Konektaro

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Saltu al: navigado, serĉo

Konektaro estas ampleksa mapo de neŭraj ligoj en la cerbo. Tia mapo povas esti detala mapo de la plena aro de neŭronoj kaj sinapsoj en parto aŭ tuta nerva sistemo de organismo ĝis makroskala priskribo de la funkcioj kaj strukturaj konektaĵoj inter ĉiuj korteksaj zonoj kaj subkorteksaj strukturoj. La esprimon konektaro (angle: connectome) oni uzas ĉefe en scienca laborado por kapti, mapi, kaj kompreni la organizadon de neŭraj interagoj de la cerbo. Unu ekzemplo estas la Homa Konektara Projekto kiu celas retomapon de la homa cerbo en sanaj, vivantaj plenkreskuloj. Alia estas la sukcesa rekonstruo de ĉiuj neŭraj kaj sinapsaj ligoj en C. elegans[1][2] Konektaro de parto de musa retino[3] kaj musa primara vidkortekso ankaŭ estis sukcese konstruitaj. La kompleta 12TB datumserio de Bock k.a. estas publike disponebla.[4]

Origino de la esprimo "konektaro"[redakti | redakti fonton]

En 2005, Olaf Sporns en Indiana-Universitato kaj Patric Hagmann en Lausanne- Universitata Hospitalo sendepende kaj samtempe rekomendis la anglan esprimon connectome por signifi mapon de la neŭraj ligoj en la cerbo. Tiu esprimo estis rekte inspirita de la daŭranta laborado por sekvenci la homan genetikan kodon - por konstrui genaron.

Padoj tra cerba blanka substanco estas mapeblaj per histologia sekcio kaj tinkturado, per degeneraj metodoj, kaj per aksona spurado. Aksonspuraj metodoj formas la primaran bazon por la sistema mapado de longdistancaj padoj en ampleksaj, speciospecifaj anatomiaj ligomatricoj inter zonoj de griza substanco. Elstaraj studoj inkludas la zonojn kaj ligojn de la vidkortekso de la makako[5] kaj la talam-korteksa sistemo en la cerbo de kato (Scannell et al., 1999)[6].

La evoluigo de neŭroinformadikaj datumbazoj por anatomia konektaro enkalkulas kontinuan ĝisdatigon kaj rafinadon de tiaj anatomiaj ligomapoj. La reta makakokorteksa konekteblecilo CoCoMac (Kötter, 2004)[7] estas elstara ekzemplo de tia datumbazo.


Mapi la konektaron je la makroskalo[redakti | redakti fonton]

Establitaj metodoj de cerba esplorado, ekzemple aksonspurado, donis fruajn vojojn konstrui konektarojn. Tamen, pli freŝaj progresoj en vivantaj homoj utiligis neinvadajn bildigajn teknologiojn, ekzemple difuza MRB kaj funkcia MRB (fMRB). La unua, kombinita kun traktografio, ebligas bildigi la ĉefajn fibrajn faskojn en la cerbo. La dua ebligas kapti la retan agadon de la cerbo (aŭ dum ripozo aŭ dum direktitaj taskoj), ebligante identigi strukture kaj anatomie apartajn zonojn de la cerbo kiuj estas funkcie ligitaj.

Grave, la celo de la Homa Konektara Projekto, estrata de la WU-Minn-konsorcio, estas konstrui strukturan kaj funkcian mapon de la sana homa cerbo je la makroskalo, per kombino de pluraj bildigaj teknologioj kaj distingivoj.

Lastaj sukcesoj en mapado de konektaroj[redakti | redakti fonton]

Traktografa rekonstruaĵo de neŭraj konektaroj per DTB

Dum la lastaj kelkaj jaroj, pluraj esploristoj provis mapi la grandskalan arkitekturon de la homa kortekso. Unu provo ekspluatis trans-korelativecojn en kortika dikeco aŭ volumeno trans individuoj (He et al., 2007).[8] Tiaj grizmateriaj dikecaj korelativecoj estas postulatitaj kiel indikiloj por la ĉeesto de strukturaj konektoj. Malavantaĝo de tia aliro estas ke ĝi donas tre nerektan informon pri kortikaj konektaj ŝablonoj kaj bezonas datumojn el granda nombro da unuopuloj por ricevi unu solan konektan datumaron trans la objekta grupo.

Aliaj esploristoj provis konstrui tutcerbajn konektajn matricojn el difuzaj bildigaj datumoj. Unu grupo de esploristoj (Iturria-Medina et al., 2008)[9] konstruis konektajn datumarojn per difuza tensora bildigo (DTB) sekvata de la derivado de mezaj konektaj probablecoj inter 70-90 kortikaj kaj bazaj grizmateriaj zonoj. Ili trovis ke ĉiuj retoj havas et-mondajn atributojn kaj "larĝskalajn" gradajn distribuaĵojn. Analizo de intereca centreco en tiuj retoj montris altan centrecon por la "precunius" , la insula kortekso, la supra parieta kaj la supra fronta kortekso. Alia grupo (Gong et al. 2008)[10] aplikis je DTB por mapi reton de anatomiaj konektoj inter 78 korteksaj zonoj. Tiu studo ankaŭ identigis kelkajn nabajn regionojn en la homa cerbo, inkluzive de la "precuneus" kaj la supra fronta giro.

Hagmann k.a. (2007)[11] konstruis konektan matricon el fibraj densecoj mezuritaj inter homogene distribuitaj kaj egale grandaj zonoj interesaj nombritaj inter 500 kaj 4000. Kvanta analizo de konektaj matricoj akiritaj por proksimume 1000 interesaj zonoj kaj 50000 fibraj vojoj en du homoj, montris eksponentan (unu-skalan) gradan distribuĵon kaj fortikajn mondetajn atributojn por la reto. La datumaroj estas derivitaj de difuzspektra bildigo, (Wedeen, 2005),[12] variaĵo de difuzpezita bildigo kiu estas sentema al intravokselaj heterogenecoj en difuzaj direktoj kaŭzitaj de krucitaj fibraj duktoj, kaj tiel ebligas pli ekzaktan mapadon de aksonaj trajektorioj ol aliaj difuzobildigaj metodoj (Wedeen, 2008).[13]

La kombinaĵo de tutkapaj DSI datumaroj mezuritaj kaj procesitaj laŭ la metodo evoluigita de Hagmann k.a. (2007)[11] per la grafikiloj evoluigitaj unue por bestospuraj studoj (Sporns, 2006; Sporns, 2007)[14][15] ebligas detalan studon de la reta strukturo de homa kortika konektaro (Hagmann et al., 2008).[16] La homa cerboreto estas karakterizita per granda aro de retanalizaj metodoj, inkluzive de kerna malkomponigo, moduleca analizo, naba klasifikado kaj centreco. Hagmann k.a. prezentis pruvon por la ekzisto de struktura kerno de alte kaj reciproke interkonektitaj cerbozonoj, situantaj ĉefe en postaĵa meza kaj parieta kortekso.

Mapi funkcian konektaron por komplementi anatomian konektaron[redakti | redakti fonton]

Per funkcia Magneta resonanca bildigo (fMRB) en ripoza stato kaj dum tasko, oni studas funkciojn de la konektaraj cirkvitoj.[17] Same kiel detalaj mapoj de ŝosejoj sur la surfaco de la Tero ne multe informas onin pri la speco de veturiloj kiuj vojaĝas per ŝoseoj aŭ pri tiaj varoj, kiujn ili portas, por kompreni kiel neŭraj strukturoj rezultigas specifan funkcian konduton, ekzemple konscio, necesas konstrui teoriojn kiuj rilatas funkcioj al anatomiaj konektaroj.[18]

Vidu ankaŭ[redakti | redakti fonton]

Referencoj[redakti | redakti fonton]

  1. (1986) "The Structure of the Nervous System of the Nematode Caenorhabditis elegans", gazeto : Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, volumo : 314, numero : 1165, paĝoj : 1–340. COI:10.1098/rstb.1986.0056
  2. (2011) "Structural Properties of the Caenorhabditis elegans Neuronal Network", gazeto : PLoS Computational Biology, volumo : 7, numero : 2, paĝoj : e1001066. COI:10.1371/journal.pcbi.1001066
  3. (2011 Mar 10) "Wiring specificity in the direction-selectivity circuit of the retina.", gazeto : Nature, volumo : 471, numero : 7337, paĝoj : 183–8. COI:10.1038/nature09818
  4. http://openconnectomeproject.org Open Connectome Project
  5. (1991) "Distributed Hierarchical Processing in the Primate Cerebral Cortex", gazeto : Cerebral Cortex, volumo : 1, numero : 1, paĝoj : 1–47. COI:10.1093/cercor/1.1.1-a
  6. (1999) "The Connectional Organization of the Cortico-thalamic System of the Cat", gazeto : Cerebral Cortex, volumo : 9, numero : 3, paĝoj : 277–99. COI:10.1093/cercor/9.3.277
  7. (2004) "Online Retrieval, Processing, and Visualization of Primate Connectivity Data From the CoCoMac Database", gazeto : Neuroinformatics, volumo : 2, numero : 2, paĝoj : 127–44. COI:10.1385/NI:2:2:127
  8. (2006) "Small-World Anatomical Networks in the Human Brain Revealed by Cortical Thickness from MRI", gazeto : Cerebral Cortex, volumo : 17, numero : 10, paĝoj : 2407–19. COI:10.1093/cercor/bhl149
  9. (2008) "Studying the human brain anatomical network via diffusion-weighted MRI and Graph Theory", gazeto : NeuroImage, volumo : 40, numero : 3, paĝoj : 1064–76. COI:10.1016/j.neuroimage.2007.10.060
  10. (2008) "Mapping Anatomical Connectivity Patterns of Human Cerebral Cortex Using In Vivo Diffusion Tensor Imaging Tractography", gazeto : Cerebral Cortex, volumo : 19, numero : 3, paĝoj : 524–36. COI:10.1093/cercor/bhn102
  11. 11,0 11,1 (2007) "Mapping Human Whole-Brain Structural Networks with Diffusion MRI", gazeto : PLoS ONE, volumo : 2, numero : 7, paĝoj : e597. COI:10.1371/journal.pone.0000597
  12. (2005) "Mapping complex tissue architecture with diffusion spectrum magnetic resonance imaging", gazeto : Magnetic Resonance in Medicine, volumo : 54, numero : 6, paĝoj : 1377–86. COI:10.1002/mrm.20642
  13. (2008) "Diffusion spectrum magnetic resonance imaging (DSI) tractography of crossing fibers", gazeto : NeuroImage, volumo : 41, numero : 4, paĝoj : 1267–77. COI:10.1016/j.neuroimage.2008.03.036
  14. (2006) "Small-world connectivity, motif composition, and complexity of fractal neuronal connections", gazeto : Bio Systems, volumo : 85, numero : 1, paĝoj : 55–64. COI:10.1016/j.biosystems.2006.02.008
  15. (2007) "Identification and Classification of Hubs in Brain Networks", gazeto : PLoS ONE, volumo : 2, numero : 10, paĝoj : e1049. COI:10.1371/journal.pone.0001049
  16. (2008) "Mapping the Structural Core of Human Cerebral Cortex", gazeto : PLoS Biology, volumo : 6, numero : 7, paĝoj : e159. COI:10.1371/journal.pbio.0060159
  17. Functional Connectivity "Intrinsic Functional Connectivity As a Tool For Human Connectomics"
  18. Consciousness and Connectomics "Consciousness, Plasticity, and Connectomics: The Role of Intersubjectivity in Human Cognition", Micah Allen and Gary Williams Frontiers in Psychology, (February 28, 2011); vol 2: num 20, COI:10.3389/fpsyg.2011.00020

Eksteraj ligiloj[redakti | redakti fonton]