La mappatura del connettoma umano offre un’opportunità unica per comprendere i dettagli completi della connettività neurale (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). Lo Human Connectome Project (HCP) è un progetto per costruire una mappa delle complete connessioni neurali strutturali e funzionali in vivo all’interno e tra gli individui. L’HCP rappresenta il primo tentativo su larga scala di raccogliere e condividere dati di una portata e di un dettaglio sufficienti per iniziare il processo di affrontare domande profondamente fondamentali sull’anatomia e la variazione delle connessioni umane.

Human Connectome Project Pamphlet (web-resolution)

USC-Harvard Consortium

Alla luce di una collaborazione tra il Laboratory of Neuro Imaging e il Martinos Center for Biomedical Imaging al Massachusetts General Hospital, l’HCP è stato sviluppato per impiegare metodi avanzati di neuroimaging e per costruire un’ampia infrastruttura informatica per collegare questi dati e modelli di connettività a dati fenomici e genomici dettagliati, costruendo sugli sforzi multidisciplinari e collaborativi esistenti attualmente in corso. Lavorando con il consorzio HCP basato alla Washington University di St. Louis, forniremo dati ricchi, protocolli di imaging essenziali e sofisticati strumenti di analisi della connettività per la comunità delle neuroscienze.

Lo Human Connectome Project è un progetto quinquennale sponsorizzato da sedici componenti del National Institutes of Health, diviso tra due consorzi di istituti di ricerca. I finanziamenti per il consorzio Harvard/MGH-USC sono forniti attraverso il premio di sovvenzione U01-MH93765. Per leggere una panoramica dei consorzi, vedere il NIH Blueprint Human Connectome.

Metodi

L’HCP sta facendo leva su domini scientifici chiave che insieme producono un rilascio costante di dati e strumenti connectomics sempre più dettagliati. In primo luogo, abbiamo iniziato ad accumulare dati per il rilascio di un set di dati connettomici, comportamentali e genomici molto grande, esistente, tra cui un grande studio a campione in coppie di gemelli MZ/DZ, incoraggerà un’ampia partecipazione all’HCP da parte della comunità di ricerca più ampia. Questi dati ricchi ci permetteranno anche di quantificare la variazione genetica (Chiang et al., 2009) e comportamentale dei percorsi delle fibre della materia bianca e le correlazioni funzionali per l’analisi da parte dell’intera comunità, e contribuiranno a definire una metodologia ottimizzata per la raccolta di un set di dati definitivo di connettoma utilizzando DSI (V. J. Wedeen, 2005). Contemporaneamente, stiamo lavorando per raffinare e ottimizzare la risoluzione spaziale e funzionale delle nostre tecniche di neuroimaging del connettoma, quindi portare i risultati di entrambi gli obiettivi per l’acquisizione dei dati HCP ottimizzati, da condividere con la comunità man mano che i dati vengono acquisiti. Inoltre, i nostri sforzi connectome includono l’acquisizione di dati di neuroimaging ad alta risoluzione in un piccolo sottoinsieme di campioni di cervello intero ex vivo, così come l’analisi dettagliata chemo- e cito-architettonica e polarimetria planare di questi campioni, ci permetterà di esaminare la correlazione tra citoarchitettura e il connectome (Burgel et al., 2006), così come aiutare a convalidare i nostri risultati in vivo. Nel frattempo, costruiremo e perfezioneremo continuamente l’infrastruttura vitale per supportare l’analisi, il database e l’interrogazione, e la diffusione su larga scala dei nostri dati e strumenti informatici.

Risultati

Questo progetto sta attualmente lavorando per raggiungere i seguenti obiettivi: 1) sviluppare strumenti sofisticati per elaborare la diffusione ad alta angolazione (HARDI) e l’imaging dello spettro di diffusione (DSI) da individui normali per fornire le basi per la mappatura dettagliata del connettoma umano; 2) ottimizzare tecnologie avanzate di imaging ad alto campo e test neurocognitivi per mappare il connettoma umano; 3) raccogliere dati connettomici, comportamentali e genotipi utilizzando metodi ottimizzati in un campione rappresentativo di soggetti normali; 4) progettare e distribuire una robusta infrastruttura informatica basata sul web, 5) sviluppare e diffondere l’acquisizione e l’analisi dei dati, materiali educativi e di formazione.

Conclusioni

Attraverso questo progetto completo di mappatura della materia bianca forniremo alla comunità di ricerca delle neuroscienze una nuova risorsa per la connettomica che avrà un impatto significativo per migliorare la nostra comprensione della ricca connessione neuroanatomica del cervello umano.

BURGEL, U., AMUNTS, K., HOEMKE, L., MOHLBERG, H., GILSBACH, J. M. & ZILLES, K. (2006) Tratti di fibre della materia bianca del cervello umano: mappatura tridimensionale a risoluzione microscopica, topografia e variabilità intersoggetto. 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) Genetica dell’architettura delle fibre cerebrali e prestazioni intellettuali. J Neurosci, 29, 2212-24.

HAGMANN, P., KURANT, M., GIGANDET, X., THIRAN, P., WEDEEN, V. J., MEULI, R. & THIRAN, J.-P. (2007) Mappatura umano Whole-Brain reti strutturali con MRI diffusione. PLoS ONE, 2, e597.

SPORNS, O., TONONI, G. & KOTTER, R. (2005) Il connettoma umano: Una descrizione strutturale del cervello umano. PLoS Comput Biol, 1, e42.

V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE E R. M. WEISSKOFF. (2005) Mappatura complessa architettura dei tessuti con risonanza magnetica a spettro di diffusione. 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) Risonanza magnetica a spettro di diffusione (DSI) tractografia delle fibre di attraversamento. Neuroimage, 41, 1267-77.