόηση της δομικής και λειτουργικής ευαισθησίας του εγκεφάλου μετά από mTBI, παρέχοντας νέες ενδείξεις για την ανάγκη ενίσχυσης της ανθεκτικότητας των εγκεφαλικών συνδέσεων.
description: Functional connectivity networks describe the relationships between different brain regions that work together to perform specific functions. The concept of "attacks" in these networks refers to controlled interventions conducted in experimental settings, aiming to study their resilience. These interventions involve reducing the weights of the connections between regions. The present study examines the impact of attacks on functional connectivity networks on brain source time series from magnetoencephalography (MEG) recordings of individuals with mild traumatic brain injury (mTBI). The study focuses on the creation and analysis of multi-layer and multi-frequency graphs to highlight differences between brain networks in individuals with mTBI and in healthy individuals. Amplitude Envelope Correlation (AEC) is used as a connectivity estimator for generating the relevant networks and the Orthogonal Minimum Spanning Tree (OMST) method is used to reduce non-significant network connections. The Small-World structure of brain networks is extracted, and scenarios of targeted and random attacks on network nodes are applied to assess the resilience and efficiency of brain connections. Attack analysis revealed that functional connectivity networks in individuals with mTBI show increased vulnerability compared to networks of healthy individuals, in both random and targeted network node attacks. Targeted attacks, particularly in the α, β, and γ2 frequency bands, caused a notable reduction in global efficiency (GE) in mTBI individuals, indicating an increased sensitivity to connectivity disruptions. The findings of this study make a significant contribution to understanding the structural and functional sensitivity of the brain subsequent to mTBI, providing new evidence for the importance of enhancing the resilience of brain connections.