Connectome คืออะไร? แผนที่ใหม่ของสมอง

สมองของมนุษย์เป็นระบบธรรมชาติที่ซับซ้อนที่สุดระบบหนึ่งเท่าที่ทราบ นี่ไม่ใช่เพียงเพราะการพัฒนาทางเทคโนโลยีได้อนุญาตให้มีการสร้างเครื่องมือวัดได้ค่อนข้างเร็ว เพียงพอที่จะศึกษาอวัยวะชุดนี้ ไม่ใช่ข้อเท็จจริงที่ว่าสมองของมนุษย์โดยเฉลี่ยของผู้ใหญ่มีประมาณ 80,000,000 เซลล์ประสาท กุญแจสำคัญคือการเชื่อมต่อเซลล์ประสาทเหล่านี้อย่างไร

ดังที่เราจะได้เห็นในบทความนี้ แนวคิดของการเชื่อมต่อ เกิดมาเพื่อช่วยให้เราเข้าใจตรรกะภายในของบางสิ่งที่ซับซ้อนเหมือนสมอง

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ส่วนต่างๆ ของสมองมนุษย์ (และหน้าที่)"

คอนเนกโตมคืออะไร?

อย่างที่เราได้เห็น มีเซลล์ประสาทจำนวนมากในสมองของมนุษย์ แต่ยัง เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์สามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่น ๆ ได้เป็นร้อยเป็นพัน. การเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงและพัฒนาได้เมื่อเวลาผ่านไป

กล่าวได้ว่าหากระบบประสาทของเราทำงานเป็นเพราะเซลล์ประสาทมีความสามารถในการส่ง กระแสประสาทนับล้านที่ส่งถึงกันผ่านทัชดาวน์เหล่านี้เรียกว่า ไซแนปส์ เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ไม่สามารถทำหน้าที่ใด ๆ ที่ทำให้เราสามารถคิด รู้สึก หรือแม้แต่มีชีวิตอยู่ได้

คอนเนกโตมก็คือ การทำแผนที่การเชื่อมต่อของระบบประสาทที่มีอยู่ในระบบประสาทหรือส่วนหนึ่งของระบบประสาท

มักจะเป็นสมอง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีหลายโครงการที่พยายามทำความเข้าใจการทำงานของส่วนต่าง ๆ ของระบบประสาทด้วยการนำเสนอเหล่านี้

การเชื่อมต่อโครงสร้างและการเชื่อมต่อการทำงาน

เมื่อออกแบบการเชื่อมต่อ คุณสามารถอธิบายการเชื่อมต่อทั้งโครงสร้างและการทำงานได้ คนแรกเปิดเผย รูปแบบการเชื่อมต่อทั่วไปและมหภาค, ปกติเป็นตัวเป็นตนในคานของ แอกซอน เป็นกลุ่มที่เคลื่อนจากส่วนหนึ่งของระบบประสาทไปยังส่วนอื่นของมัน ตัวอย่างที่สองมุ่งเน้นไปที่รายละเอียดมิติล่างที่เกี่ยวข้องกับความน่าจะเป็นที่กลุ่มของการเชื่อมต่อ เซลล์ประสาทส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาทบางอย่างไปยังกลุ่มอื่น ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อที่มักจะเกิดขึ้นในลักษณะที่คาดเดาไม่ได้และ ขัดจังหวะ.

โครงการ Human Connectome

แนวคิดของคอนเนกโตมมักถูกเปรียบเทียบกับจีโนม ซึ่งเป็นคำที่หมายถึงข้อมูลที่มีอยู่ในโครงสร้างทางชีววิทยาประเภทอื่น: ดีเอ็นเอ ในลักษณะเดียวกับที่ชีววิทยาในศตวรรษที่ 20 และสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องเห็น ความหวังอันยิ่งใหญ่ในความเป็นไปได้ในการคลี่คลายตรรกะภายในของจีโนมมนุษย์ เมื่อเร็ว ๆ นี้ ปี ประสาทวิทยาและจิตวิทยา ตลอดจนวิทยาการคอมพิวเตอร์ได้เริ่มมองหาความเป็นไปได้ในการทำความเข้าใจความเชื่อมโยงทั่วไปของสมาชิกในสายพันธุ์ของเรา

นั่นคือเหตุผลที่ในปี 2009 โครงการ Human Connectome หรือ Human Connectome Project ถือกำเนิดขึ้น โดยได้รับทุนสนับสนุนจากสมาชิกของ National Institutes of Health ของสหรัฐอเมริกา ความเชื่อมโยงของความคิดริเริ่มนี้กับสุขภาพนั้นชัดเจน: เป็นไปได้ที่จะทำแผนที่ความเชื่อมโยงของสมองมนุษย์ที่มีสุขภาพดี แต่ยังรวมถึง หนึ่งที่เกี่ยวข้องกับความเจ็บป่วยทางจิตบางอย่างเพื่อค้นหาความแตกต่างที่สำคัญในวิธีที่เซลล์ประสาทสื่อสารกันในแต่ละกรณี

มีเหตุผลที่จะมองหาสาเหตุของความผิดปกติบางอย่างในรูปแบบการเชื่อมต่อนี้ เนื่องจากปัจจุบันมีความสำคัญ ฉันทามติเกี่ยวกับแนวคิดที่ว่ากระบวนการทางจิตมีแนวโน้มที่จะมีปัญหาในการทำงานหากเป็นกลุ่ม ของเซลล์ประสาทที่ขับเคลื่อนพวกมันจะแยกออกจากกันอย่างมาก เนื่องจากการทำงานกับระยะทางเหล่านี้เกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น เมตาบอลิซึม หากในสมองมีระยะห่างระหว่างกลุ่มของเซลล์ประสาทมากผิดปกติ การรับรู้หรือพฤติกรรมอาจเปลี่ยนแปลงไป จนถึงทุกวันนี้ โครงการ Human Connectome ยังคงดำเนินอยู่

ภาพถ่ายของสมอง?

ดังที่เราได้เห็นแล้ว คอนโทมเป็นแผนที่ชนิดหนึ่งของสมอง และการดำรงอยู่ของมันสามารถเกิดขึ้นได้ อำนวยความสะดวกให้เข้าใจการทำงานของมัน. อย่างไรก็ตาม โดยธรรมชาติแล้วมันเป็นเครื่องมือที่มีพลังงานจำกัด

ที่เป็นเช่นนี้เพราะระบบประสาท โดยเฉพาะสมอง เป็นระบบที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา นี่คือปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ความเป็นพลาสติกของเส้นประสาทโดยที่ประสบการณ์ใดๆ ก็ตาม โดยไม่คำนึงถึงความสำคัญในแง่จิตวิทยา ทำให้การเชื่อมต่อและรูปแบบกิจกรรมของเซลล์ประสาทของเราเปลี่ยนไป

ดังนั้นคอนเนกโตมสามารถให้แนวคิดโดยประมาณเกี่ยวกับการทำงานของลอจิกเชิงพฤติกรรมบางอย่าง ผลกระทบของบางอย่าง อาการป่วยทางจิตและการบาดเจ็บทางสมอง และยังสามารถใช้ในการสร้างระบบการเรียนรู้โครงข่ายประสาทเทียมได้อีกด้วย คอมพิวเตอร์. ความจริงแล้ว มีความสำเร็จที่น่ายินดีอยู่แล้ว เช่น การสร้างการเชื่อมต่อของสมองของเวิร์มชนิดหนึ่งขึ้นใหม่ สร้างสถานการณ์จำลองกับเขาและทำให้เขาเรียนรู้พฤติกรรมบางอย่าง เช่นเดียวกับที่สัตว์เหล่านี้ทำได้โดยไม่ต้องตั้งโปรแกรมโค้ด

แต่ไม่สามารถใช้การเชื่อมต่อเพื่อทำนายพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตได้อย่างแม่นยำ มีสมองเหมือนมนุษย์หรือมีความซับซ้อนใกล้เคียงกัน เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลง อย่างสม่ำเสมอ. หากเราสามารถเข้าถึงระดับความรู้ได้ดูเหมือนว่ายังมีหนทางอีกยาวไกล