A humán konnektom feltérképezése egyedülálló lehetőséget kínál az idegi összeköttetések teljes részletességének megértésére (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). A Human Connectome Project (HCP) egy olyan projekt, amelynek célja a teljes strukturális és funkcionális neurális kapcsolatok in vivo térképének megalkotása egyéneken belül és között. A HCP az első nagyszabású kísérlet arra, hogy olyan terjedelmű és részletességű adatokat gyűjtsenek és osszanak meg, amelyek elegendőek ahhoz, hogy megkezdődhessen az emberi kapcsolatok anatómiájával és variációjával kapcsolatos mélyen alapvető kérdések megválaszolása.

Human Connectome Project Pamphlet (webes felbontású)

USC-Harvard konzorcium

A Massachusetts General Hospital Neuro Imaging Laboratory és Martinos Center for Biomedical Imaging közötti együttműködés révén, a HCP-t a fejlett neuroimaging módszerek alkalmazására, valamint egy kiterjedt informatikai infrastruktúra kiépítésére fejlesztik, amely összekapcsolja ezeket az adatokat és kapcsolati modelleket a részletes fenomikai és genomikai adatokkal, építve a meglévő multidiszciplináris és együttműködési erőfeszítésekre, amelyek jelenleg is folyamatban vannak. A St. Louis-i Washington Egyetemen működő HCP-konzorciummal együttműködve gazdag adatokat, alapvető képalkotó protokollokat és kifinomult kapcsolódáselemző eszközöket fogunk biztosítani az idegtudományi közösség számára.

A Human Connectome Project egy ötéves projekt, amelyet a National Institutes of Health tizenhat komponense támogat, két kutatóintézeti konzorcium között megosztva. A Harvard/MGH-USC konzorcium finanszírozását az U01-MH93765 támogatási díj biztosítja. A konzorciumok áttekintését lásd az NIH Blueprint Human Connectome című dokumentumban.

Módszerek

A HCP olyan kulcsfontosságú tudományos területeket használ fel, amelyek együttesen egyre részletesebb konnektomikai adatok és eszközök folyamatos kibocsátását eredményezik. Először is, megkezdtük az adatok összegyűjtését egy nagyon nagy, meglévő konnektomikai, viselkedési és genomikai adathalmaz kiadásához, beleértve egy MZ/DZ ikerpárokon végzett nagymintás vizsgálatot, amely a HCP-ben való széles körű részvételre fogja ösztönözni a szélesebb kutatóközösséget. Ezek a gazdag adatok azt is lehetővé teszik majd, hogy a fehérállományi rostpályák genetikai (Chiang et al., 2009) és viselkedési variációit és funkcionális összefüggéseit számszerűsítsük a teljes közösség számára történő elemzés céljából, és segítenek meghatározni egy optimalizált módszertant a DSI (V. J. Wedeen, 2005) segítségével a végleges konnektom adatállomány gyűjtéséhez. Ezzel párhuzamosan azon dolgozunk, hogy finomítsuk és optimalizáljuk a connectome neuroimaging technikáink térbeli és funkcionális felbontását, majd mindkét cél eredményeit felhasználjuk az optimalizált HCP-adatok megszerzésében, amelyeket az adatok megszerzésekor megosztunk a közösséggel. Ezen túlmenően a konnektómával kapcsolatos erőfeszítéseink magukban foglalják az ex vivo teljes agyi minták egy kis részhalmazának nagy felbontású neuroimaging adatgyűjtését, valamint e minták részletes kemo- és cito-architektonikai elemzését és planáris polarimetriáját, ami lehetővé teszi számunkra a cito-architektúra és a konnektom közötti korreláció vizsgálatát (Burgel et al., 2006), valamint segít az in vivo eredményeink validálásában. Mindeközben folyamatosan építjük és finomítjuk a létfontosságú infrastruktúrát, hogy támogassuk adataink és informatikai eszközeink elemzését, adatbázisait és lekérdezését, valamint széles körű terjesztését.

Eredmények

Ez a projekt jelenleg a következő célok elérésén dolgozik: 1) kifinomult eszközök kifejlesztése a normál egyénekből származó nagyszögű diffúziós (HARDI) és diffúziós spektrum képalkotás (DSI) feldolgozására, hogy megalapozza az emberi konnektom részletes feltérképezését; 2) a fejlett nagymezős képalkotó technológiák és neurokognitív tesztek optimalizálása az emberi konnektom feltérképezésére; 3) konnektomikai, viselkedési és genotípus adatok gyűjtése optimalizált módszerekkel normál alanyok reprezentatív mintáján; 4) robusztus, webalapú informatikai infrastruktúra kialakítása és telepítése, 5) adatgyűjtési és elemzési, oktatási és képzési tájékoztató anyagok kidolgozása és terjesztése.

Következtetések

Ezzel az átfogó fehérállomány-térképezési projekttel az idegtudományi kutatóközösség számára egy újszerű konnektomikai erőforrást biztosítunk, amely jelentős hatással lesz az emberi agy gazdag neuroanatómiai kapcsolatrendszerének jobb megértésére.

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., 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: Az emberi agy strukturális leírása. PLoS Comput Biol, 1, e42.

V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE ÉS R. M. WEISSKOFF. (2005) Komplex szöveti architektúra feltérképezése diffúziós spektrumú mágneses rezonancia képalkotással. . 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) Diffusion spectrum magnetic resonance imaging (DSI) tractography of crossing fibers. Neuroimage, 41, 1267-77.