Τι είναι το connectome; Οι νέοι χάρτες του εγκεφάλου

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένα από τα πιο σύνθετα φυσικά συστήματα που είναι γνωστά. Αυτό δεν οφείλεται μόνο στη σχετικά πρόσφατη εποχή που η τεχνολογική εξέλιξη επέτρεψε τη δημιουργία κατάλληλων εργαλείων μέτρησης για να μελετήσει αυτό το σύνολο οργάνων, όχι το γεγονός ότι ο μέσος ανθρώπινος εγκέφαλος ενός ενήλικου ατόμου περιέχει περίπου 80.000.000 νευρώνες Το κλειδί είναι πώς συνδέονται αυτά τα νευρικά κύτταρα.

Όπως θα δούμε σε αυτό το άρθρο, η έννοια του connectome γεννιέται για να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε την εσωτερική λογική του κάτι τόσο περίπλοκο όσο ένας εγκέφαλος.

• Σχετικό άρθρο: "Μέρη του ανθρώπινου εγκεφάλου (και λειτουργίες)"

Τι είναι το connectome?

Όπως έχουμε δει, στον ανθρώπινο εγκέφαλο υπάρχει ένας συντριπτικός αριθμός νευρικών κυττάρων. Αλλά, επιπλέον, κάθε νευρώνας είναι σε θέση να συνδεθεί με εκατοντάδες, χιλιάδες άλλους νευρώνες. Αυτές οι συνδέσεις μπορούν να αλλάξουν και να αναπτυχθούν με το πέρασμα του χρόνου.

Μπορούμε να πούμε ότι εάν το νευρικό μας σύστημα λειτουργεί, είναι επειδή οι νευρώνες είναι σε θέση να στέλνουν εκατομμύρια νευρικών παλμών ο ένας στον άλλο μέσω αυτών των υποδοχών επαφής, που ονομάζονται συνάψεις. Κάθε νευρώνας, ατομικά, δεν είναι ικανός να εκτελεί οποιαδήποτε από τις λειτουργίες που μας επιτρέπουν να σκέφτομαι, να αισθανόμαστε ή ακόμα και να μένουμε ζωντανοί.

Ένα connectome, λοιπόν, είναι μια χαρτογράφηση των νευρικών συνδέσεων που υπάρχουν σε ένα νευρικό σύστημα ή σε μέρος ενός νευρικού συστήματος, συνήθως ένας εγκέφαλος. Τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί διάφορα έργα μέσω των οποίων προσπαθούμε να κατανοήσουμε τη λειτουργία διαφόρων τμημάτων του νευρικού συστήματος χάρη σε αυτές τις αναπαραστάσεις.

Δομικές συνδέσεις και λειτουργικές συνδέσεις

Κατά το σχεδιασμό των συνδέσμων, είναι δυνατόν να περιγραφούν τόσο οι δομικές συνδέσεις όσο και οι λειτουργικές συνδέσεις. Η πρώτη αποκάλυψη γενικά και μακροανατομικά μοτίβα συνδεσιμότητας, που κανονικά εκφράζονται σε δεσμίδες ομαδοποιημένων αξόνων που ξεκινούν από ένα τμήμα του νευρικού συστήματος σε άλλη περιοχή του νευρικού συστήματος. Η δεύτερη επίδειξη επικεντρώνεται σε λεπτομέρειες των μικρότερων διαστάσεων που σχετίζονται με την πιθανότητα μια ομάδα νευρωνικών συνδέσεων να στείλει ορισμένους νευρικούς παλμούς σε μια άλλη ομάδα, μια σύνδεση που γίνεται συνήθως με πιο απρόβλεπτο και διακοπτόμενο τρόπο..

Το έργο Human Connectome

Είναι συνηθισμένο να συγκρίνουμε την έννοια του connectome με εκείνη του γονιδιώματος, η οποία με τη σειρά του αναφέρεται σε πληροφορίες που περιέχονται σε άλλο τύπο βιολογικής δομής: DNA. Με τον ίδιο τρόπο που στον 20ο αιώνα η βιολογία και οι επιστημονικοί κλάδοι που σχετίζονταν με αυτό έβλεπαν μεγάλη ελπίδα στη δυνατότητα εξάπλωσης της εσωτερικής λογικής του ανθρώπινου γονιδιώματος τα τελευταία χρόνια τη νευροεπιστήμη και την ψυχολογία, καθώς και την επιστήμη των υπολογιστών, έχουν αρχίσει να εξετάζουν τη δυνατότητα κατανόησης του τυπικού συνδέσμου των μελών του είδους μας.

Γι 'αυτό και το 2009 γεννήθηκε το Human Connectome Project ή το Human Connectome Project, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από μέλη των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Η σχέση αυτής της πρωτοβουλίας με την υγεία είναι προφανής: είναι δυνατόν να χαρτογραφηθούν οι συνδέσεις ενός υγιούς ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά και του ένα που συνδέεται με κάποια ψυχική ασθένεια, για τον εντοπισμό έτσι σημαντικών διαφορών στον τρόπο με τον οποίο τα νευρικά κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους σε κάθε περίπτωση.

Είναι εύλογο να αναζητήσουμε τις αιτίες ορισμένων διαταραχών σε αυτό το μοτίβο συνδεσιμότητας, καθώς υπάρχει σήμερα μια σημαντική συναίνεση γύρω από την ιδέα ότι οι διανοητικές διαδικασίες είναι πιο πιθανό να έχουν προβλήματα λειτουργικότητας εάν οι ομάδες των νευρώνων που τους οδηγούν είναι πολύ απομακρυσμένες. Ναι, δεδομένου ότι η εργασία με αυτές τις αποστάσεις συνεπάγεται την ανάληψη υψηλότερου μεταβολικού κόστους. Εάν σε έναν εγκέφαλο η απόσταση μεταξύ ομάδων νευρώνων είναι ασυνήθιστα μεγάλη, θα μπορούσαν να εμφανιστούν αλλοιώσεις της αντίληψης ή της συμπεριφοράς. Σήμερα το πρόγραμμα Human Connectome βρίσκεται σε εξέλιξη.

Μια φωτογραφία του εγκεφάλου?

Όπως έχουμε δει, το connectome είναι ένα είδος εγκεφαλικού χάρτη, και η ύπαρξή του μπορεί διευκολύνει την κατανόηση της λειτουργίας του. Ωστόσο, από την ίδια της τη φύση, είναι ένα εργαλείο με περιορισμένη ισχύ.

Αυτό συμβαίνει επειδή το νευρικό σύστημα, ειδικά ο εγκέφαλος, είναι ένα διαρκώς μεταβαλλόμενο σύστημα. Αυτό είναι ένα φαινόμενο γνωστό ως νευρωνική πλαστικότητα, με το οποίο κάθε εμπειρία, ανεξάρτητα από τη σημασία του από ψυχολογικούς όρους, αναγκάζει τα πρότυπα σύνδεσης και δραστηριότητας των νευρώνων μας να αλλάξουν.

Έτσι, ένα connectome μπορεί να δώσει μια προσεγγιστική ιδέα της λειτουργίας ορισμένων λογικών συμπεριφοράς, των επιπτώσεων ορισμένων ψυχικών ασθενειών και εγκεφαλικών τραυματισμών και μπορεί ακόμη και να χρησιμεύσει στη δημιουργία συστημάτων μάθησης από νευρωνικό δίκτυο σε υπολογιστές. Στην πραγματικότητα, έχουν ήδη γίνει πολλά υποσχόμενα επιτεύγματα, όπως η επαναδημιουργία του συνδέσμου του εγκεφάλου ενός τύπου σκουληκιού, να δημιουργήσει μια προσομοίωση μαζί του και να τον κάνει να μάθει ορισμένες συμπεριφορές όπως ακριβώς ένα από αυτά τα ζώα θα έκαναν χωρίς προγραμματισμό ή μια γραμμή κώδικα.

Αλλά ένα connectome δεν μπορεί να χρησιμεύσει για να προβλέψει με ακρίβεια τη συμπεριφορά ενός οργανισμού με έναν εγκέφαλο όπως ο άνθρωπος ή έναν παρόμοιο περίπλοκο, καθώς αλλάζει διαρκώς. Εάν είμαστε σε θέση να φτάσουμε σε αυτό το επίπεδο γνώσης, φαίνεται ότι υπάρχουν ακόμη πολλά να περάσουν.