Mappning av människans connectome ger en unik möjlighet att förstå alla detaljer i den neurala konnektiviteten (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). Human Connectome Project (HCP) är ett projekt för att konstruera en karta över de fullständiga strukturella och funktionella neurala förbindelserna in vivo inom och mellan individer. HCP är det första storskaliga försöket att samla in och dela med sig av data som är tillräckligt omfattande och detaljerade för att man ska kunna påbörja arbetet med att ta itu med djupt grundläggande frågor om människans anatomi och variation av kopplingar.
Human Connectome Project Pamphlet (web-upplösning)
USC-Harvard Consortium
Genom ett samarbete mellan Laboratory of Neuro Imaging och Martinos Center for Biomedical Imaging vid Massachusetts General Hospital, HCP utvecklas för att använda avancerade metoder för neuroavbildning och för att bygga upp en omfattande informatikinfrastruktur för att koppla dessa data och konnektivitetsmodeller till detaljerade fenomiska och genomiska data, med utgångspunkt i befintliga tvärvetenskapliga och samverkande insatser som för närvarande pågår. I samarbete med HCP-konsortiet vid Washington University i St. Louis kommer vi att tillhandahålla rika data, viktiga avbildningsprotokoll och sofistikerade verktyg för analys av konnektivitet för neurovetenskapen.
Human Connectome Project är ett femårigt projekt som sponsras av sexton delar av National Institutes of Health, uppdelat på två konsortier av forskningsinstitutioner. Finansieringen av konsortiet Harvard/MGH-USC tillhandahålls genom bidragstilldelningen U01-MH93765. En översikt över konsortierna finns i NIH Blueprint Human Connectome.
Metoder
HCP utnyttjar viktiga vetenskapliga områden som tillsammans ger en stadig utgivning av allt mer detaljerade connectomiska data och verktyg. För det första har vi börjat samla in data för att släppa ett mycket stort befintligt connectomiskt, beteendemässigt och genomiskt dataset, inklusive en stor studie av MZ/DZ-tvillingar, vilket kommer att uppmuntra ett brett deltagande i HCP från det större forskarsamhället. Dessa rika data kommer också att göra det möjligt för oss att kvantifiera genetisk (Chiang et al., 2009) och beteendemässig variation av fiberbanor i den vita substansen och funktionella korrelationer för analys av hela samhället, och hjälpa till att definiera en optimerad metodik för insamling av ett definitivt connectomdataset med hjälp av DSI (V. J. Wedeen, 2005). Samtidigt arbetar vi med att förfina och optimera den rumsliga och funktionella upplösningen av våra neuroavbildningstekniker för connectom, för att sedan använda resultaten av båda målen vid insamlingen av optimerade HCP-data, som kommer att delas med samhället i takt med att data samlas in. Dessutom omfattar våra connectominsatser förvärv av högupplösta neuroavbildningsdata i en liten delmängd ex vivo helhjärnor, samt detaljerad kemo- och cytoarkitonisk analys och planar polarimetri av dessa prover, vilket kommer att göra det möjligt för oss att undersöka korrelationen mellan cytoarkitektur och connectom (Burgel et al., 2006), samt att hjälpa till att validera våra in vivo-resultat. Samtidigt kommer vi kontinuerligt att bygga upp och förfina den viktiga infrastrukturen för att stödja analysen, databaseringen och sökningen samt den breda spridningen av våra data och informatikverktyg.
Resultat
Detta projekt arbetar för närvarande för att uppnå följande mål: 1) utveckla sofistikerade verktyg för att bearbeta högvinkelspridning (HARDI) och diffusionsspektrumavbildning (DSI) från normala individer för att lägga grunden för en detaljerad kartläggning av människans connectom; 2) optimera avancerad teknik för högfältsavbildning och neurokognitiva tester för att kartlägga människans connectom; 3) samla in connectom-, beteende- och genotypdata med hjälp av optimerade metoder i ett representativt urval av normala försökspersoner; 4) utforma och installera en robust, webbaserad datainfrastruktur; 5) utveckla och sprida material för datainsamling och -analys, utbildning och utbildning.
Slutsatser
Genom detta omfattande projekt för kartläggning av vit substans kommer vi att förse det neurovetenskapliga forskarsamhället med en ny resurs för connectomics som kommer att ha en betydande inverkan för att öka vår förståelse av den mänskliga hjärnans rika neuroanatomiska koppling.
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: En strukturell beskrivning av den mänskliga hjärnan. PLoS Comput Biol, 1, e42.
V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE OCH 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) Diffusionsspektrum magnetisk resonansavbildning (DSI) traktografi av korsande fibrer. Neuroimage, 41, 1267-77.