Участник:Миг/Коннектом

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
  • Работаю над ценнейшим материалом, созданный Александровым.Миг (обсуждение) 12:33, 4 июня 2013 (UTC)
Карты активности мозга, полученные методом томографии - МРТ. (Hagmann et al., 2008[1])

Human Connectome Project — масштабный пятилетний научно-исследовательский проект по изучению мозга, организован Национальным институтом здравоохранения (Institutes of Health - NIH, США). Проект начат в июле 2009[2] как первый из трёх больших проектов (Grand Challenges) NIH в области нейробиологии.[3] К 15 сентября 2010 NIH анонсировала вознаграждение по 2-м грантам: $30 млн. на пятилетие для консорциума под руководством Washington University в Сан-Луисе и University of Minnesota, и $8.5 млн на 3 года под руководством группы из Гарвардского университета (Harvard University), Центрального госпиталя Массачусетса (Massachusetts General Hospital) и Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе (University of California Los Angeles).[4] Основная цель проекта — исследование структурной и функциональной организации человеческого мозга, с применением самых современных методов томографии и визуализации.

Планируется участие 1200 добровольцев для сканирования мозговой деятельности здоровых взрослых людей. Параллельно будет проведен сбор генетических и поведенческих данных, тестирование сенсорных и моторных навыков, памяти и других когнитивных функций. Полученные материалы, аналогично проекту «Геном человека», будут размещены в публичной базе данных (за исключением личной информации о добровольцах) для совместной работы учёных со всего.

Что такое коннектом?[править]

Белое вещество с путями в пределах человеческого мозга, где визуализируется MRI[5]
Визуализация связей в человеческого мозга.

Коннекто́м (от англ. connect - соединять, связывать) — полное описание структуры связей в нервной системе организма [6][7]. Сам термин «коннектом» был предложен в 2005 году независимо друг от друга двумя исследователями (Sporns, Hagmann), по аналогии с термином «гено́м».

Аксоны, иннервирующие мышцы ушных раковин у мыши.

Коннектомикой стали называть компьютерный анализ архитектоники естественных нейронных сетей, проводимый с использованием методов визуализации и картирования нейронных связей.

Первым, в 1986 году, был описан коннектом червя Caenorhabditis elegans (а также расшифрован его геном). Нервная система C. elegans содержит всего 302 нейрона.

Термин коннектом используется также для обозначения карты связей не всего организма, а его части. В 2009 году было опубликовано исследование коннектома аксонов, иннервирующих межщитковые мышцы ушных раковин мыши (англ. interscutularis muscle connectome). [8]

В 2005 Году Д-Р Олаф Sporns в университете штата Индиана, и д-р Патрик Hagmann в Lausanne University Hospital одновременно и независимо предложил термин "коннектом" для обозначения к карте нейронные связи в мозге. Этот термин был непосредственно вдохновителем текущих усилий по типу генетического кода человека — построение генома.

"Connectomics" (Hagmann, 2005 г.) был определен как наука, связанная с монтажом и анализом наборов данных коннектома.[9].

В своей 2005 г., Кандидатской диссертации, "От диффузия МРТ мозг connectomics", Hagmann писал:

Понятно, что, как геном, который намного больше, чем просто сочетание генов, набор всех соединений нейронов в мозге гораздо больше, чем сумма их отдельных компонентов. Геном — это сущность его " я", как оно из тонкого взаимодействия генов, что даёт [жизнь]. Аналогичным образом, можно рассматривать мозг коннектом, как множество всех соединений нейронов, как одно единое целое, тем самым подчеркивая тот факт, что огромное количество связей нейронов мозга, ёмкость и вычислительная мощность критически опирается на этом тонком и невероятно сложном количестве подключений архитектуры коннектома.[10]
Пути в мозговом белом веществе можно нанести при гистологическом вскрытии, произвести окрашивание, дегенерацию методов и трассировку аксонов. Методы трассировки аксонов и их формы является первичной основой для систематического построения диаграмм длинных дистанций, путей в обширных конкретных видах анатомических связей между матрицами серого вещества регионов, областей. Ориентир исследования включён в районы и соединений зрительной коры макаки (В настоящее время учёные начали работу по составлению атласа прохождения зрительного сигнала от попадания в глаз лучей предметной точки изображения до формирования оптического изображения в зрительных отделах головного мозга.)[Замечание необходимое]. (Felleman и Ван Эссен, 1991)[11] и thalamo-кортикальной системы в кошачьего мозга (Scannell et al., 1999).[12] Развитие нейроинформатики баз данных для анатомических разрешений подключения для постоянного обновления и уточнения карт таких анатомических подключения. Онлайн-макака cortex подключения инструмента CoCoMac (Kötter, 2004)[13] - яркий пример такой базы данных.[14]

В человеческом мозге значимость коннектомы проистекает на базе того, когда структура и функции человеческого мозга тесно связаны между собой через несколько уровней и режимов подключения мозга. Есть сильные естественные ограничения, на которых нейроны или нейронных популяций могут взаимодействовать между собой, или насколько сильное или прямое взаимодействие между ними. Действительно, в основе человеческого познания заключается картина динамического взаимодействия формирования коннектомы.

Однако, структурно-функциональные взаимосвязи в мозгу вряд можно свести к простому "один-к-одному" сопоставлению. В самом деле, коннектом, очевидно, может поддерживать большое число переменных динамично развивающихся состояний в зависимости от текущих сенсорных входов, глобального мозгового состояния, обучения и развития. Некоторые изменения в функциональном состоянии можгут включать быстрые изменения структурной связности в synaptic уровне, как было выяснено с помощью двухфотонных imaging экспериментов, показывающие, что происходит стремительное появление и исчезновение дендритных "шипиков" (Bonhoeffer и Юсте, 2002).[15]

Несмотря на столь сложную и переменную структуру и функцию отображения, коннектом является необходимой основой для механистической интерпретацией динамических состояний мозга — данных одной ячейки для записи функциональной нейровизуализации.

Термин "коннектом" совсем недавно был популяризован Себастьян Сунг's "я Коннектом", выступая во вторник 2010 г. на Конференции TED", на которой обсуждаются на высоком уровне цели картографии человеческого коннектома, а также продолжающиеся усилия по созданию трехмерных нейронных карт мозговой ткани в микромасштабе.[16]

Цели проекта[править]

Сканирование нейронной архитектуры человеческого мозга, создание структурных и функциональных карт мозга человека поможет понять истоки некоторых неврологических и психических заболеваний (аутизм, шизофрения и др.), а также узнать, в чем причина различий в способностях, поведении и т. д.

Для неврологии важно понимание принципов работы мозга и причин нарушения мозговых функций.

Другие цели проекта - изучение определённых типов памяти, причин разных способностей людей в конкретных областях знаний, например в математике.

Методы[править]

В проекте планируется использовать: магнитно-резонансную томографию (МРТ) высокого разрешения.

Планируется сканирование мозга однояйцевых и разнояйцевых близнецов, их братьев и сестёр для того, чтобы получить представление о роли генов и окружающей среды в формировании структур мозга.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, Wedeen VJ, Sporns O (July 2008). "Mapping the structural core of human cerebral cortex". PLoS Biol. 6 (7): e159. DOI:10.1371/journal.pbio.0060159. PMID 18597554.
  2. http://www.nih.gov/news/health/jul2009/ninds-15.htm
  3. http://www.neuroscienceblueprint.nih.gov/
  4. http://www.nih.gov/news/health/sep2010/nimh-15.htm
  5. http://en.wikipedia.org/wiki/Connectome
  6. Sporns O, Tononi G, Kötter R (2005) The human connectome: A structural description of the human brain. PLoS Computational Biology 1, e42.
  7. Hagmann P (2005) From diffusion MRI to brain connectomics [PhD Thesis]. Lausanne: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). 127 p.
  8. Lu J, Tapia JC, White OL, Lichtman JW (February 2009). "The interscutularis muscle connectome". PLoS Biol. 7 (2): e32. DOI:10.1371/journal.pbio.1000032. PMID 19209956.
  9. "master.dvi" (PDF). Retrieved 2011-08-07
  10. "master.dvi" (PDF). Retrieved 2011-08-07
  11. Felleman, Дэниэл Дж., Ван Эссен, David C. (1991). "Распределенной Иерархической Обработки приматов Головного мозга". Кора Головного Мозга 1 (1): 1–47. doi:10.1093/cercor/1.1.1. -. PMID 1822724.
  12. Scannell, J.W.; Ожоги, GA; Hilgetag, куб. см; О'Нил, MA; Молодые, Народный депутат (1999). "Connectional Организации Cortico-таламической Системы Кошка". Кора Головного Мозга 9 (3): 277–99. doi:10.1093/cercor/9.3.277. PMID 10355908.
  13. ^ Kötter, Rolf (2004). "Online Retrieval, Processing, and Visualization of Primate Connectivity Data From the CoCoMac Database". Neuroinformatics 2 (2): 127–44. doi:10.1385/NI:2:2:127. PMID 15319511.
  14. http://en.wikipedia.org/wiki/Connectome
  15. Bonhoeffer, Tobias; Yuste, Rafael (2002). "Spine MotilityPhenomenology, Mechanisms, and Function". Neuron 35 (6): 1019–27. doi:10.1016/S0896-6273(02)00906-6. PMID 12354393.
  16. "Sebastian Seung: I am my connectome | Video on". TEDTalks. Retrieved 2011-08-07.

Внешние ссылки[править]

На русском языке[править]

На английском языке[править]