Mapping of the human connectome oferece uma oportunidade única para compreender os detalhes completos da conectividade neural (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). O Human Connectome Project (HCP) é um projeto para construir um mapa completo das conexões neurais estruturais e funcionais in vivo dentro e entre indivíduos. O HCP representa a primeira tentativa em larga escala de recolher e partilhar dados de âmbito e detalhe suficientes para iniciar o processo de abordagem de questões profundamente fundamentais sobre a anatomia e variação das conexões humanas.

Panfleto do Projeto Conector Humano (resolução web)

Consórcio USC-Harvard

Por meio de uma colaboração entre o Laboratório de Neuroimagens e o Martinos Center for Biomedical Imaging no Massachusetts General Hospital, o HCP está sendo desenvolvido para empregar métodos avançados de neuroimagem, e para construir uma extensa infra-estrutura informática para ligar esses dados e modelos de conectividade a dados fenômicos e genômicos detalhados, com base nos esforços multidisciplinares e colaborativos existentes atualmente em curso. Trabalhando com o consórcio HCP baseado na Universidade de Washington em St. Louis, iremos fornecer dados ricos, protocolos de imagem essenciais e ferramentas sofisticadas de análise de conectividade para a comunidade neurocientífica.

O Projeto Human Connectome é um projeto de cinco anos patrocinado por dezesseis componentes dos Institutos Nacionais de Saúde, divididos entre dois consórcios de instituições de pesquisa. O financiamento para o consórcio Harvard/MGH-USC é fornecido através da concessão de subsídios U01-MH93765. Para ler uma visão geral dos consórcios, veja o projeto do NIH Human Connectome.

Métodos

O HCP está alavancando domínios científicos chave que juntos produzem uma liberação constante de dados e ferramentas de conexão cada vez mais detalhados. Primeiro, nós começamos a acumular dados para a liberação de um conjunto de dados conectivos, comportamentais e genômicos muito grande já existente, incluindo um grande estudo amostral em pares gêmeos MZ/DZ, irá encorajar uma ampla participação no HCP por parte da comunidade de pesquisa maior. Esses ricos dados também nos permitirão quantificar a variação genética (Chiang et al., 2009) e comportamental das vias de fibra de matéria branca e correlações funcionais para análise por toda a comunidade, e ajudar a definir uma metodologia otimizada para a coleta de um conjunto de dados conectivos definitivos usando DSI (V. J. Wedeen, 2005). Paralelamente, estamos trabalhando para refinar e otimizar a resolução espacial e funcional de nossas técnicas de neuroimagem do connectome e, em seguida, trazer os resultados de ambos os objetivos para suportar na aquisição dos dados otimizados de HCP, para serem compartilhados com a comunidade à medida que os dados são adquiridos. Além disso, nossos esforços com o connectome incluem a aquisição de dados de neuroimagem de alta resolução em um pequeno subconjunto de espécimes ex vivo do cérebro inteiro, assim como a análise quimio- e ci-arquitetônica detalhada e a polarimetria planar desses espécimes, nos permitirá examinar a correlação entre a citoarquitetura e o connectome (Burgel et al., 2006), assim como ajudar a validar nossos resultados in vivo. Durante todo o tempo, iremos continuamente construir e refinar a infra-estrutura vital para apoiar a análise, o banco de dados e as consultas, e a disseminação em larga escala dos nossos dados e ferramentas informáticas.

Resultados

Este projeto está atualmente trabalhando para alcançar os seguintes objetivos: 1) desenvolver ferramentas sofisticadas para processar imagens de difusão de alto ângulo (HARDI) e espectro de difusão (DSI) de indivíduos normais para fornecer a base para o mapeamento detalhado do connectome humano; 2) otimizar tecnologias avançadas de imagem de alto campo e testes neurocognitivos para mapear o connectome humano; 3) coletar dados conectivos, comportamentais e genotípicos usando métodos otimizados em uma amostra representativa de indivíduos normais; 4) projetar e implantar uma infra-estrutura informática robusta, baseada na web; 5) desenvolver e disseminar materiais de aquisição e análise de dados, educacionais e de treinamento de alcance.

Conclusões

Por meio deste abrangente projeto de mapeamento da matéria branca, forneceremos à comunidade de pesquisa em neurociência um novo recurso para a conectividade, que terá um impacto significativo para melhorar nossa compreensão da rica conectividade neuroanatômica do cérebro humano.

BURGEL, U.., AMUNTS, K., HOEMKE, L., MOHLBERG, H., GILSBACH, J. M. & ZILLES, K. (2006) Tractos de fibra de matéria branca do cérebro humano: mapeamento tridimensional em resolução microscópica, topografia e variabilidade intersubjectiva. 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: Uma descrição estrutural do cérebro humano. PLoS Computer Biol, 1, e42.

V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE E R. M. WEISSKOFF. (2005) Mapeando arquitetura complexa de tecidos com ressonância magnética de espectro de difusão. . 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. Neuroimagem, 41, 1267-77.