An increasing number of theoretical and empirical studies approach the function of the human brain from a network perspective. The analysis of brain networks is made feasible by the development of new imaging acquisition methods as well as new tools from graph theory and dynamical systems. This review surveys some of these methodological advances and summarizes recent findings on the architecture of structural and functional brain networks. Studies of the structural connectome reveal several modules or network communities that are interlinked by hub regions mediating communication processes between modules. Recent network analyses have shown that network hubs form a densely linked collective called a "rich club," centrally positioned for attracting and dispersing signal traffic. In parallel, recordings of resting and task-evoked neural activity have revealed distinct resting-state networks that contribute to functions in distinct cognitive domains. Network methods are increasingly applied in a clinical context, and their promise for elucidating neural substrates of brain and mental disorders is discussed.
Un creciente número de estudios teóricos y empíricos enfocan la función del cerebro humano desde una perspectiva de red. El análisis de las redes cerebrales se ha hecho posible gracias al desarrollo de nuevos métodos de obtención de imágenes, así como de nuevas herramientas provenientes de la teoría de grafos y de los sistemas dinámicos. Este artículo revisa algunos de estos avances metodológicos y resume los hallazgos recientes sobre la arquitectura de las redes cerebrales estructurales y funcionales. Los estudios del conectoma estructural revelan que existen varios módules o comunidades de redes que están vinculadas entre sí por concentradores (“hubs”) que median los procesos de comunicación entre los módules. Análisis recientes han demostrado que los concentradores de la red forman un nodo densamente interconectado denominado “club de ricos”, localizado centralmente para atraer y dispersar las señales de tránsito. En paralelo, los registros de la actividad neural en reposo y evocada por tareas han revelado distintas redes en estado de reposo que contribuyen a las funciones en diversos dominios cognitivos. Ya que los métodos de red se aplican cada vez más en el contexto clínico, se discute lo prometedor que puedan resultar estos para dilucidar los sustratos neurales de los trastornos cerebrales y mentales.
De plus en plus d'études théoriques et empiriques abordent la fonction du cerveau humain sous I'angle de réseaux. L'analyse de ces réseaux est rendue possible par le développement de nouvelles méthodes d'acquisition d'imagerie et de nouveaux outils issus de théories graphiques et de systèmes dynamiques. Cet article analyse certaines de ces avancées méthodologiques et résume les récentes découvertes sur l'architecture des réseaux cérébraux anatomiques et fonctionnels. Des études sur le connectome structurel montrent plusieurs modules ou communautés de réseaux liés par des points centraux ou centres d'activité (hubs) permettant des processus de communication entre les modules. De récentes analyses des réseaux ont montré que les centres de ces réseaux forment un collectif à forte densité de liaison appelé «club de riches», dispose centralement pour attirer et disperser la circulation du signal. Parallèlement, des enregistrements de I'activité neuronale déclenchée par le travail ou au repos ont révélé des réseaux d'état de repos distincts contribuant à des fonctions dans différents domaines cognitifs. Les modèles de réseaux sont de plus en plus appliqués dans un contexte clinique et nous analysons les perspectives qu'ils offrent pour élucider les substrats neuronaux des troubles mentaux et cérébraux.
Keywords: connectome; diffusion imaging; functional MRI; graph theory; neuroimaging; resting state; tractography.