Konektom

Sebuah konektom () adalah peta lengkap dari hubungan saraf di otak, dan dapat dianggap sebagai "diagram pengkabelan". Secara lebih luas, konektom mencakup pemetaan semua koneksi saraf dalam sistem saraf organisme.

Produksi dan studi konektom, yang dikenal sebagai konektomika, dapat berkisar dalam skala mulai dari peta terperinci dari set lengkap neuron dan sinapsis dalam sebagian atau semua sistem saraf suatu organisme hingga deskripsi skala makro dari konektivitas fungsional dan struktural antara semua area kortikal dan struktur subkortikal. Istilah "konektom" digunakan terutama dalam upaya ilmiah untuk menangkap, memetakan, dan memahami organisasi interaksi saraf dalam otak.

Penelitian telah berhasil membangun konektom penuh satu hewan: cacing gelang Caenorhabditis elegans (White et al., 1986, Varshney et al., 2011, dan Cook et al., 2019 ). Konektivitas sebagian retina tikus  dan korteks visual primer tikus  juga telah berhasil dibangun. Rekonstruksi lainnya, seperti Bock et al. 2011 dengan dataset lengkap 12 terabyte, tersedia untuk umum melalui layanan seperti NeuroData.

Tujuan akhir konektomika adalah memetakan otak manusia. Upaya ini ditempuh oleh Human Connectome Project, disponsori oleh National Institutes of Health (NIH), yang fokusnya adalah membangun peta jaringan otak manusia pada orang dewasa yang sehat dan hidup.

Asal dan penggunaan istilah 
"Konektomika" (Hagmann, 2005) telah didefinisikan sebagai ilmu yang berkaitan dengan perakitan dan analisis set data konektom.

Dalam makalah tahun 2005 nya, The Human Connectome, a structural description of the human brain, Sporns et al. menulis:

Dalam tesis doktoralnya, From diffusion MRI to brain connectomics, Hagmann menulis:

Jalur melalui materi putih otak dapat dipetakan dengan pembedahan histologis dan pewarnaan, dengan metode degenerasi, dan dengan pelacakan aksonal . Metode penelusuran aksonal membentuk dasar utama untuk pembuatan bagan sistematis jalur jarak jauh ke dalam matriks koneksi anatomi spesifik spesies yang luas antara spesies materi abu-abu. Studi terkemuka telah memasukkan area dan koneksi korteks visual kera (Felleman dan Van Essen, 1991)  dan sistem thalamokortikal di otak kucing (Scannell et al., 1999). Pengembangan basis data neuroinformatika untuk konektivitas anatomi memungkinkan untuk memperbarui dan penyempurnaan terus menerus dari peta koneksi anatomi tersebut. Alat konektifitas korteks kera online CoCoMac (Kötter, 2004) dan penghubung lobus temporal dari tikus adalah contoh utama dari basis data semacam itu.

Pada berbagai skala 
Jaringan otak dapat didefinisikan pada tingkat skala yang berbeda, sesuai dengan tingkat resolusi spasial dalam pencitraan otak (Kötter, 2007, Sporns, 2010). Skala ini secara kasar dapat dikategorikan sebagai skala mikro, skala besar, dan skala makro. Pada akhirnya, dimungkinkan untuk bergabung dengan peta konektomik yang diperoleh pada skala yang berbeda menjadi satu peta hierarki tunggal dari organisasi saraf dari spesies tertentu yang berkisar dari neuron tunggal hingga populasi neuron dalam sistem yang lebih besar seperti area kortikal. Mengingat ketidakpastian metodologis yang terlibat dalam menyimpulkan konektivitas dari data eksperimental primer, dan mengingat bahwa ada kemungkinan akan ada perbedaan besar dalam konektom individu yang berbeda, setiap peta terpadu akan bergantung pada representasi probabilistik dari data konektivitas (Sporns et al., 2005).

Memetakan konektom pada "skala mikro" (resolusi mikrometer) berarti membangun peta lengkap sistem saraf, neuron demi neuron. Tantangan untuk melakukan ini menjadi jelas: jumlah neuron yang terdiri dari otak mencapai miliaran di organisme yang lebih kompleks. Korteks serebral manusia saja mengandung 1010 neuron yang dihubungkan oleh 1014 koneksi sinaptik. Sebagai perbandingan, jumlah pasangan basa dalam genom manusia adalah 3×109. Beberapa tantangan utama dalam membangun koneksi manusia pada skala mikro saat ini meliputi: pengumpulan data akan membutuhkan waktu bertahun-tahun mengingat teknologi saat ini, alat pengelihatan mesin untuk membuat catatan data masih dalam pengembangan dan tidak memadai, dan tidak ada teori atau algoritma yang tersedia untuk analisis grafik otak yang dihasilkan. Untuk mengatasi masalah pengumpulan data, beberapa kelompok sedang membangun mikroskop elektron serial dengan throughput tinggi (Kasthuri et al., 2009; Bock et al . 2011). Untuk mengatasi masalah penglihatan mesin dan pemrosesan gambar, Open Connectome Project  adalah alg-sourcing (outsourcing algoritma) dari rintangan ini. Akhirnya, teori grafik statistik adalah disiplin yang muncul yang mengembangkan alat pengenalan pola dan inferensi canggih untuk menguraikan grafik otak ini (Goldenberg et al., 2009).

Konektom dalam skala makro (resolusi milimeter) mencoba untuk menangkap sistem otak besar yang dapat dibagi menjadi modul yang berbeda secara anatomis (area, parsel atau nodus), masing-masing memiliki pola konektivitas yang berbeda. Database konektomik di skala menengah dan makro mungkin secara signifikan lebih ringkas daripada yang pada resolusi seluler, tetapi keduanya membutuhkan strategi yang efektif untuk pemisahan anatomis atau fungsional yang akurat dari volume saraf ke dalam nodus jaringan (untuk kerumitan lihat misalnya Wallace et al., 2004).

Referensi 

Neurosains kognitif
Neurosains komputasi
Neurosains