Проект Human Connectome ( HCP ) — это пятилетний проект, спонсируемый шестнадцатью компонентами Национальных институтов здравоохранения , разделенных между двумя консорциумами исследовательских институтов. Проект был запущен в июле 2009 года [1] как первый из трех «больших задач» плана нейробиологических исследований НИЗ. [2] 15 сентября 2010 года НИЗ объявил, что выделит два гранта: 30 миллионов долларов США в течение пяти лет консорциуму во главе с Вашингтонским университетом в Сент-Луисе и Университетом Миннесоты при значительном вкладе Оксфордского университета (FMRIB). ) и 8,5 миллионов долларов в течение трех лет консорциуму во главе с Гарвардским университетом , Массачусетской больницей общего профиля и Калифорнийским университетом в Лос - Анджелесе . [3]
Целью проекта Human Connectome является создание «сетевой карты» ( коннектома ), которая прольет свет на анатомические и функциональные связи в мозгу здорового человека , а также создаст массив данных, которые облегчат исследования заболеваний головного мозга. такие как дислексия , аутизм , болезнь Альцгеймера и шизофрения . [4] [5]
Консорциум WU-Minn-Oxford разработал усовершенствованные приборы МРТ, методы получения изображений и анализа изображений для картирования связей в человеческом мозге с пространственным разрешением, значительно лучшим, чем было доступно ранее; Используя эти методы, консорциум WU-Minn-Oxford собрал большое количество данных МРТ и поведенческих данных 1200 здоровых взрослых — пар близнецов и их братьев и сестер из 300 семей — с помощью специального прибора МРТ мощностью 3 Тесла. Кроме того, он просканировал 184 объекта из этого пула при силе тока 7 Тесла и с более высоким пространственным разрешением. Данные анализируются, чтобы показать анатомические и функциональные связи между частями мозга каждого человека, и будут связаны с данными поведенческих тестов. Сравнение коннектомов и генетических данных генетически идентичных близнецов с разнояйцевыми близнецами позволит выявить относительный вклад генов и окружающей среды в формирование схем мозга и точно определить соответствующие генетические вариации . Карты также прольют свет на то, как организованы мозговые сети.
Используя комбинацию неинвазивных технологий визуализации , включая фМРТ в состоянии покоя и функциональную МРТ на основе задач , МЭГ и ЭЭГ , а также диффузионную МРТ , WU-Minn будет картировать коннектомы в макромасштабе — картировать крупные системы мозга , которые можно разделены на анатомически и функционально отдельные области, а не картографируют отдельные нейроны .
В этом проекте внесли свой вклад десятки исследователей и исследователей из девяти учреждений. Научно-исследовательские институты включают: Вашингтонский университет в Сент-Луисе, Центр магнитно-резонансных исследований при Университете Миннесоты , Оксфордский университет , Университет Сент-Луиса , Университет Индианы , Университет Д'Аннунцио Кьети-Пескара , Институт Эрнста Струнгмана , Уорикский университет , Передовые технологии МРТ и Калифорнийский университет в Беркли . [6]
Данные, полученные в результате этого исследования, публикуются на нейроинформатической платформе с открытым исходным кодом. [7] [8]
Консорциум MGH/Harvard-UCLA сосредоточится на оптимизации технологии МРТ для визуализации структурных связей мозга с помощью диффузной МРТ с целью повышения пространственного разрешения , качества и скорости. Диффузионная МРТ, используемая в обоих проектах, картирует фиброзные связи мозга на больших расстояниях, отслеживая движение воды. Модели диффузии воды в разных типах клеток позволяют обнаруживать разные типы тканей. Используя этот метод визуализации, длинные отростки нейронов, называемые белым веществом , можно увидеть с резким рельефом. [9] [10]
Новый сканер, построенный в Центре MGH Martinos для этого проекта, «в 4–8 раз мощнее традиционных систем, позволяя получать изображения нейроанатомии человека с большей чувствительностью, чем это было возможно ранее». [3] Сканер имеет максимальную силу градиента 300 мТ/м и скорость нарастания 200 Т /м/с, при этом значения b проверены до 20 000 с/мм^2. Для сравнения, стандартная градиентная катушка составляет 45 мТл/м. [11] [12] [13]
Чтобы лучше понять взаимосвязь между связями мозга и поведением, проект «Человеческий коннектом» будет использовать надежный и хорошо проверенный набор показателей, позволяющих оценить широкий спектр функций человека. Ядро его батареи составляют инструменты и методы, разработанные Набором инструментов NIH для оценки неврологических и поведенческих функций. [14]
Проект Human Connectome превратился в большую группу исследовательских групп. Эти команды используют стиль сканирования мозга, разработанный Проектом. [15] Исследования обычно включают в себя использование больших групп участников, сканирование различных углов мозга участников и тщательное документирование расположения структур в мозгу каждого участника. [16] Исследования, связанные с проектом «Человеческий коннектом», в настоящее время каталогизируются Координационным фондом коннектома. Исследования делятся на три категории: коннектомы здоровых взрослых, данные коннектома о продолжительности жизни и коннектомы, связанные с заболеваниями человека. В каждой из этих категорий есть исследовательские группы, работающие над конкретными вопросами.
[17] Исследование Human Connectome Project Young Adult предоставило научному сообществу данные о связях мозга 1100 здоровых молодых людей. [18] Ученые использовали данные исследования, чтобы поддержать теории о том, какие области мозга взаимодействуют друг с другом. [19] Например, одно исследование использовало данные проекта, чтобы показать, что миндалина , часть мозга, необходимая для обработки эмоций, связана с частями мозга, которые получают информацию от органов чувств и планируют движение. [20] Другое исследование показало, что у здоровых людей, которые имели высокую склонность к тревожному или депрессивному настроению, было меньше связей между миндалевидным телом и рядом областей мозга, связанных с вниманием.
В настоящее время существует четыре исследовательские группы, собирающие данные о связях в мозгу не только молодых людей, но и других групп населения. Цель этих групп — определить обычные связи мозга в младенчестве, детстве, подростковом возрасте и старении. Ученые будут использовать данные этих исследовательских групп так же, как они использовали данные исследования Human Connectome Project для молодых взрослых. [21]
Четырнадцать исследовательских групп изучают, как связи в мозге изменяются в ходе определенного заболевания. Четыре группы сосредоточены на болезни Альцгеймера или деменции . Болезнь Альцгеймера и деменция — это заболевания, которые начинаются с возрастом. Потеря памяти и когнитивные нарушения отмечают прогрессирование этих заболеваний. Хотя ученые считают болезнь Альцгеймера заболеванием, имеющим конкретную причину, на самом деле деменция описывает симптомы, которые можно объяснить рядом причин. Две другие исследовательские группы изучают, как заболевания, нарушающие зрение, меняют связи в мозгу. Еще четыре исследовательские группы сосредоточены на тревожных расстройствах и большом депрессивном расстройстве — психологических расстройствах, которые приводят к ненормальной эмоциональной регуляции. Еще две исследовательские группы сосредоточены на последствиях психоза — симптома некоторых психологических расстройств, при которых человек воспринимает реальность иначе, чем другие. Одна из команд исследует эпилепсию — заболевание, характеризующееся судорогами. Наконец, одна исследовательская группа документирует мозговые связи у амишей , религиозной и этнической группы, которая имеет высокий уровень некоторых психологических расстройств . [22]
Хотя были выдвинуты теории о том, как изменяются связи мозга при исследуемых заболеваниях, многие из этих теорий были подтверждены данными, полученными у здоровых людей. [20] Например, анализ мозга здоровых людей подтвердил теорию о том, что у людей с тревожными расстройствами и депрессией меньше связей между их эмоциональными центрами и областями, которые управляют вниманием. Собирая данные конкретно от людей с этими заболеваниями, исследователи надеются получить более четкое представление о том, как связи в мозгу у этих людей меняются с течением времени.
Официально проект еще не объявлен завершенным.
HCP wiki - Wiki Human Connectome Project
ICA-FIX - Документация по алгоритму ICA-FIX, используемому для данных фМРТ в состоянии покоя [23] [24] [25]
Усовершенствованные сканеры для выявления сложных схем в высоком разрешении.
Сканирование выявило удивительно простую структуру трехмерной сетки — исследование, финансируемое Национальным институтом здравоохранения (NIH)
Организованы ли нейроны как дороги?