Τι είναι το connectome; Οι νέοι χάρτες του εγκεφάλου

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένα από τα πιο περίπλοκα φυσικά συστήματα που είναι γνωστά. Αυτό δεν συμβαίνει απλώς επειδή οι τεχνολογικές εξελίξεις επέτρεψαν τη δημιουργία εργαλείων μέτρησης σχετικά πρόσφατα. επαρκής για τη μελέτη αυτού του συνόλου οργάνων, όχι στο γεγονός ότι ένας μέσος ανθρώπινος εγκέφαλος ενός ενήλικα περιέχει περίπου 80.000.000 νευρώνες. Το κλειδί είναι πώς συνδέονται αυτά τα νευρικά κύτταρα.

Όπως θα δούμε σε αυτό το άρθρο, η έννοια του Connectome γεννήθηκε για να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε την εσωτερική λογική κάτι τόσο περίπλοκου όπως ο εγκέφαλος.

• Σχετικό άρθρο: "Μέρη του ανθρώπινου εγκεφάλου (και λειτουργίες)"

Ποιο είναι το connectome;

Όπως είδαμε, υπάρχει ένας συντριπτικός αριθμός νευρικών κυττάρων στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Αλλά επίσης, κάθε νευρώνας είναι ικανός να συνδεθεί με εκατοντάδες, χιλιάδες άλλους νευρώνες. Αυτές οι συνδέσεις μπορούν να αλλάξουν και να αναπτυχθούν με την πάροδο του χρόνου.

Μπορούμε να πούμε ότι εάν το νευρικό μας σύστημα λειτουργεί, είναι επειδή οι νευρώνες είναι ικανοί να στέλνουν εκατομμύρια νευρικών ερεθισμάτων μεταξύ τους μέσω αυτών των touchdowns, που ονομάζονται σύναψη. Κάθε νευρώνας, ξεχωριστά, δεν είναι ικανός να εκτελέσει καμία από τις λειτουργίες που μας επιτρέπουν να σκεφτόμαστε, να αισθανόμαστε ή ακόμα και να παραμείνουμε ζωντανοί.

Μια σύνδεση, λοιπόν, είναι μια χαρτογράφηση των νευρικών συνδέσεων που υπάρχουν σε ένα νευρικό σύστημα ή μέρος ενός νευρικού συστήματος, συνήθως ένας εγκέφαλος. Τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί αρκετά έργα μέσω των οποίων γίνεται προσπάθεια να κατανοηθεί η λειτουργία διαφόρων τμημάτων του νευρικού συστήματος χάρη σε αυτές τις αναπαραστάσεις.

Δομικές και λειτουργικές συνδέσεις

Κατά το σχεδιασμό των συνδετήρων, είναι δυνατό να περιγραφούν τόσο δομικές όσο και λειτουργικές συνδέσεις. Τα πρώτα αποκαλύπτουν γενικά και μακροανατομικά πρότυπα συνδεσιμότητας, που συνήθως ενσωματώνονται σε δοκούς του άξονες ομαδοποιούνται που πηγαίνουν από ένα μέρος του νευρικού συστήματος σε μια άλλη περιοχή του. Το δεύτερο δείγμα εστιάζει σε λεπτομέρειες χαμηλότερης διάστασης που σχετίζονται με την πιθανότητα μιας ομάδας συνδέσεων οι νευρώνες στέλνουν ορισμένα νευρικά ερεθίσματα σε μια άλλη ομάδα, μια σύνδεση που συνήθως γίνεται σε μια πιο απρόβλεπτη και διακόπηκε.

The Human Connectome Project

Η έννοια του Connectome συγκρίνεται συχνά με αυτή του γονιδιώματος, μια λέξη που με τη σειρά της αναφέρεται στις πληροφορίες που περιέχονται σε έναν άλλο τύπο βιολογικής δομής: το DNA. Με τον ίδιο τρόπο που έβλεπαν στον 20ο αιώνα η βιολογία και οι συναφείς επιστημονικοί κλάδοι μεγάλη ελπίδα στο ενδεχόμενο να ξεδιαλύνει την εσωτερική λογική του ανθρώπινου γονιδιώματος, τα τελευταία χρόνια χρόνια νευροεπιστήμη και ψυχολογία, καθώς και την επιστήμη των υπολογιστών, έχουν αρχίσει να εξετάζουν τη δυνατότητα κατανόησης του τυπικού συνδέσμου των μελών του είδους μας.

Γι' αυτό το 2009 γεννήθηκε το Human Connectome Project, ή Human Connectome Project, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από μέλη των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας, των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Η σύνδεση αυτής της πρωτοβουλίας με την υγεία είναι προφανής: είναι δυνατό να χαρτογραφηθούν οι συνδέσεις ενός υγιούς ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά και που σχετίζεται με μια συγκεκριμένη ψυχική ασθένεια, προκειμένου να εντοπιστούν σημαντικές διαφορές στον τρόπο με τον οποίο τα νευρικά κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους σε κάθε περίπτωση.

Είναι λογικό να αναζητήσουμε τα αίτια ορισμένων διαταραχών σε αυτό το μοτίβο συνδεσιμότητας, αφού επί του παρόντος υπάρχει ένα σημαντικό συναίνεση γύρω από την ιδέα ότι οι νοητικές διεργασίες είναι πιο πιθανό να έχουν λειτουργικά προβλήματα εάν οι ομάδες των νευρώνων που τους οδηγούν είναι πολύ διαχωρισμένοι μεταξύ τους, καθώς η εργασία με αυτές τις αποστάσεις απαιτεί υψηλότερο κόστος μεταβολικός. Εάν σε έναν εγκέφαλο αυτή η απόσταση μεταξύ των ομάδων νευρώνων είναι ασυνήθιστα μεγάλη, ενδέχεται να εμφανιστούν αλλαγές στην αντίληψη ή στη συμπεριφορά. Μέχρι σήμερα το Human Connectome Project εξακολουθεί να εκτελείται.

Μια φωτογραφία του εγκεφάλου;

Όπως είδαμε, το connectome είναι ένα είδος χάρτη του εγκεφάλου και η ύπαρξή του μπορεί διευκολύνουν την κατανόηση της λειτουργίας του. Ωστόσο, από τη φύση του, είναι ένα εργαλείο με περιορισμένη ισχύ.

Αυτό συμβαίνει επειδή το νευρικό σύστημα, ειδικά ο εγκέφαλος, είναι ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο σύστημα. Αυτό είναι ένα φαινόμενο γνωστό ως Νευρωνική πλαστικότητα, όπου οποιαδήποτε εμπειρία, ανεξάρτητα από τη σημασία της από ψυχολογική άποψη, προκαλεί την αλλαγή των μοτίβων συνδεσιμότητας και δραστηριότητας των νευρώνων μας.

Έτσι, ένα connectome μπορεί να δώσει μια κατά προσέγγιση ιδέα για τη λειτουργία ορισμένων λογικών συμπεριφοράς, των επιπτώσεων ορισμένων ψυχικές ασθένειες και εγκεφαλικούς τραυματισμούς και μπορεί ακόμη και να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία συστημάτων μάθησης νευρωνικών δικτύων Υπολογιστές. Στην πραγματικότητα, έχουν ήδη υπάρξει πολλά υποσχόμενα επιτεύγματα, όπως η αναδημιουργία του συνδέσμου του εγκεφάλου ενός τύπου σκουληκιού, δημιουργήστε μια προσομοίωση μαζί του και κάντε τον να μάθει ορισμένες συμπεριφορές ακριβώς όπως θα έκανε ένα από αυτά τα ζώα χωρίς να προγραμματίσει μια γραμμή κώδικα.

Αλλά ένα connectome δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει με ακρίβεια τη συμπεριφορά ενός οργανισμού. με εγκέφαλο σαν τον άνθρωπο ή παρόμοιας πολυπλοκότητας, αφού αλλάζει συνεχώς. Αν καταφέρουμε να φτάσουμε σε αυτόν τον βαθμό γνώσης, φαίνεται ότι υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος.