Konektom

Badanie konektomu człowieka za pomocą MRI.

Konektom – kompletna mapa sieci połączeń neuronalnych. Termin odnosi się do sieci połączeń w mózgu, używany jest także do określenia kompletnej mapy połączeń nerwowych u gatunków nie posiadających ośrodkowego układu nerwowego (np. C. elegans). Nauka zajmująca się badaniem i mapowaniem konektomu nosi nazwę konektomiki.

Pojęcie konektom zostało po raz pierwszy użyte w pracach naukowych w 2005 roku niezależnie od siebie przez dwóch autorów: Olafa Spornsa z Indiana University oraz Patricka Hagmanna ze Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie.

Pierwszym i dotychczas jedynym w pełni poznanym konektomem jest sieć połączeń neuronów w układzie nerwowym nicienia Caenorhabditis elegans. Została ona opracowana poprzez trójwymiarową rekonstrukcję struktury nerwów przy użyciu mikroskopii elektronowej. Wynik prac opublikowany został w 1986 roku.

Poziomy konektomu

Konektom rozważa się na różnych skalach, w zależności od poziomu rozdzielczości połączeń neuronalnych i stopnia szczegółowości ich opisu. Zaproponowano trzy główne szczeble definiowania konektomu, są to poziomy: makroskali, mezoskali i mikroskali. Zakłada się, że w przyszłości konektom może opisywać sieć neuronalną na wyższych niż obecnie definiowane poziomach szczegółowości.

• Konektom w makroskali - obejmuje połączenia i struktury w rozdzielczości przestrzennej do 1 milimetra. Podstawowymi węzłami sieci na tym poziomie połączeń w układzie nerwowym są specyficzne jądra i ośrodki mózgowe oraz poszczególne obszary kory.

• Konektom w mezoskali - definiowany jest w rozdzielczości przestrzennej około kilkuset mikrometrów. Na tym poziomie podstawowym elementem sieci mogą być dystynktywne populacje neuronów i/lub komórki ułożone w wyodrębniające się struktury - na przykład kolumny neuronalne w korze mózgowej.

• Konektom w mikroskali - dotyczy rozdzielczości przestrzennej 1 mikrometra. Węzłem podstawowym połączeń na tym poziomie są pojedyncze neurony.

Przyszłe - jeszcze bardziej dokładne - poziomy opisu konektomu mogą zawierać również dane obejmujące właściwości molekularne pojedynczych neuronów.

Badania konektomu

Pierwszy kompletnie odtworzony konektom, należący do nicienia C. elegans, składający się z 302 neuronów i 5000 synaps.

Techniki badań wykorzystywane przy rekonstruowaniu konektomu są zróżnicowane. Do niedawna najczęściej używano w tym celu metod mikroskopowych. Oprócz mikroskopii elektronowej stosowano również techniki barwienia immunofluorescencyjnego łączone z mikroskopią konfokalną. Jedną z najnowszych metod obrazowania neuronów stosowanych w badaniach na konektomem jest technika Brainbow. Nadzieje na rozwój konektomiki wiąże się obecnie z postępem w dziedzinie nieinwazyjnych metod obrazowania mózgu, wykorzystujących rezonans magnetyczny. Szczególnie dobre rezultaty uzyskiwane są za pomocą obrazowania dyfuzyjnego i pochodnych tej metody. W przypadku konektomu na poziomie makroskali, uzupełnieniem wymienionych sposobów mapowania może być również wykorzystanie elektroencefalografii i magnetoencefalografii.

Szczegółowa wiedza o strukturze konektomu może okazać się bardzo pomocna przy badaniu etiologii chorób neurologicznych oraz psychicznych, a także w badaniach nad źródłami różnic indywidualnych między ludźmi oraz przy studiach nad ewolucją układu nerwowego. Spodziewane jest, że już opisanie konektomu w makroskali może przynieść wiele pożytecznych odkryć, dających na przykład większy wgląd w charakter zniszczeń zachodzących przy udarach mózgu, dzięki czemu możliwe stałyby się lepsze diagnozy oraz skuteczniejsza rehabilitacja chorych.

Największym obecnie przedsięwzięciem badawczym w ramach konektomiki jest fundowany przez amerykański Narodowy Instytut Zdrowia projekt poznania ludzkiego konektomu: "The Human Connectome Project". Uczestniczą w nim w ramach dwóch konsorcjów: Uniwersytet Waszyngtoński w Seattle wraz z Uniwersytetem Stanu Minnesota oraz Uniwersytet Kalifornijski wraz z Massachusetts General Hospital.

Zobacz też

• genom
• proteom
• transkryptom
• bioinformatyka
• transfer umysłu

Bibliografia

• U. Dąbrowska. Mózg rozbrojony. „Przekrój”, 2010 (pol.). [dostęp 2011-01-10]. 
• J. Juranek: Genom, proteom… konektom! (pol.). 2011-01-20. [dostęp 2011-01-20].
• J.W. Lichtman, J.R. Sanes. Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?. „Current Opinion in Neurobiology”. 18. DOI: 10.1016/j.conb.2008.08.010. 
• Sporns, O.: The Human Connectome: Linking Structure and Function in the Human Brain.. W: H. Johansen-Berg, T.E.J. Behrens: Diffusion MRI. From Quantitative Measurement to In vivo Neuroanatomy. Academic Press, 2009, s. 309 -332. ISBN 978-0-12-374709-9.

Linki zewnętrzne

• Oficjalna strona The Human Connectome Project (ang.)
• ConnectomeWiki(ang.)
• "Konektomika - praktycznie" (bioinformatyk.eu) (pol.) - spis zasobów dotyczących konektomiki wraz z linkami.