Konnektomik

Konnektomik, konektomların üretimi ve incelenmesidir: bir organizmanın sinir sistemi, tipik olarak beyni veya gözü içindeki kapsamlı bağlantı haritalarıdır. Bu yapılar son derece karmaşık olduğundan, bu alandaki yöntemler, bir sinir sistemindeki çok sayıda nöral bağlantı haritalarının hızını, verimliliğini ve çözünürlüğünü artırmak için nöral görüntüleme ve histolojik tekniklerin yüksek verimli bir uygulamasını kullanmaktadır. Böyle bir projenin ana odak noktası beyin olsa da, herhangi bir nöral bağlantı teorik olarak, örneğin nöromüsküler kavşaklar dahil olmak üzere, konektomilerle haritalandırılabilir. Bu çalışma bazen eski adı olan hodoloji adıyla anılmaktadır.
Araçlar
Makro ölçekli düzeyde konnektomik araştırması için kullanılan ana araçlardan biri difüzyon MRG'dir. Mikro ölçekli düzeyde konnektomik araştırması için ana araç, kimyasal beyin koruma ve ardından sinir devrelerinin yeniden yapılandırılması için kullanılan 3B elektron mikroskobudur. Floresansı 3B elektron mikroskobu ile birleştiren bağıntılı mikroskopi, belirli nöron tiplerini otomatik olarak algılayabildiği ve floresan işaretleyiciler kullanarak bunların tamamını izleyebildiği için daha yorumlanabilir veriler sağlamaktadır.
İlk mikro bağlantılardan birini tam çözünürlükte görmek için, Bock ve diğerlerinin 12 TB veri seti de dahil olmak üzere çeşitli bağlantı veri setlerini barındıran Open Connectome Projesini ziyaret edebilirsiniz(2011).
Model sistemleri
İnsan beyninin yanı sıra, fare, meyve sineği, iplik kurdu C. elegans ve peçeli baykuş, konnektomik araştırmalar için kullanılan model sistemlerden bazılarıdır.
Uygulamalar
Hastalıklı konektom ve sağlıklı konektomları karşılaştırarak, nöropatik ağrı gibi belirli psikopatolojiler ve onlar için potansiyel tedaviler hakkında fikir edinmeliyiz. Genel olarak, sinirbilim alanı standardizasyon ve ham verilerden yararlanacaktır. Örneğin, tüm beyin dinamiğinin hesaplamalı modellerini bilgilendirmek için bağlantı haritaları kullanılabilir. Mevcut sinir ağları çoğunlukla bağlantı modellerinin olasılıksal temsillerine dayanmaktadır. Travmatik beyin hasarı vakalarında, sinir ağlarına verilen hasarın boyutunu belgelemek için bağlantı diyagramları (konektomiğin dairesel diyagramları) kullanılmıştır.
İnsan bağlacı bir grafik olarak görülebilir ve çizge teorisinin zengin araçları, tanımları ve algoritmaları bu grafiklere uygulanabilir. Sağlıklı kadın ve erkeklerin bağlantılarını (veya beyin grafiklerini) karşılaştıran Szalkai ve arkadaşları, birkaç derin grafik-teorik parametrede, kadınların yapısal bağlantılarının erkeklerinkinden önemli ölçüde daha iyi bağlantılı olduğunu göstermiştir. Örneğin, kadınların bağlaçları erkeklerinkinden daha fazla kenara, daha yüksek minimum iki bölme genişliğine, daha büyük eigengap'e, daha büyük minimum tepe örtüsüne sahiptir. Minimum çift bölme genişliği (veya başka bir deyişle minimum dengeli kesim), bilgisayar çok aşamalı ara bağlantı ağlarının kalitesinin iyi bilinen bir ölçüsüdür. Ağ iletişimindeki olası darboğazları açıklamaktadır: Bu değer ne kadar yüksekse, ağ o kadar iyidir. Daha büyük eigengap, dişi konektomun erkeklerin konektomundan daha iyi genişletici grafik olduğunu göstermektedir. Daha iyi genişleme özelliği, daha yüksek minimum iki bölme genişliği ve daha büyük minimum köşe örtüsü, kadın beyin grafiği durumunda ağ bağlantısında derin avantajlar göstermektedir.
Bu grafiğin popülasyonları arasındaki farkın yerel ölçümleri de tanıtılmıştır (örneğin, vaka ile kontrol gruplarını karşılaştırmak için). Bunlar, bu gruplar arasında farklı istatistiksel olarak anlamlı bağlantılar bulmak amacıyla düzeltilmiş bir t-testi veya bir seyreklik modeli kullanılarak bulunabilmektedir.
İnsan konektomları, gösterildiği gibi kümülatif dağılım fonksiyonu ile ölçülebilen bireysel bir değişkenliğe sahiptir. Farklı serebral alanlarda insan konektomlarının bireysel değişkenliğini analiz ederek, ön ve limbik lobların daha muhafazakar olduğu ve temporal ve oksipital loblardaki kenarların daha çeşitli olduğu bulundu. Parasantral lobülde ve fusiform girusta hibrit konservatif/çeşitli dağılım tespit edildi. Daha küçük kortikal alanlar da değerlendirildi: Precentral girusların daha konservatif olduğu ve postcentral ve superior temporal girusların çok çeşitli olduğu bulundu.
Genomik ile karşılaştırma
İnsan genom projesi başlangıçta yukarıdaki eleştirilerin birçoğuyla karşı karşıya kaldı ancak yine de planlanandan önce tamamlandı ve genetikte birçok ilerlemeye yol açtı. Bazıları, genomik ve konektomi arasında analojiler yapılabileceğini ve bu nedenle, konektomideki beklentiler konusunda en azından biraz daha iyimser olmamız gerektiğini savundu. Diğerleri, iç görüleri nerede arayacağımız konusunda yeterli bilgiye sahip olmadığımızı veya gerçekçi bir zaman çerçevesinde tamamlanamayacağını savunarak mikro ölçekli bir bağlantıya yönelik girişimleri eleştirdi.
Eyewire oyunu
Eyewire, Princeton Üniversitesi'nden Amerikalı bilim adamı Sebastian Seung tarafından geliştirilen çevrimiçi bir oyundur. Beynin bağlaçlarının haritasını çıkarmaya yardımcı olmak için sosyal hesaplamayı kullanır. 100'den fazla ülkeden 130.000'den fazla oyuncuyu kendine çekmiştir.