Mapping af det menneskelige connectome giver en enestående mulighed for at forstå alle detaljerne i den neurale konnektivitet (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). Human Connectome Project (HCP) er et projekt, der har til formål at konstruere et kort over de komplette strukturelle og funktionelle neurale forbindelser in vivo inden for og på tværs af individer. HCP er det første storstilede forsøg på at indsamle og dele data af et omfang og en detaljeringsgrad, der er tilstrækkelig til at begynde at behandle dybt grundlæggende spørgsmål om menneskets forbindelsesanatomi og -variation.
Human Connectome Project Pamphlet (web-opløsning)
USC-Harvard Consortium
Gennem et samarbejde mellem Laboratory of Neuro Imaging og Martinos Center for Biomedical Imaging på Massachusetts General Hospital, HCP er ved at blive udviklet til at anvende avancerede neuroafbildningsmetoder og til at opbygge en omfattende informatikinfrastruktur til at forbinde disse data og forbindelsesmodeller med detaljerede fænomiske og genomiske data, der bygger på eksisterende tværfaglige og samarbejdsbaserede bestræbelser, der er i gang. I samarbejde med HCP-konsortiet, der er baseret på Washington University i St. Louis, vil vi levere rige data, vigtige billeddannelsesprotokoller og sofistikerede konnektivitetsanalyseværktøjer til det neurovidenskabelige samfund.
Det menneskelige Connectome Project er et femårigt projekt, der sponsoreres af seksten komponenter af National Institutes of Health og er fordelt på to konsortier af forskningsinstitutioner. Finansieringen af Harvard/MGH-USC-konsortiet sker gennem bevillingen U01-MH93765. For at læse en oversigt over konsortierne henvises til NIH Blueprint Human Connectome.
Metoder
HCP udnytter vigtige videnskabelige områder, der tilsammen giver en stadig mere detaljeret udgivelse af connectomics-data og -værktøjer. For det første er vi begyndt at samle data til frigivelse af et meget stort eksisterende connectomisk, adfærdsmæssigt og genomisk datasæt, herunder en stor stikprøveundersøgelse af MZ/DZ-tvillingepar, hvilket vil tilskynde til bred deltagelse i HCP fra det større forskersamfund. Disse rige data vil også give os mulighed for at kvantificere genetisk (Chiang et al., 2009) og adfærdsmæssig variation af fiberbaner i den hvide substans og funktionelle korrelationer til analyse af hele samfundet og hjælpe med at definere en optimeret metodologi til indsamling af et endeligt connectom-datasæt ved hjælp af DSI (V. J. Wedeen, 2005). Samtidig arbejder vi på at forfine og optimere den rumlige og funktionelle opløsning af vores connectome neuroimaging-teknikker og derefter bringe resultaterne af begge mål i spil i forbindelse med indsamlingen af de optimerede HCP-data, som skal deles med samfundet, efterhånden som dataene indsamles. Derudover omfatter vores connectom-indsats erhvervelse af neuroimaging-data med høj opløsning i en lille delmængde af ex vivo-prøver af hele hjernen samt detaljeret kemo- og cytoarkitektonisk analyse og planar polarimetri af disse prøver, hvilket vil give os mulighed for at undersøge sammenhængen mellem cytoarkitektur og connectomet (Burgel et al., 2006) samt hjælpe med at validere vores in vivo-resultater. Alt imens vil vi løbende opbygge og forfine den vigtige infrastruktur til støtte for analyse, databaser og forespørgsler samt udbredelse i stor skala af vores data og informatikværktøjer.
Resultater
Dette projekt arbejder i øjeblikket på at nå følgende mål: 1) udvikle sofistikerede værktøjer til behandling af høj-angulær diffusion (HARDI) og diffusionsspektrum-billeddannelse (DSI) fra normale personer for at skabe grundlaget for en detaljeret kortlægning af det menneskelige connectome; 2) optimere avancerede højfelt-billeddannelsesteknologier og neurokognitive tests for at kortlægge det menneskelige connectome; 3) indsamle connectomiske, adfærdsmæssige og genotypedata ved hjælp af optimerede metoder i et repræsentativt udsnit af normale personer; 4) designe og implementere en robust, webbaseret informatikinfrastruktur; 5) udvikle og udbrede dataindsamling og analyse, uddannelses- og uddannelsesmateriale til opsøgende arbejde.
Konklusioner
Gennem dette omfattende projekt til kortlægning af hvidt stof vil vi give det neurovidenskabelige forskningssamfund en ny ressource til connectomics, som vil have en betydelig indvirkning på vores forbedring af vores forståelse af den menneskelige hjernes rige neuroanatomiske forbundethed.
BURGEL, U., AMUNTS, K., HOEMKE, L., MOHLBERG, H., GILSBACH, J. M. & ZILLES, K. (2006) White matter fiber tracts of the human brain: three-dimensional mapping at microscopic resolution, topography and intersubject variability. Neuroimage, 29, 1092-105.
CHIANG, M. C., BARYSHEVA, M., SHATTUCK, D. W., LEE, A. D., MADSEN, S. K., AVEDISSIAN, C., KLUNDER, A. D., TOGA, A. W., MCMAHON, K. L.., DE ZUBICARAY, G. I., WRIGHT, M. J., SRIVASTAVA, A., BALOV, N. & THOMPSON, P. M. (2009) Genetics of brain fiber architecture and intellectual performance. J Neurosci, 29, 2212-24.
HAGMANN, P., KURANT, M., GIGANDET, X., THIRAN, P., WEDEEN, V. J. J., MEULI, R. & THIRAN, J.-P. (2007) Mapping Human Whole-Brain Structural Networks with Diffusion MRI (Kortlægning af menneskelige helhjernestrukturelle netværk med diffusions-MRI). PLoS ONE, 2, e597.
SPORNS, O., TONONI, G. & KOTTER, R. (2005) The human connectome: En strukturel beskrivelse af den menneskelige hjerne. PLoS Comput Biol, 1, e42.
V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE OG R. M. WEISSKOFF. (2005) Kortlægning af kompleks vævsarkitektur med diffusionsspektret magnetisk resonansbilleddannelse. . Mag. Res. Med., 54, 1377-86.
WEDEEN, V. J., WANG, R. P., SCHMAHMANN, J. D., BENNER, T., TSENG, W. Y., DAI, G., PANDYA, D. N., HAGMANN, P…, D’ARCEUIL, H. & DE CRESPIGNY, A. J. (2008) Diffusionsspektrum magnetisk resonansbilleddannelse (DSI) tractografi af krydsende fibre. Neuroimage, 41, 1267-77.