Co to jest connectome? Nowe mapy mózgu

Ludzki mózg jest jednym z najbardziej złożonych znanych systemów naturalnych. Nie wynika to po prostu ze stosunkowo niedawnego czasu, w którym rozwój technologiczny umożliwił stworzenie odpowiednich narzędzi pomiarowych do badania tego zestawu narządów, a nie fakt, że przeciętny ludzki mózg dorosłej osoby zawiera około 80 000 000 neurony Kluczem jest to, jak łączą się te komórki nerwowe.

Jak zobaczymy w tym artykule, koncepcja connectome rodzi się, aby pomóc nam zrozumieć wewnętrzną logikę czegoś tak skomplikowanego jak mózg.

• Powiązany artykuł: „Części ludzkiego mózgu (i funkcje)”

Czym jest connectome?

Jak widzieliśmy, w ludzkim mózgu występuje przytłaczająca liczba komórek nerwowych. Ale dodatkowo, każdy neuron jest w stanie połączyć się z setkami, tysiącami innych neuronów. Te połączenia mogą się zmieniać i rozwijać w miarę upływu czasu.

Można powiedzieć, że jeśli nasz układ nerwowy działa, to dlatego, że neurony są zdolne do wysyłania do siebie milionów impulsów nerwowych poprzez te gniazda kontaktowe, zwane synapsami. Każdy neuron, indywidualnie, nie jest w stanie wykonywać żadnych funkcji, które pozwalają nam myśleć, czuć, a nawet pozostać przy życiu.

A zatem jest łącznik mapowanie połączeń nerwowych, które istnieją w układzie nerwowym lub w części układu nerwowego, normalnie mózg. W ostatnich latach pojawiło się kilka projektów, dzięki którym staramy się zrozumieć funkcjonowanie różnych części układu nerwowego dzięki tym przedstawieniom.

Połączenia strukturalne i połączenia funkcjonalne

Projektując konektomy można opisać zarówno połączenia strukturalne, jak i połączenia funkcjonalne. Pierwsze ujawnienie ogólne i makroanatomiczne wzory łączności, normalnie wyrażane w wiązkach zgrupowanych aksonów, które przechodzą z jednej części układu nerwowego do innego regionu tego ostatniego. Drugie przedstawienie skupia się na szczegółach o mniejszych wymiarach związanych z prawdopodobieństwem, że grupa połączeń neuronowych wysyła pewne impulsy nerwowe do innej grupy, połączenie, które zwykle jest wykonywane w sposób bardziej nieprzewidywalny i przerywany..

The Human Connectome Project

Powszechne jest porównywanie pojęcia łącznika z genomem, który z kolei odnosi się do informacji zawartych w innym typie struktury biologicznej: DNA. W ten sam sposób, jak w XX wieku biologia i dyscypliny naukowe z nią związane dostrzegły wielką nadzieję na odkrycie wewnętrznej logiki ludzkiego genomu w ostatnich latach neuronauka i psychologia, a także informatyka, zaczęli przyglądać się możliwości zrozumienia typowego łącznika członków naszego gatunku.

Dlatego w 2009 r. Narodził się projekt Human Connectome Project lub Human Connectome Project, finansowany przez członków Narodowego Instytutu Zdrowia Stanów Zjednoczonych Ameryki. Związek tej inicjatywy ze zdrowiem jest oczywisty: możliwe jest zmapowanie powiązań zdrowego ludzkiego mózgu, ale także ludzkiego mózgu jeden związany z pewną chorobą psychiczną, w ten sposób zlokalizować znaczące różnice w sposobie, w jaki komórki nerwowe komunikują się ze sobą w każdym przypadku.

Rozsądne jest poszukiwanie przyczyn pewnych zaburzeń w tym schemacie łączności, ponieważ obecnie istnieje ważny konsensus co do idei, że procesy umysłowe są bardziej narażone na problemy z funkcjonalnością, jeśli grupy neuronów, które je napędzają, są bardzo odległe. Tak, ponieważ praca z tymi odległościami wymaga przyjęcia wyższych kosztów metabolicznych. Jeśli w mózgu odległość między grupami neuronów jest nienormalnie duża, mogą pojawić się zmiany percepcji lub zachowania. Dzisiaj trwa projekt Human Connectome.

Fotografia mózgu?

Jak widzieliśmy, łącznik jest rodzajem mapy mózgu, a jego istnienie może ułatwić zrozumienie jego działania. Jednak z samej swej natury jest to narzędzie o ograniczonej mocy.

Dzieje się tak dlatego, że układ nerwowy, zwłaszcza mózg, jest ciągle zmieniającym się systemem. Jest to zjawisko znane jako plastyczność neuronalna, dzięki której każde doświadczenie, niezależnie od jego znaczenia w kategoriach psychologicznych, powoduje zmianę wzorców łączności i aktywności naszych neuronów.

Zatem łącznik może dać przybliżoną koncepcję funkcjonowania pewnych logik behawioralnych, skutków niektórych chorób psychicznych i urazów mózgu, a może nawet służyć do tworzenia systemów uczenia się przez sieć neuronową w komputerach. W rzeczywistości, obiecujące osiągnięcia zostały już poczynione, takie jak odtworzenie łącznika mózgu typu robaka, stwórz z nim symulację i spraw, by nauczył się pewnych zachowań tak jak jedno z tych zwierząt bez programowania lub linii kodu.

Ale łącznik nie może służyć do dokładnego przewidywania zachowania organizmu z mózgiem takim jak człowiek lub o podobnej złożoności, ponieważ stale się zmienia. Jeśli uda nam się osiągnąć ten poziom wiedzy, wydaje się, że jest jeszcze wiele do zrobienia.