Connectome ( anglicky connectome / k ə ˈ n ɛ k t oʊ m / ) je úplný popis struktury spojení v nervovém systému těla [2] [3] . Oblast výzkumu, která zahrnuje mapování a analýzu architektury neuronových spojení, se nazývá „connectomika“.
První, v roce 1986, byl konektom háďátka Caenorhabditis elegans , jehož nervový systém má pouze 302 neuronů . Tým vědců zmapoval všech 7000 spojení mezi neurony [4] . Pokud jde o lidský mozek, podle nejnovějších údajů[ kdy? ] , obsahuje asi 86 miliard nervových buněk a 10 000krát více spojení . Předpokládá se, že mnoho aspektů lidské osobnosti, jako je osobnost a inteligence, je obsaženo ve spojeních mezi neurony, takže popis lidského konektomu může být velkým krokem k pochopení mnoha mentálních procesů. Určení konektomu háďátka Caenorhabditis elegans trvalo více než 12 let tvrdé práce. Pro identifikaci konektomu mozku srovnatelného s naším vlastním je nutné mít pokročilejší automatizované technologie, které zvýší rychlost hledání konektomů.
Samotný termín „connectome“ byl navržen v roce 2005 nezávisle výzkumníky Olafem Spornsem a Patrickem Hagmannem.
Někteří badatelé nazývají konektom mapou spojení nikoli celého organismu , ale jeho částí. V roce 2009 byla tedy publikována studie axonového konektomu , který inervuje meziscutellum svaly myších boltců ( angl. interscutularis muscle connectome ) [5] .
V létě 2009 zahájil americký Národní institut zdraví projekt Human Connectome .s počátečním financováním 30 milionů $ [6] .
V roce 2005 Dr. Olaf Sporns z Indiana University a Dr. Patrick Hagman z University of Lausanne Hospital nezávisle a současně vytvořili termín „connectome“ pro označení mapy neuronových spojení v mozku. Toto jméno bylo navrženo kvůli shodě s pojmem „genom“.
„Connectomics“ (Hagman, 2005) byla definována jako věda o sběru a analýze dat o konektomech.
Ve svém článku z roku 2005 „The Human Connectome, A Structural Description of the Human Brain“ Sporns a jeho tým napsali:
Pro pochopení fungování sítě je nutné znát její prvky a jejich vztahy. Účelem tohoto článku je diskutovat výzkumné strategie zaměřené na komplexní charakterizaci síťových prvků a jejich spojení v lidském mozku. Navrhujeme nazvat tento soubor dat lidským „konektomem“ a věříme, že tento termín bude používán v kognitivní neurovědě a neuropsychologii. Konektom výrazně zvýší naše chápání nízkoúrovňových funkcí mozku a poskytne přehled o tom, jak se mozková funkce změní, pokud se změní na nízké úrovni.
V roce 2005 Dr. Hagman napsal ve svém článku „From Diffusion Brain MRI to Connectomics“:
Je jasné, že stejně jako genom, který je více než jen souborem genů, je soubor všech neuronových spojení v mozku důležitější než každé jednotlivé spojení.
Cesty skrz dřeňovou bílou hmotu lze určit pomocí histologického vyšetření degenerace a sledování axonů . Axonální trasování je primárním základem pro mapování dlouhých mozkových drah bílé hmoty do obrovské matrice spojení mezi oblastmi šedé hmoty . První takové studie byly provedeny ve zrakové kůře makaka (Fellman a Van Essen, 1991) a thalamokortikálním traktu v kočičím mozku (Skannel et al., 1999). Vytváření databází pro taková pole anatomických spojení vám umožňuje je neustále aktualizovat a zvyšovat jejich přesnost. Pozoruhodným příkladem takových databází je online databáze spojení kůry makaků CoCoMac (Köter, 2004).
Sítě mozkových spojení mohou být reprezentovány v různých měřítcích, které odpovídají úrovním prostorového rozlišení při zobrazování mozku (Köter, 2007; Sporns, 2010). Tyto úrovně lze zhruba klasifikovat jako mikroměřítko, mezoměřítko a makroměřítko. V konečném důsledku bude možné propojit výsledky získané na různých úrovních do jediné hierarchické mapy organizace neuronů, která dokáže zobrazit jednotlivý neuron v populaci neuronů až po tak velké systémy, jako jsou kortikální oblasti. Vzhledem k tomu, že různí jedinci budou mít rozdíly v konektomech, jakákoliv jednotná mapa pravděpodobně poskytne pravděpodobnostní informace o konektivitě neuronů (Sporns et al., 2005).
Mapování konektomu na mikroúrovni (s mikrometrickým rozlišením) znamená vytvoření kompletní mapy neuronové sítě, neuron po neuronu. Samotná mozková kůra obsahuje asi 10 miliard neuronů spojených 10 14 synaptickými spoji. Pro srovnání: počet párů bází v lidském genomu je 3× 109 .
Některé z hlavních výzev dnešního budování lidského konektomu na mikroúrovni[ kdy? ] zahrnují:
K vyřešení problémů se sběrem dat několik skupin vědců vytváří vysoce výkonné sériové elektronové mikroskopy (Katsuri et al. 2009; Bock et al. 2011). Konečně, statistická teorie grafů je novou disciplínou, která vyvíjí sofistikované techniky rozpoznávání vzorů a nástroje pro logické zpracování těchto mozkových grafů (Goldenberg et al. 2009).
"Meso"-konektom odpovídá měřítku stovek mikrometrů. Místo toho, aby se snažil zmapovat každý jednotlivý neuron, mezoškálový konektom se pokusí zachytit anatomicky a funkčně odlišné populace neuronů spojených v místních okruzích (např. mozkových sloupcích) stovek nebo tisíců jednotlivých neuronů. Úkol vytvoření mezokonektomu je stále ambiciózní a lze jej vyřešit pouze invazivními metodami.
Konektom na makro úrovni (s rozlišením milimetrů) se snaží zachytit velké mozkové systémy. Databáze konektorů na mikro a mezo úrovni mohou být mnohem kompaktnější než ty na buněčné úrovni.