Human Connectome Project: naukowcy zdobywają coraz więcej wiedzy o mózgu

Lipiec 14, 2019

Celem projektu Human Connectome jest zrozumienie połączeń obecnych w zdrowym ludzkim mózgu w celu ustalenia linii podstawowej, która pomoże zidentyfikować nieprawidłowości w połączeniach w zaburzeniach mózgu.

Human Connectome Project (HCP) został zapoczątkowany w lipcu 2009 roku. Jest głównym wyzwaniem dla National Institutes of Health (NIH) z budżetem o wartości 21, 3 mln euro na pięć lat.

Główne cele tego projektu to:

  • Zebranie kompilacji danych neuronowych.
  • Stworzenie interfejsu do graficznej nawigacji przy użyciu tych danych.
  • Przygotowanie wniosków nigdy wcześniej nie przedstawionych dotyczących żywego ludzkiego mózgu.

Według Hagmanna: „aby zrozumieć funkcjonowanie sieci musi znać jej elementy i jej połączenia (…). Konektom znacznie zwiększy nasze zrozumienie pojawiających się procesów funkcjonalnych w strukturach mózgu. Dostarczy nowych informacji na temat mechanizmów używanych przez mózg, gdy jego struktury zostaną uszkodzone. ”

Mózg

Jednak zanim przejdziemy dalej: czym jest ludzki konektom? Jest to mapa połączeń pomiędzy neuronami w mózgu. Dlatego w ramach tego projektu pracuje się nad mapowaniem sieci połączeń na poziomie anatomicznym i funkcjonalnym mózgu. Oznacza to, że ma na celu szczegółowe poznanie wszystkich obwodów mózgu i jego synaps.

Ponadto ma na celu stworzenie zestawu danych ułatwiających badania nad różnego rodzaju zaburzeniami mózgu.

«Żaden z Twoich neuronów nie wie, kim jesteś… I wcale ich też to nie obchodzi».

-Eduardo Punset-

Co chce osiągnąć projekt Human Connectome?

Obecnie Narodowy Plan Badań nad Neuronauką Narodowego Instytutu Zdrowia rozpoczyna projekt o wartości 30 milionów dolarów, który będzie używał najnowocześniejszych technologii obrazowania mózgu do mapowania zdrowych obwodów ludzkiego mózgu.

Poprzez systematyczne zbieranie danych obrazowania mózgu setek ludzi, Human Connectome Project (HCP) dostarczy informacji o tym, w jaki sposób połączenia mózgowe leżą u podstaw funkcjonowania mózgu i otworzy nowe linie badań dla neuronauki.

«W ludzkim umyśle liczba możliwych połączeń między neuronami jest znacznie większa niż liczba atomów we wszechświecie».

-Alan Moore-

Ostatnie dane i badania

Do tej pory znany jest tylko jeden konektom: nicień (robak cylindryczny). Jego skromny układ nerwowy składa się z 300 neuronów. W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych zespół naukowców zmapował jego 7000 połączeń międzyneuronowych, to znaczy jego konektom. Oczywiście konektom człowieka jest znacznie bardziej złożony, ponieważ ma ponad 100 miliardów neuronów i 10 tysięcy razy więcej połączeń.

Nowe badania członków zespołu HCP sugerują, że obwody mózgu są zorganizowane bardziej jak sieć ulic na Manhattanie niż chaotyczna plątanina dróg w Londynie. Podobne jak mapa Manhattanu tworzy idealną siatkę, nasza sieć neuronowa jest uporządkowana i równa, a nie poplątana, jak wcześniej sądziliśmy.

Synapsy

Ostatnie odkrycia oparte na danych neurowizualizacji z projektu Human Connectome oraz danych psychologicznych pokazują, że indywidualne różnice w łączności mózgu mogą trafnie przewidzieć zachowanie danej osoby.

Tak więc uważa się, że w przyszłości skany te mogą pomóc lekarzom znacznie lepiej dobrać diagnozę dla każdego pacjenta. A także leczyć zaburzenia psychiczne, jak twierdzą autorzy tych odkryć.

«Neurony to komórki o delikatnych i eleganckich kształtach, tajemnicze motyle duszy, których trzepotanie skrzydeł być może pewnego dnia wyjaśni tajemnicę zdrowia psychicznego».

-Santiago Ramón y Cajal-

Wnioski i ciekawostki dotyczące projektu Human Connectome

Mózg nadal pozostaje złożonym organem. Wielu naukowców skupia się na nim podczas przeprowadzania badań. Dla niektórych jest to wciąż czarna skrzynka, o której niewiele wiadomo.

Z tego powodu projekt Human Connectome jest dobrą inicjatywą, ponieważ próbuje wyjaśnić, za pomocą najlepszych dostępnych narzędzi technologicznych, funkcjonowanie mózgu i jego połączeń neuronowych. W ten sposób będzie możliwe wyeliminowanie wielu zaburzeń psychicznych.

Obecnie naukowcy wiedzą, że wiele zaburzeń psychicznych, takich jak schizofrenia pojawiają się, gdy połączenia mózgowe nie są prawidłowe. Dlatego naukowcy próbują stworzyć mapę ludzkiego mózgu. Pomoże w przyszłości leczyć choroby takie jak padaczka, ponieważ znając jej drogę w mózgu możliwe będzie jej leczenie.

Na koniec, jeśli jesteś ciekaw, pod tym linkiem możesz zobaczyć ciekawą interaktywną przeglądarkę, która interpretuje dane macierzy łączności na podstawie publikacji konferencyjnej Anatomiczna analiza strukturalna sieci ludzkiego mózgu przy użyciu częściowych korelacji objętości substancji szarej autorstwa Ananda A. Joshi, Shantanu H. Joshi, Ivo D. Dinova, Davida W. Shattucka, Richarda M. Leahy’ego, Arthura W. Togi.

  • Van Essen DC, Barch DM. The human connectome in health and psychopathology. World Psychiatry 2015;14:154-7.
  • Bullmore E, Sporns O. Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems. Nat Rev Neurosci 2009;10:186-98.