Connectome คืออะไร? แผนที่สมองใหม่

สมองของมนุษย์เป็นหนึ่งในระบบธรรมชาติที่ซับซ้อนที่สุดที่รู้จักกัน นี่ไม่ใช่เพียงเพราะเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่การพัฒนาเทคโนโลยีได้อนุญาตให้สร้างเครื่องมือวัดที่เพียงพอเพื่อศึกษาชุดอวัยวะนี้ไม่ใช่ความจริงที่ว่าสมองมนุษย์โดยเฉลี่ยของคนที่เป็นผู้ใหญ่นั้นมีประมาณ 80,000,000 คน เซลล์ประสาท กุญแจสำคัญคือการที่เซลล์ประสาทเหล่านี้เชื่อมต่อกัน.

อย่างที่เราจะเห็นในบทความนี้, แนวคิดของ connectome เกิดมาเพื่อช่วยให้เราเข้าใจตรรกะภายในของบางสิ่งที่ซับซ้อนเหมือนสมอง.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ชิ้นส่วนของสมองมนุษย์ (และฟังก์ชั่น)"

คอนเน็คคืออะไร?

อย่างที่เราได้เห็นในสมองมนุษย์มีเซลล์ประสาทจำนวนมาก แต่นอกจากนี้, แต่ละเซลล์สามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่น ๆ นับร้อยนับพัน. การเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงและพัฒนาได้ตลอดเวลา.

อาจกล่าวได้ว่าหากระบบประสาทของเราทำงานเป็นเพราะเซลล์ประสาทมีความสามารถในการส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาทเป็นล้าน ๆ ให้กันผ่านซ็อกเก็ตสัมผัสเหล่านี้เรียกว่าซินไซเซส เซลล์ประสาทแต่ละตัวไม่สามารถทำหน้าที่ใด ๆ ที่ทำให้เราคิดรู้สึกหรือมีชีวิตอยู่ได้.

จากนั้นก็คือ connectome การทำแผนที่ของการเชื่อมต่อประสาทที่มีอยู่ในระบบประสาทหรือในส่วนของระบบประสาท, ปกติสมอง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีหลายโครงการที่เราพยายามเข้าใจการทำงานของส่วนต่าง ๆ ของระบบประสาทด้วยการเป็นตัวแทนเหล่านี้.

การเชื่อมต่อโครงสร้างและการเชื่อมต่อการทำงาน

เมื่อออกแบบ conectomas มันเป็นไปได้ที่จะอธิบายทั้งการเชื่อมต่อโครงสร้างและการเชื่อมต่อการทำงาน การเปิดเผยครั้งแรก รูปแบบทั่วไปและมหภาคของการเชื่อมต่อ, โดยปกติแล้วจะแสดงเป็นกลุ่มของซอนที่จัดกลุ่มซึ่งเปลี่ยนจากส่วนหนึ่งของระบบประสาทไปยังส่วนอื่นของหลัง รายการที่สองมุ่งเน้นไปที่รายละเอียดของขนาดเล็กที่เกี่ยวข้องกับความน่าจะเป็นที่กลุ่มของเส้นประสาทเส้นประสาทส่งแรงกระตุ้นเส้นประสาทบางอย่างไปยังกลุ่มอื่นการเชื่อมต่อที่มักจะทำในลักษณะที่คาดเดาไม่ได้และขัดจังหวะ.

โครงการ Human Connectome

มันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะเปรียบเทียบแนวคิดของการเชื่อมต่อกับจีโนมซึ่งหมายถึงข้อมูลที่มีอยู่ในโครงสร้างทางชีวภาพชนิดอื่น: DNA ในทำนองเดียวกับที่ในศตวรรษที่ยี่สิบชีววิทยาและสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับมันเห็นความหวังที่ดีในความเป็นไปได้ของการไขตรรกะภายในของจีโนมมนุษย์ในปีที่ผ่านมา ประสาทและจิตวิทยาเช่นเดียวกับวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์, ได้เริ่มที่จะมองไปที่ความเป็นไปได้ของการทำความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสมาชิกในเผ่าพันธุ์ของเรา.

นั่นคือเหตุผลที่ในปี 2552 โครงการ Human Connectome เกิดขึ้นหรือ Human Connectome Project ได้รับทุนจากสมาชิกของสถาบันสุขภาพแห่งชาติสหรัฐอเมริกา การเชื่อมโยงของความคิดริเริ่มนี้กับสุขภาพเป็นที่ประจักษ์: มันเป็นไปได้ที่จะแมปการเชื่อมต่อของสมองมนุษย์ที่แข็งแรง แต่ยัง หนึ่งที่เกี่ยวข้องกับความเจ็บป่วยทางจิตบางอย่าง, ด้วยวิธีนี้จะค้นหาความแตกต่างที่สำคัญในวิธีที่เซลล์ประสาทสื่อสารกับแต่ละอื่น ๆ ในแต่ละกรณี.

มันมีเหตุผลที่จะมองหาสาเหตุของความผิดปกติบางอย่างในรูปแบบของการเชื่อมต่อเนื่องจากปัจจุบันมีมติที่สำคัญเกี่ยวกับความคิดที่ว่ากระบวนการทางจิตมีแนวโน้มที่จะมีปัญหาการทำงานหากกลุ่มของเซลล์ประสาทที่ขับมันห่างกันมาก ใช่เนื่องจากการทำงานกับระยะทางเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการสมมติว่ามีค่าใช้จ่ายในการเผาผลาญที่สูงขึ้น หากในสมองที่ระยะห่างระหว่างกลุ่มของเซลล์ประสาทมีขนาดใหญ่ผิดปกติการเปลี่ยนแปลงของการรับรู้หรือพฤติกรรมอาจปรากฏขึ้น วันนี้โครงการ Human Connectome ยังดำเนินการอยู่.

รูปถ่ายของสมอง?

อย่างที่เราได้เห็นแล้วว่า connectome เป็นแผนที่สมองและการดำรงอยู่ของมันสามารถทำได้ อำนวยความสะดวกในการทำความเข้าใจการดำเนินงานของ. อย่างไรก็ตามโดยธรรมชาติแล้วมันเป็นเครื่องมือที่มีกำลังไฟ จำกัด.

เนื่องจากระบบประสาทโดยเฉพาะสมองเป็นระบบที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา นี่เป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในชื่อ plastic neuronal ซึ่งประสบการณ์ใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงความสำคัญในแง่จิตวิทยาทำให้รูปแบบของการเชื่อมต่อและกิจกรรมของเซลล์ประสาทของเรามีการเปลี่ยนแปลง.

ดังนั้น connectome สามารถให้ความคิดโดยประมาณของการทำงานของ logics พฤติกรรมบางอย่างผลกระทบของความเจ็บป่วยทางจิตและการบาดเจ็บของสมองและยังสามารถให้บริการเพื่อสร้างระบบการเรียนรู้โดยเครือข่ายประสาทในคอมพิวเตอร์ ในความเป็นจริงแล้วความสำเร็จที่คาดหวังนั้นได้ทำไปแล้วเช่นการสร้างเวิร์มที่น่าสนใจเกี่ยวกับหนอนชนิดหนึ่ง, สร้างแบบจำลองกับเขาและทำให้เขาเรียนรู้พฤติกรรมบางอย่าง เช่นเดียวกับสัตว์เหล่านี้อย่างใดอย่างหนึ่งจะทำโดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมหรือบรรทัดของรหัส.

แต่ connectome ไม่สามารถตอบสนองได้อย่างแม่นยำทำนายพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตด้วยสมองเช่นมนุษย์หรือความซับซ้อนที่คล้ายกันอย่างใดอย่างหนึ่งเนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา หากเราสามารถเข้าถึงความรู้ในระดับนั้นดูเหมือนว่ายังมีอีกมาก.