Konektom
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[2].
Spis treści
Poziomy konektomu[edytuj]
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[3]. 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[edytuj]
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[4]. 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[edytuj]
Przypisy
- ↑ Patric Hagmann, Leila Cammoun, Xavier Gigandet, Reto Meuli i inni. Mapping the Structural Core of Human Cerebral Cortex. „PLoS Biology”. 6 (7), s. e159, 2008. DOI: 10.1371/journal.pbio.0060159. PMID: 18597554 (ang.).
- ↑ J.G. White, E. Southgate, J.N. Thomson, S. Brenner. The Structure of the Nervous System of the Nematode Caenorhabditis elegans. „Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences”. 314, 1986. DOI: 10.1098/rstb.1986.0056.
- ↑ O. Sporns, G. Tononi, R. Kötter. The human connectome: A structural description of the human brain.. „PLoS Computational Biology”. 1, 2005. DOI: 10.1371/journal.pcbi.0010042.
- ↑ J. Livet, TA. Weissman, H. Kang, RW. Draft i inni. Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in the nervous system.. „Nature”. 450 (7166), s. 56-62, Nov 2007. DOI: 10.1038/nature06293. PMID: 17972876.
Bibliografia[edytuj]
- 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[edytuj]
- Oficjalna strona The Human Connectome Project (ang.)
- ConnectomeWiki(ang.)
- "Konektomika - praktycznie" (bioinformatyk.eu) (pol.) - spis zasobów dotyczących konektomiki wraz z linkami.
