El mapeo del conectoma humano ofrece una oportunidad única para entender los detalles completos de la conectividad neuronal (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). El Proyecto Conectoma Humano (HCP) es un proyecto para construir un mapa de las conexiones neuronales estructurales y funcionales completas in vivo dentro y entre individuos. El HCP representa el primer intento a gran escala de recopilar y compartir datos de un alcance y detalle suficientes para comenzar el proceso de abordar cuestiones profundamente fundamentales sobre la anatomía y la variación de las conexiones humanas.
Panfleto del Proyecto Conectoma Humano (resolución web)
Consorcio USC-Harvard
A través de una colaboración entre el Laboratorio de Neuroimagen y el Centro Martinos de Imagen Biomédica del Hospital General de Massachusetts, el HCP se está desarrollando para emplear métodos avanzados de neuroimagen y construir una amplia infraestructura informática para vincular estos datos y modelos de conectividad con datos fenómicos y genómicos detallados, basándose en los esfuerzos multidisciplinarios y de colaboración existentes en la actualidad. Trabajando con el consorcio HCP, con sede en la Universidad de Washington en St. Louis, proporcionaremos datos ricos, protocolos de imagen esenciales y sofisticadas herramientas de análisis de la conectividad para la comunidad neurocientífica.
El Proyecto Conectoma Humano es un proyecto de cinco años patrocinado por dieciséis componentes de los Institutos Nacionales de Salud, dividido entre dos consorcios de instituciones de investigación. La financiación del consorcio Harvard/MGH-USC se realiza a través de la subvención U01-MH93765. Para leer una descripción general de los consorcios, consulte el NIH Blueprint Human Connectome.
Métodos
El HCP está aprovechando dominios científicos clave que, en conjunto, producen una liberación constante de datos y herramientas conectómicas cada vez más detalladas. En primer lugar, hemos empezado a acumular datos para la publicación de un conjunto de datos conectómicos, conductuales y genómicos muy amplio, que incluye un estudio de muestras de gran tamaño en parejas de gemelos MZ/DZ, que fomentará una amplia participación en el HCP por parte de la comunidad investigadora en general. Estos ricos datos también nos permitirán cuantificar la variación genética (Chiang et al., 2009) y conductual de las vías de las fibras de la materia blanca y las correlaciones funcionales para su análisis por parte de toda la comunidad, y ayudarán a definir una metodología optimizada para la recopilación de un conjunto de datos del conectoma definitivo utilizando DSI (V. J. Wedeen, 2005). Al mismo tiempo, estamos trabajando para perfeccionar y optimizar la resolución espacial y funcional de nuestras técnicas de neuroimagen del conectoma, y luego llevar los resultados de ambos objetivos a la adquisición de los datos optimizados de HCP, que se compartirán con la comunidad a medida que se adquieran los datos. Además, nuestros esfuerzos del conectoma incluyen la adquisición de datos de neuroimagen de alta resolución en un pequeño subconjunto de especímenes de cerebro entero ex vivo, así como el análisis detallado de la quimio y citoarquitectura y la polarimetría planar de estos especímenes, lo que nos permitirá examinar la correlación entre la citoarquitectura y el conectoma (Burgel et al., 2006), así como ayudar a validar nuestros resultados in vivo. Al mismo tiempo, construiremos y perfeccionaremos continuamente la infraestructura vital para apoyar el análisis, la creación de bases de datos y la consulta, así como la difusión a gran escala de nuestros datos y herramientas informáticas.
Resultados
Este proyecto está trabajando actualmente para lograr los siguientes objetivos 1) desarrollar herramientas sofisticadas para procesar la difusión de alto ángulo (HARDI) y las imágenes del espectro de difusión (DSI) de individuos normales para proporcionar la base para el mapeo detallado del conectoma humano; 2) optimizar las tecnologías avanzadas de imágenes de alto campo y las pruebas neurocognitivas para mapear el conectoma humano; 3) recopilar datos conectómicos, conductuales y de genotipo utilizando métodos optimizados en una muestra representativa de sujetos normales; 4) diseñar y desplegar una infraestructura informática robusta, basada en la web, 5) desarrollar y difundir la adquisición y el análisis de datos, y los materiales de divulgación educativa y de formación.
Conclusiones
A través de este proyecto integral de mapeo de la materia blanca proporcionaremos a la comunidad de investigación en neurociencia un recurso novedoso para la conectómica que tendrá un impacto significativo para nuestra mejora de la comprensión de la rica conectividad neuroanatómica del cerebro humano.
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: Una descripción estructural del cerebro humano. PLoS Comput Biol, 1, e42.
V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE Y R. M. WEISSKOFF. (2005) Mapping complex tissue architecture with diffusion spectrum magnetic resonance imaging. 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.