Co to jest konektom? Nowe mapy mózgu

Ludzki mózg jest jednym z najbardziej złożonych znanych systemów naturalnych. Nie dzieje się tak po prostu dlatego, że rozwój technologiczny umożliwił stosunkowo niedawno stworzenie narzędzi pomiarowych. wystarczające do zbadania tego zestawu narządów, a nie fakt, że przeciętny ludzki mózg dorosłej osoby zawiera około 80 000 000 neurony. Kluczem jest sposób, w jaki te komórki nerwowe są połączone.

Jak zobaczymy w tym artykule, pojęcie konektomu powstał, aby pomóc nam zrozumieć wewnętrzną logikę czegoś tak skomplikowanego jak mózg.

• Powiązany artykuł: „Części ludzkiego mózgu (i funkcje)"

Co to jest konektom?

Jak widzieliśmy, w ludzkim mózgu znajduje się przytłaczająca liczba komórek nerwowych. Ale również, każdy neuron jest w stanie połączyć się z setkami, tysiącami innych neuronów. Połączenia te mogą zmieniać się i rozwijać w czasie.

Można powiedzieć, że jeśli nasz układ nerwowy działa, to dlatego, że neurony są zdolne do wysyłania miliony impulsów nerwowych do siebie poprzez te przyłożenia, tzw synapsa. Każdy neuron z osobna nie jest w stanie wykonywać żadnej z funkcji, które pozwalają nam myśleć, czuć, a nawet pozostać przy życiu.

Zatem konektom jest mapowanie połączeń neuronowych istniejących w układzie nerwowym lub jego części, zazwyczaj mózg. W ostatnich latach pojawiło się kilka projektów, poprzez które podejmuje się próbę zrozumienia funkcjonowania różnych części układu nerwowego dzięki tym reprezentacjom.

Połączenia strukturalne i powiązania funkcjonalne

Podczas projektowania konektomów możliwe jest opisanie zarówno połączeń konstrukcyjnych, jak i funkcjonalnych. Ujawniają się pierwsi ogólne i makroanatomiczne wzorce połączeń, zwykle zawarte w belkach aksony zgrupowane, które przechodzą z jednej części układu nerwowego do innej jego części. Druga próbka koncentruje się na szczegółach o niższych wymiarach związanych z prawdopodobieństwem grupy połączeń neurony wysyłają określone impulsy nerwowe do innej grupy, połączenie, które zwykle odbywa się w bardziej nieprzewidywalny i przerwany.

Projekt Human Connectome

Pojęcie konektomu jest często porównywane z pojęciem genomu, które z kolei odnosi się do informacji zawartej w innym typie struktury biologicznej: DNA. Tak samo jak w XX wieku widziała to biologia i pokrewne dyscypliny naukowe wielką nadzieję w możliwość rozwikłania wewnętrznej logiki ludzkiego genomu, w ostatnim czasie lata neurologii i psychologii, a także informatyki, zaczęli przyglądać się możliwości zrozumienia typowego konektomu przedstawicieli naszego gatunku.

Dlatego w 2009 roku narodził się Human Connectome Project, czyli Human Connectome Project, finansowany przez członków National Institutes of Health Stanów Zjednoczonych Ameryki. Związek tej inicjatywy ze zdrowiem jest oczywisty: możliwe jest zmapowanie połączeń zdrowego ludzkiego mózgu, ale także mózgu związany z określoną chorobą psychiczną, aby zlokalizować istotne różnice w sposobie komunikowania się komórek nerwowych w każdym przypadku.

Uzasadnionych jest szukanie przyczyn pewnych zaburzeń w tym schemacie łączności, ponieważ istnieje obecnie ważny konsensus wokół idei, że procesy umysłowe są bardziej podatne na problemy funkcjonalne, jeśli są grupami neuronów, które je napędzają, jest bardzo od siebie oddalonych, ponieważ praca z tymi odległościami wiąże się z założeniem wyższego kosztu metaboliczny. Jeśli w mózgu odległość między grupami neuronów jest nienormalnie duża, mogą pojawić się zmiany w postrzeganiu lub zachowaniu. Do dziś projekt Human Connectome wciąż działa.

Zdjęcie mózgu?

Jak widzieliśmy, konektom jest rodzajem mapy mózgu, a jego istnienie może ułatwić zrozumienie jego działania. Jednak ze swej natury jest to narzędzie o ograniczonej mocy.

Dzieje się tak, ponieważ układ nerwowy, a zwłaszcza mózg, jest systemem podlegającym ciągłym zmianom. Jest to zjawisko tzw Plastyczność neuronów, przy czym każde doświadczenie, niezależnie od jego znaczenia w kategoriach psychologicznych, powoduje zmianę wzorców połączeń i aktywności naszych neuronów.

W ten sposób konektom może dać przybliżone wyobrażenie o działaniu pewnych logik behawioralnych, o skutkach niektórych chorób psychicznych i urazów mózgu, a nawet mogą być wykorzystywane do tworzenia systemów uczenia się w sieciach neuronowych komputery. W rzeczywistości istnieją już obiecujące osiągnięcia, takie jak odtworzenie konektomu mózgu pewnego rodzaju robaka, stwórz z nim symulację i naucz go pewnych zachowań tak jak jedno z tych zwierząt poradziłoby sobie bez programowania wiersza kodu.

Ale konektomu nie można użyć do dokładnego przewidywania zachowania organizmu. z mózgiem takim jak ludzki lub o podobnej złożoności, ponieważ się zmienia stale. Jeśli uda nam się osiągnąć taki poziom wiedzy, wydaje się, że przed nami jeszcze długa droga.