04-Project connectome_Lewandowska

Project connectome
część II
Lewandowska Natalia
Toruń 2012
Po co się to robi?

Głównym celem connectomu była reprezentacja sieci
strukturalnych mózgu w formie grafu, zbioru węzłów i
krawędzi, co pozwoliłoby na ilościową analizę sieci
nerwowych przy użyciu narzędzi matematycznych. Od
początku widzieliśmy connectome jako sposób
strukturalnych zasad organizacji sieci neuronowych w
mózgu, która wyjaśniałaby funkcję mózgu nie tylko jako
zbiór danych o tym, co łączy się z czym.
Networks of the Brain, Olaf Sporns,
Po co się to robi?
Żeby:
Poznać strukturę mózgu i wzorce działania.
 Uzyskać informacje na temat współpracy
poszczególnych neuronów.
 Stworzyć uniwersalną mapę działania mózgu.

Po co się to robi?

„Aby rozszerzyć naszą wiedzę o funkcji nerowej do
bardziej skomplikowanych fizjologicznych i
psychologicznych działań człowieka, […] konieczne jest,
aby w pierwszej kolejności stworzyć jasny i dokładny
widok struktury istotnych ośrodków nerwowych i
ludzkiego mózgu samego w sobie tak, żeby możliwe było
zobaczenie i przegląd podstawowego planu organizacji
(Cajal, 1995, p. 39).
Networks of the Brain, Olaf Sporns,
Human Connectome Project
Pięcioletni projekt, który został rozpoczęty w lipcu 2009r.
 HCP to projekt, który zakłada kompleksowe mapowanie
mózgów 1200 zdrowych osób dorosłych z wykorzystaniem
najnowocześniejszych metod nieinwazyjnego
neuroobrazowania.
 Jest próbą poznania ścieżek neuronowych, połączeń
funkcjonalnych i anatomicznych w mózgu.
 Ma być pomocny przy tworzeniu graficznego interfejsu do
nawigacji między zdobytymi danymi.

http://www.humanconnectome.org/#panel-13
Human Connectome Project



Human Connectome Project daje neuronaukowcom
nowe spojrzenie na połączenia w ludzkim mózgu i
komunikację neuronów ze sobą.
To przedsięwzięcie przyniesie cenne informacje na
temat połączeń mózgowych, ich związku z zachowaniem
i wpływu czynników genetycznych i środowiskowych na
indywidualne różnice w „okablowaniu” mózgu.
Mapy sieci neuronowych żywych mózgów mogą
prowadzić do lepszych metod leczenia m.in. choroby
Alzheimera i schizofrenii.
Jak to się robi?

Techniki skanowania obejmują:
- obrazowanie dyfuzyjne (diffusion imaging)
- funkcjonalny rezonans magnetyczny
- magnetoencefalografia (albo
elektroencefalografia)
Informatics and Data Mining Tools and Strategies for the Human Connectome Project, D.Marcus et all,
Front Neuroinform. 2011; 5: 4.
Magnetoencefalografia
technika obrazowania elektrycznej czynności
mózgu za pomocą rejestracji pola
magnetycznego wytworzonego przez mózg
 pomaga monitorować bardzo szybkie wzorce
aktywności obejmujących miliony komórek
mózgowych, jednak daje mniej danych
przestrzennych.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny

Wykorzystywany na dwóch etapach:
- monitorowanie aktywności mózgu w czasie
relaksu,
- monitorowanie aktywności mózgu podczas
wykonywania różnych zadań [task-related
functional MRI,]
Diffusion imaging

Obrazowanie dyfuzyjne – nowa forma MRI,
która pozwala uzyskać szczegółowe informacje
na temat struktury komórek przez śledzenie
losowych ruchów cząsteczek wody,
Jak to się robi?
Główny kierunek dyfuzji FILM
 Diffusion MRI Brain Fibre Tractography:
Track-density imaging (TDI) FILM

HARDI
High Angular Resolution Diffusion Imaging (HARDI) to jedna z
podstawowych technologii obrazowania, która została
wykorzystana w Human Connectome Project.
 Skanuje mózg w znacznie wyższej rozdzielczości niż zwykły
MRI
 Pozwala identyfikować złożone orintacje włókien w obrębie
poszczególnych wokseli. Umożliwia to śledzenie połączeń
nawet w regionach, gdzie wiele wiązek włókien przecina się
nawzajem.

http://humanconnectome.org/about/pressroom/project-news/connectomeskyra-update-new-gradients-installed-human-subject-testing-approved/
Informatics and Data Mining Tools and Strategies for the Human
Connectome Project, D.Marcus et all,, Front Neuroinform. 2011; 5: 4.


Kombinacja obrazowania dyfuzyjnego i fMRI pozwala
pokazać w jakim zakresie funkcjonalna organizacja
mózgu badana za pomocą fMRI odzwierciedla cechy
strukturalne.
Pozwala również porównać anatomiczne i funkcjonalne
połączenia w mózgu i znaleźć zależności między tymi
połączeniami.
Schematic summary for acquiring imaging, behavioral, and genetic data using MR and
MEG/EEG scanners at three HCP data acquisition sites. Left: Behavioral testing, blood
draws for genotyping, and scanning on a 3T Skyra will be carried out on 1200 healthy
adults at Washington University (WashU). Center: Major data acquisition modalities
are indicated in the center column; for task-fMRI and behavior, major domains are
listed. Top right: A subset of 200 subjects will be scanned on a 7T Skyra at the
University of Minnesota (UMinn). Bottom right: A subset of 100 subjects will be
scanned using magnetoencephalography (MEG) and perhaps electroencephalography
(EEG) at St. Louis University (SLU).

Film Jak działa „okablowanie” ludzkiego mózgu?
http://www.youtube.com/watch?v=m8U4NMEM
SZc
Co wiemy?

Możemy sprawdzić połączenia
poszczególnych obszarów mózgu
http://www.humanconnectomeproject.org
/data/relationship-viewer/
Bibliografia
1.
2.
3.
4.
Networks of the Brain, O. Sporns, London 2011;
The Human Connectome: A Structural Description of the
Human Brain, O. Sporns, PLoS Comput Biol 1(4): e42.
doi:10.1371/journal.pcbi.0010042
The Human Connectome Project: A data acquisition
perspective, D.C.Van Essen et all, Accepted 8 February 2012.
Available online 17 February 2012.
http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2012.02.018
Human conectomme project;
http://www.humanconnectomeproject.org/
http://humanconnectome.org/