Cartografierea conectivității umane oferă o oportunitate unică de a înțelege detaliile complete ale conectivității neuronale (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). Proiectul „Human Connectome Project” (HCP) este un proiect de construire a unei hărți a conexiunilor neuronale structurale și funcționale complete in vivo în interiorul și între indivizi. HCP reprezintă prima încercare la scară largă de a colecta și împărtăși date de o amploare și detaliu suficiente pentru a începe procesul de abordare a unor întrebări profund fundamentale despre anatomia și variația conexiunilor umane.
Human Connectome Project Pamphlet (rezoluție web)
USC-Harvard Consortium
Pe baza unei colaborări între Laboratorul de imagistică neurologică și Centrul Martinos pentru imagistică biomedicală de la Massachusetts General Hospital, HCP este în curs de dezvoltare pentru a utiliza metode avansate de neuroimagistică și pentru a construi o infrastructură informatică extinsă pentru a lega aceste date și modele de conectivitate de date fenomice și genomice detaliate, bazându-se pe eforturile multidisciplinare și de colaborare existente și aflate în prezent în desfășurare. Lucrând cu consorțiul HCP cu sediul la Universitatea Washington din St. Louis, vom furniza date bogate, protocoale imagistice esențiale și instrumente sofisticate de analiză a conectivității pentru comunitatea de neuroștiințe.
Proiectul Human Connectome este un proiect de cinci ani sponsorizat de șaisprezece componente ale National Institutes of Health, împărțit între două consorții de instituții de cercetare. Finanțarea consorțiului Harvard/MGH-USC este asigurată prin intermediul grantului U01-MH93765. Pentru a citi o prezentare generală a consorțiilor, consultați NIH Blueprint Human Connectome.
Methods
HCP valorifică domenii științifice cheie care, împreună, produc o eliberare constantă de date și instrumente connectomice din ce în ce mai detaliate. În primul rând, am început să adunăm date pentru eliberarea unui set foarte mare de date connectomice, comportamentale și genomice existente, inclusiv un studiu de eșantionare mare în perechi de gemeni MZ/DZ, va încuraja o participare largă la HCP din partea comunității de cercetare mai largi. Aceste date bogate ne vor permite, de asemenea, să cuantificăm variația genetică (Chiang et al., 2009) și comportamentală a căilor fibrelor de materie albă și a corelațiilor funcționale pentru a fi analizate de întreaga comunitate și vor contribui la definirea unei metodologii optimizate pentru colectarea unui set definitiv de date connectome folosind DSI (V. J. Wedeen, 2005). Concomitent, lucrăm pentru a rafina și optimiza rezoluția spațială și funcțională a tehnicilor noastre de neuroimagistică a conectomului, apoi aducem rezultatele ambelor obiective la dobândirea datelor HCP optimizate, care vor fi împărtășite cu comunitatea pe măsură ce datele sunt dobândite. În plus, eforturile noastre în domeniul conectomului includ achiziția de date de neuroimagistică de înaltă rezoluție într-un mic subset de specimene de creier întreg ex vivo, precum și analiza detaliată a chimio și citoarhitectonică și polarimetria planară a acestor specimene, ne va permite să examinăm corelația dintre citoarhitectură și conectom (Burgel et al., 2006), precum și să ajutăm la validarea rezultatelor noastre in vivo. În tot acest timp, vom construi și perfecționa continuu infrastructura vitală pentru a sprijini analiza, baza de date și interogarea, precum și diseminarea pe scară largă a datelor noastre și a instrumentelor informatice.
Rezultate
Acest proiect lucrează în prezent pentru a atinge următoarele obiective: 1) dezvoltarea unor instrumente sofisticate de procesare a imagisticii de difuzie de mare unghiularitate (HARDI) și a imagisticii cu spectru de difuzie (DSI) de la indivizi normali pentru a pune bazele cartografierii detaliate a conectomului uman; 2) optimizarea tehnologiilor avansate de imagistică de mare câmp și a testelor neurocognitive pentru a cartografia connectomului uman; 3) colectarea de date connectomice, comportamentale și genotipice utilizând metode optimizate într-un eșantion reprezentativ de subiecți normali; 4) proiectarea și implementarea unei infrastructuri informatice robuste, bazate pe web, 5) dezvoltarea și diseminarea materialelor de achiziție și analiză a datelor, educaționale și de formare.
Concluzii
Prin intermediul acestui proiect cuprinzător de cartografiere a materiei albe, vom oferi comunității de cercetare în domeniul neuroștiințelor o resursă nouă pentru connectomică, care va avea un impact semnificativ pentru îmbunătățirea înțelegerii noastre a bogatei conexiuni neuroanatomice a creierului uman.
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) Genetica arhitecturii fibrelor cerebrale și a performanțelor intelectuale. J Neurosci, 29, 2212-24.
HAGMANN, P., KURANT, M., GIGANDET, X., THIRAN, P., WEDEEN, V. J., MEULI, R. & THIRAN, J.-P. (2007) Cartografierea rețelelor structurale ale întregului creier uman cu ajutorul RMN-ului de difuzie. PLoS ONE, 2, e597.
SPORNS, O., TONONI, G. & KOTTER, R. (2005) The human connectome: O descriere structurală a creierului uman. PLoS Comput Biol, 1, e42.
V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE ȘI R. M. WEISSKOFF. (2005) Cartografierea arhitecturii complexe a țesuturilor cu ajutorul imagisticii prin rezonanță magnetică cu spectru de difuzie . 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) Tractografia prin rezonanță magnetică cu spectru de difuzie (DSI) a fibrelor încrucișate. Neuroimage, 41, 1267-77.
.