Henkilön konnektomin kartoitus tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden ymmärtää hermokytkentöjen täydelliset yksityiskohdat (Sporns ym., 2005, Wedeen ym., 2008, Hagmann ym., 2007). Human Connectome Project (HCP) on hanke, jonka tarkoituksena on rakentaa kartta täydellisistä rakenteellisista ja toiminnallisista hermoyhteyksistä in vivo yksilöiden sisällä ja välillä. HCP on ensimmäinen laajamittainen yritys kerätä ja jakaa laajuudeltaan ja yksityiskohtaisuudeltaan riittäviä tietoja, joiden avulla voidaan aloittaa ihmisen yhteyksien anatomiaa ja vaihtelua koskevien perustavanlaatuisten kysymysten käsittely.
Human Connectome Project Pamphlet (web-resoluutio)
USC-Harvard Consortium
Yhteistyössä Massachusetts General Hospitalin neurokuvantamisen laboratorion ja Martinos Center for Biomedical Imagingin välillä, HCP:tä kehitetään käyttämään kehittyneitä neurokuvantamismenetelmiä ja rakentamaan laaja tietotekninen infrastruktuuri näiden tietojen ja liitettävyysmallien yhdistämiseksi yksityiskohtaisiin fenomiikka- ja genomitietoihin nykyisten monitieteisten ja yhteistoiminnallisten toimien pohjalta. Työskennellessämme Washingtonin yliopistossa St. Louisissa sijaitsevan HCP-konsortion kanssa tarjoamme neurotieteen yhteisölle runsaasti dataa, keskeisiä kuvantamisprotokollia ja kehittyneitä kytkentäanalyysityökaluja.
Human Connectome Project on viisivuotinen hanke, jota sponsoroi National Institutes of Healthin kuusitoista osa-aluetta ja joka on jaettu kahden tutkimuslaitosten muodostaman konsortion kesken. Harvard/MGH-USC-konsortiota rahoitetaan apurahalla U01-MH93765. Jos haluat lukea yleiskatsauksen konsortioista, katso NIH Blueprint Human Connectome.
Methods
HCP:ssä hyödynnetään keskeisiä tieteenaloja, jotka yhdessä tuottavat jatkuvasti yhä yksityiskohtaisempia connectomics-tietoja ja -työkaluja. Ensinnäkin olemme alkaneet kerätä tietoja erittäin suuren, olemassa olevan konnektomisen, käyttäytymis- ja genomitietoaineiston julkaisemista varten, mukaan lukien suuri otostutkimus MZ/DZ-kaksospareilla, mikä rohkaisee laajempaa tutkimusyhteisöä osallistumaan HCP:hen. Näiden runsaiden tietojen avulla voimme myös kvantifioida valkean aineen kuitupolkujen geneettisen (Chiang et al., 2009) ja käyttäytymiseen liittyvän variaation ja toiminnalliset korrelaatiot koko yhteisön analysoitavaksi ja auttaa määrittelemään optimoidun metodologian lopullisen konnektomitietokannan keräämiseksi DSI:n avulla (V. J. Wedeen, 2005). Samanaikaisesti työskentelemme tarkentaaksemme ja optimoidaksemme konnektomin neurokuvantamistekniikoiden spatiaalista ja funktionaalista resoluutiota ja tuodaksemme sitten molempien tavoitteiden tulokset hyödynnettäväksi optimoitujen HCP-tietojen hankinnassa, jotka jaetaan yhteisön kanssa sitä mukaa, kun tietoja hankitaan. Lisäksi konnektomipyrkimyksiimme kuuluu korkearesoluutioisten neurokuvantamistietojen hankkiminen pienestä osajoukosta ex vivo -kokoaivonäytteitä sekä näiden näytteiden yksityiskohtainen kemo- ja sytoarkkitehtoninen analyysi ja planaarinen polarimetria, joiden avulla voimme tutkia sytoarkkitehtuurin ja konnektomin välistä korrelaatiota (Burgel et al., 2006) sekä validoida in vivo -tuloksemme. Samalla rakennamme ja parannamme jatkuvasti elintärkeää infrastruktuuria, joka tukee tietojemme ja tietoteknisten työkalujemme analysointia, tietokantojen ja kyselyjen tekemistä sekä laajamittaista levittämistä.
Tulokset
Tässä hankkeessa pyritään tällä hetkellä saavuttamaan seuraavat tavoitteet: 1) kehittää kehittyneitä työkaluja normaalien henkilöiden korkeakulmaisen diffuusion (HARDI) ja diffuusiospektrikuvantamisen (DSI) käsittelemiseksi, jotta luodaan perusta ihmisen konnektomin yksityiskohtaiselle kartoittamiselle; 2) optimoida kehittyneitä korkeakenttäkuvantamistekniikoita ja neurokognitiivisia testejä ihmisen konnektomin kartoittamiseksi; 3) kerätä konnektomia-, käyttäytymis- ja genotyyppitietoja optimoituja menetelmiä käyttäen edustavasta normaalien koehenkilöiden näytteestä; 4) suunnitella vankka verkkopohjainen tietotekninen infrastruktuurin rakenne ja ottaa se käyttöön ja ottaa se käyttöön, ja 5) laatia tiedonhankinta- ja -analyysi-, opetus- ja koulutus- sekä tiedotusmateriaalien kehittäminen ja levittämisen.
Johtopäätökset
Tämän kattavan valkean aineen kartoitushankkeen avulla tarjoamme neurotieteiden tutkimusyhteisölle uudenlaisen konnektomiikan resurssin, jolla on merkittävä vaikutus siihen, että voimme parantaa ymmärrystämme ihmisaivojen rikkaasta neuroanatomisesta kytkeytyneisyydestä.
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) Aivojen kuituarkkitehtuurin ja älyllisen suorituskyvyn genetiikka. J Neurosci, 29, 2212-24.
HAGMANN, P., KURANT, M., GIGANDET, X., THIRAN, P., WEDEEN, V. J., MEULI, R. & THIRAN, J.-P. (2007) Mapping Human Whole-Brain Structural Networks with Diffusion MRI. PLoS ONE, 2, e597.
SPORNS, O., TONONI, G. & KOTTER, R. (2005) The human connectome: Ihmisen aivojen rakenteellinen kuvaus. PLoS Comput Biol, 1, e42.
V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE JA R. M. WEISSKOFF. (2005) Monimutkaisen kudosarkkitehtuurin kartoittaminen diffuusiospektrimagneettikuvauksella. . 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) Diffuusiospektrin magneettikuvauksen (DSI) tractography of crossing fibers. Neuroimage, 41, 1267-77.