Project connectome część II Lewandowska Natalia Toruń 2012

Po co się to robi? „Głównym celem connectomu była reprezentacja sieci strukturalnych mózgu w formie grafu, zbioru węzłów i krawędzi, co pozwoliłoby na ilościową analizę sieci nerwowych przy użyciu narzędzi matematycznych. Od początku widzieliśmy connectome jako sposób ukazania strukturalnych zasad organizacji sieci neuronowych w mózgu, który wyjaśniałby funkcję mózgu nie tylko jako zbiór danych o tym, co łączy się z czym.” Networks of the Brain, Olaf Sporns,

Po co się to robi? Żeby: Poznać strukturę mózgu i wzorce działania. Uzyskać informacje na temat współpracy poszczególnych neuronów. Stworzyć uniwersalną mapę działania mózgu.

Po co się to robi? „Aby rozszerzyć naszą wiedzę o funkcji nerowej do bardziej skomplikowanych fizjologicznych i psychologicznych działań człowieka, […] konieczne jest, aby w pierwszej kolejności stworzyć jasny i dokładny widok struktury istotnych ośrodków nerwowych i ludzkiego mózgu samego w sobie tak, żeby możliwe było zobaczenie i przegląd podstawowego planu organizacji (Cajal, 1995, p. 39).” Networks of the Brain, Olaf Sporns,

Human Connectome Project Pięcioletni projekt, który został rozpoczęty w lipcu 2009r. HCP to projekt, który zakłada kompleksowe mapowanie mózgów 1200 zdrowych osób dorosłych z wykorzystaniem najnowocześniejszych metod nieinwazyjnego neuroobrazowania. Jest próbą poznania ścieżek neuronowych, połączeń funkcjonalnych i anatomicznych w mózgu. Ma być pomocny przy tworzeniu graficznego interfejsu do nawigacji między zdobytymi danymi. http://www.humanconnectome.org/#panel-13

Human Connectome Project Human Connectome Project daje neuronaukowcom nowe spojrzenie na połączenia w ludzkim mózgu i komunikację neuronów ze sobą. To przedsięwzięcie przyniesie cenne informacje na temat połączeń mózgowych, ich związku z zachowaniem i wpływu czynników genetycznych i środowiskowych na indywidualne różnice w „okablowaniu” mózgu. Mapy sieci neuronowych żywych mózgów mogą prowadzić do lepszych metod leczenia m.in. choroby Alzheimera i schizofrenii.

Jak to się robi? Techniki skanowania obejmują: - obrazowanie dyfuzyjne (diffusion imaging) - funkcjonalny rezonans magnetyczny - magnetoencefalografia (albo elektroencefalografia) Informatics and Data Mining Tools and Strategies for the Human Connectome Project, D.Marcus et all,, Front Neuroinform. 2011; 5: 4.

Magnetoencefalografia technika obrazowania elektrycznej czynności mózgu za pomocą rejestracji pola magnetycznego wytworzonego przez mózg pomaga monitorować bardzo szybkie wzorce aktywności obejmujących miliony komórek mózgowych, jednak daje mniej danych przestrzennych.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny Wykorzystywany na dwóch etapach: - monitorowanie aktywności mózgu w czasie relaksu, - monitorowanie aktywności mózgu podczas wykonywania różnych zadań [task-related functional MRI,]

Diffusion imaging Obrazowanie dyfuzyjne – nowa forma MRI, która pozwala uzyskać szczegółowe informacje na temat struktury komórek przez śledzenie losowych ruchów cząsteczek wody,

Jak to się robi? Główny kierunek dyfuzji FILM Diffusion MRI Brain Fibre Tractography: Track-density imaging (TDI) FILM

HARDI High Angular Resolution Diffusion Imaging (HARDI) to jedna z podstawowych technologii obrazowania, która została wykorzystana w Human Connectome Project. Skanuje mózg w znacznie wyższej rozdzielczości niż zwykły MRI Pozwala identyfikować złożone orintacje włókien w obrębie poszczególnych wokseli. Umożliwia to śledzenie połączeń nawet w regionach, gdzie wiele wiązek włókien przecina się nawzajem. http://humanconnectome.org/about/pressroom/project-news/connectome-skyra-update-new-gradients-installed-human-subject-testing-approved/ Informatics and Data Mining Tools and Strategies for the Human Connectome Project, D.Marcus et all,, Front Neuroinform. 2011; 5: 4.

Kombinacja obrazowania dyfuzyjnego i fMRI pozwala pokazać w jakim zakresie funkcjonalna organizacja mózgu badana za pomocą fMRI odzwierciedla cechy strukturalne. Pozwala również porównać anatomiczne i funkcjonalne połączenia w mózgu i znaleźć zależności między tymi połączeniami.

Schematic summary for acquiring imaging, behavioral, and genetic data using MR and MEG/EEG scanners at three HCP data acquisition sites. Left: Behavioral testing, blood draws for genotyping, and scanning on a 3T Skyra will be carried out on 1200 healthy adults at Washington University (WashU). Center: Major data acquisition modalities are indicated in the center column; for task-fMRI and behavior, major domains are listed. Top right: A subset of 200 subjects will be scanned on a 7T Skyra at the University of Minnesota (UMinn). Bottom right: A subset of 100 subjects will be scanned using magnetoencephalography (MEG) and perhaps electroencephalography (EEG) at St. Louis University (SLU).

Film Jak działa „okablowanie” ludzkiego mózgu. http://www. youtube Film Jak działa „okablowanie” ludzkiego mózgu? http://www.youtube.com/watch?v=m8U4NMEM SZc

Co wiemy? Możemy sprawdzić połączenia poszczególnych obszarów mózgu http://www.humanconnectomeproject.org /data/relationship-viewer/

Bibliografia Networks of the Brain, O. Sporns, London 2011; The Human Connectome: A Structural Description of the Human Brain, O. Sporns, PLoS Comput Biol 1(4): e42. doi:10.1371/journal.pcbi.0010042 The Human Connectome Project: A data acquisition perspective, D.C. Van Essen et all, Accepted 8 February 2012. Available online 17 February 2012. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2012.02.018 Human conectomme project; http://www.humanconnectomeproject.org/ http://humanconnectome.org/