Conectómica es la producción y el estudio de conectomas : mapas completos de conexiones dentro de un organismo s' del sistema nervioso , por lo general su cerebro o los ojos . Debido a que estas estructuras son extremadamente complejas, los métodos dentro de este campo utilizan una aplicación de alto rendimiento de técnicas histológicas y de imágenes neuronales para aumentar la velocidad, la eficiencia y la resolución de los mapas de la multitud de conexiones neuronales en un sistema nervioso . Si bien el enfoque principal de un proyecto de este tipo es el cerebro, cualquier conexión neuronal podría teóricamente ser mapeada por la conectómica, incluyendo, por ejemplo,uniones neuromusculares . [1] Este estudio a veces se denomina por su nombre anterior de hodología .
Herramientas
Una de las principales herramientas utilizadas para la investigación de la conectómica a nivel macroescala es la resonancia magnética por difusión . [2] La principal herramienta para la investigación de la conectómica a nivel de microescala es la preservación química del cerebro seguida de microscopía electrónica 3D , [3] que se utiliza para la reconstrucción del circuito neural . La microscopía correlativa , que combina la fluorescencia con la microscopía electrónica 3D, da como resultado datos más interpretables, ya que es capaz de detectar automáticamente tipos específicos de neuronas y puede rastrearlos en su totalidad utilizando marcadores fluorescentes. [4]
Para ver uno de los primeros microconectomas en resolución completa, visite Open Connectome Project , que alberga varios conjuntos de datos de conectomas, incluido el conjunto de datos de 12 TB de Bock et al. (2011).
Sistemas modelo
Aparte del cerebro humano , algunos de los sistemas modelo utilizados para la investigación de la conectómica son el ratón , [5] la mosca de la fruta , [6] [7] el nematodo C. elegans , [8] [9] y la lechuza común . [10]
Aplicaciones
Al comparar el conectoma enfermo y los conectomas sanos, deberíamos obtener información sobre ciertas psicopatologías, como el dolor neuropático , y las posibles terapias para ellas. Generalmente, el campo de la neurociencia se beneficiaría de la estandarización y los datos brutos. Por ejemplo, los mapas de conectoma se pueden utilizar para informar modelos computacionales de la dinámica de todo el cerebro. [11] Las redes neuronales actuales se basan principalmente en representaciones probabilísticas de patrones de conectividad. [12] Los conectogramas (diagramas circulares de conectómica) se han utilizado en casos de lesiones cerebrales traumáticas para documentar la extensión del daño a las redes neuronales. [13] [14]
El conectoma humano puede verse como un gráfico , y las ricas herramientas, definiciones y algoritmos de la teoría de gráficos se pueden aplicar a estos gráficos. Comparando los conectomas (o braingraphs) de mujeres y hombres sanos, Szalkai et al. [15] [16] han demostrado que en varios parámetros teóricos de gráficos profundos, el conectoma estructural de las mujeres está significativamente mejor conectado que el de los hombres. Por ejemplo, el conectoma de las mujeres tiene más aristas, un ancho mínimo de bipartición más alto , un espacio propio más grande , una mayor cobertura mínima de vértices que la de los hombres. El ancho mínimo de bipartición (o, en otras palabras, el corte equilibrado mínimo ) es una medida bien conocida de la calidad de las redes de interconexión de computadoras de varias etapas , describe los posibles cuellos de botella en la comunicación de red: cuanto mayor es este valor, mejor es la red . El eigengap más grande muestra que el conectoma femenino es un mejor gráfico expansor que el conectoma de los hombres. La mejor propiedad de expansión, el ancho mínimo de bipartición más alto y la mayor cobertura mínima de vértices muestran ventajas profundas en la conectividad de red en el caso de braingraph femenino.
También se han introducido medidas locales de diferencia entre poblaciones de esos gráficos (por ejemplo, para comparar grupos de casos versus grupos de control). [17] Aquellos se pueden encontrar utilizando una prueba t ajustada , [18] o un modelo de escasez, [17] con el objetivo de encontrar conexiones estadísticamente significativas que sean diferentes entre esos grupos.
Los conectomas humanos tienen una variabilidad individual, que se puede medir con la función de distribución acumulativa , como se muestra en. [19] Al analizar la variabilidad individual de los conectomas humanos en distintas áreas cerebrales, se encontró que los lóbulos frontal y límbico son más conservadores y los bordes de los lóbulos temporal y occipital son más diversos. Se detectó una distribución conservadora / diversa “híbrida” en el lóbulo paracentral y la circunvolución fusiforme. También se evaluaron áreas corticales más pequeñas: se encontró que las circunvoluciones precentrales eran más conservadoras y las circunvoluciones poscentrales y temporales superiores eran muy diversas.
Comparación con la genómica
El proyecto del genoma humano inicialmente enfrentó muchas de las críticas anteriores, pero sin embargo se completó antes de lo programado y ha dado lugar a muchos avances en genética. Algunos han argumentado que se pueden hacer analogías entre la genómica y la conectómica y, por lo tanto, deberíamos ser al menos un poco más optimistas sobre las perspectivas de la conectómica. [20] Otros han criticado los intentos hacia un conectoma a microescala, argumentando que no tenemos suficiente conocimiento sobre dónde buscar información, o que no se puede completar dentro de un marco de tiempo realista. [21]
Juego Eyewire
Eyewire es un juego en línea desarrollado por el científico estadounidense Sebastian Seung de la Universidad de Princeton . Utiliza la informática social para ayudar a mapear el conectoma del cerebro. Ha atraído a más de 130.000 jugadores de más de 100 países.
Ver también
- Proyecto Human Connectome
- Connectome de referencia de Budapest
- https://eyewire.org/explore
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- El plan de los NIH para la investigación en neurociencias
- Charla TED de Sebastian Seung : "Soy mi conectoma" .
- braingraph.org: una base de datos de cientos de braingraphs, calculada a partir de los datos del Human Connectome Project