Hva er et connectome? De nye kartene over hjernen

Den menneskelige hjernen er et av de mest komplekse naturlige systemene som er kjent. Dette er ikke bare fordi teknologisk utvikling har gjort det mulig å lage måleverktøy relativt nylig. tilstrekkelig til å studere dette settet av organer, ikke til det faktum at en gjennomsnittlig menneskelig hjerne til en voksen person inneholder omtrent 80 000 000 nevroner. Nøkkelen er hvordan disse nervecellene er koblet sammen.

Som vi vil se i denne artikkelen, begrepet connectome ble født for å hjelpe oss å forstå den indre logikken til noe så komplisert som en hjerne.

• Relatert artikkel: "Deler av den menneskelige hjernen (og funksjoner)"

Hva er koblingen?

Som vi har sett, er det et overveldende antall nerveceller i den menneskelige hjernen. Men også, hvert nevron er i stand til å koble seg til hundrevis, tusenvis av andre nevroner. Disse forbindelsene kan endres og utvikles over tid.

Det kan sies at hvis nervesystemet vårt fungerer, er det fordi nevronene er i stand til å sende millioner av nerveimpulser til hverandre gjennom disse touchdowns, kalt synapse. Hvert nevron, individuelt, er ikke i stand til å utføre noen av funksjonene som lar oss tenke, føle eller til og med holde oss i live.

Et connectome er altså en kartlegging av de nevrale forbindelsene som finnes i et nervesystem eller en del av et nervesystem, vanligvis en hjerne. De siste årene har det dukket opp flere prosjekter der man forsøker å forstå funksjonen til ulike deler av nervesystemet takket være disse representasjonene.

Strukturelle forbindelser og funksjonelle forbindelser

Ved utforming av koblinger er det mulig å beskrive både strukturelle og funksjonelle koblinger. De første avslører generelle og makroanatomiske koblingsmønstre, normalt nedfelt i bjelker av aksoner gruppert som går fra en del av nervesystemet til en annen region av det. Det andre utvalget fokuserer på lavere dimensjonale detaljer knyttet til sannsynligheten for at en gruppe forbindelser nevroner sender visse nerveimpulser til en annen gruppe, en forbindelse som vanligvis lages i en mer uforutsigbar og avbrutt.

Human Connectome-prosjektet

Konseptet connectome sammenlignes ofte med genomet, et ord som igjen refererer til informasjonen som finnes i en annen type biologisk struktur: DNA. På samme måte som på 1900-tallet så biologi og relaterte vitenskapelige disipliner stort håp om muligheten for å avdekke den interne logikken til det menneskelige genomet, i nyere tid år nevrovitenskap og psykologi, samt informatikk, har begynt å se på muligheten for å forstå den typiske koblingen til medlemmer av vår art.

Det er derfor i 2009 Human Connectome Project, eller Human Connectome Project, ble født, finansiert av medlemmer av National Institutes of Health, i USA. Sammenhengen mellom dette initiativet og helse er tydelig: det er mulig å kartlegge forbindelsene til en sunn menneskelig hjerne, men også en assosiert med en viss psykisk lidelse, for å lokalisere betydelige forskjeller i måten nervecellene kommuniserer med hverandre på i hvert enkelt tilfelle.

Det er rimelig å se etter årsakene til visse lidelser i dette tilknytningsmønsteret, siden det for tiden er en viktig konsensus rundt ideen om at mentale prosesser er mer sannsynlig å ha funksjonsproblemer hvis grupper av nevroner som driver dem er svært adskilt fra hverandre, siden arbeid med disse avstandene innebærer å anta en høyere kostnad metabolsk. Hvis avstanden mellom grupper av nevroner i en hjerne er unormalt stor, kan det oppstå endringer i oppfatning eller atferd. Den dag i dag kjører Human Connectome Project fortsatt.

Et bilde av hjernen?

Som vi har sett, er connectome et slags kart over hjernen, og det kan dens eksistens lette forståelsen av driften. Imidlertid er det i sin natur et verktøy med begrenset kraft.

Dette skyldes at nervesystemet, spesielt hjernen, er et system i konstant endring. Dette er et fenomen kjent som Nevronal plastisitet, der enhver erfaring, uavhengig av dens betydning i psykologiske termer, fører til at tilkoblings- og aktivitetsmønstrene til nevronene våre endres.

Dermed kan et konnektor gi en omtrentlig ide om driften av visse atferdslogikker, av effektene av noen psykiske lidelser og hjerneskader, og kan til og med brukes til å lage nevrale nettverkslæringssystemer i datamaskiner. Faktisk har det allerede vært lovende prestasjoner, som å gjenskape hjernens forbindelse til en type orm, lage en simulering med ham, og få ham til å lære visse atferder akkurat som et av disse dyrene ville gjort uten å programmere en kodelinje.

Men et connectome kan ikke brukes til å forutsi oppførselen til en organisme nøyaktig. med en hjerne som den menneskelige eller en av lignende kompleksitet, siden den er i endring stadig. Klarer vi å nå den grad av kunnskap, ser det ut til at det fortsatt er en lang vei å gå.