کانکتومیکس

کانکتومیس، دانش تولید کانکتوم و تحقیق پیرامون آن است. کانکتوم به نقشه های جامع اتصالات در سیستم عصبی یک موجود زنده، معمولاً در داخل مغز یا چشم گفته میشود. به علت اینکه این ساختارها به شدت پیچیده هستند، روش هایی که در این زمینه به کار میروند از تصویر برداری عصبی با توان پردازشی بالا و تکنیک های بافت شناسی برای افزایش سرعت، کارایی، و دقت نقشه های مربوط به تعداد زیادی از اتصالات عصبی در یک سیستم عصبی استفاده میکنند. در حالی تمرکز اصلی این نوع پروژه ها روی مغز است، هر اتصال عصبی مانند تماس عصبی ماهیچه ای میتواند به صورت تئوری به وسیله ی کانکتومیس نگاشت شود.

ابزارها

یکی از مهم ترین ابزار هایی که برای تحقیقات کانکتومیکس استفاده میشود، تصویربرداری پخش وزنی در ابعاد میکرو است. اصلی ترین ابزار برای تحقیقات کانکتومیکس در ابعاد میکرو حفظ ساختار شیمیایی مغز و به دنبال آن میکروسکوپ الکترونی سه بعدی است، که در بازسازی مدارهای عصبی به کار میرود. برای دیدن یکی از اولین میکرو کانکتوم ها با دقت بالا، پروژه ی ازاد کانکتوم را ببینید که شامل تعداد زیادی پایگاه داده ی کانکتوم از جمله پایگاه داده با حجم 12ترابایت از Bock است.

سیستم های مدل

به غیر از مغز انسان، بعضی از سیستم های مدلی که برای تحقیقات کانکتومیکس استفاده شده است موش، مگس سرکه،nematod C.elegans و جغد انبار هستند. 

کاربردها

با مقایسه ی کانکتوم های افراد بیمار و سالم، میتوانیم راجع به برخی آسیب شناسی های روانی، مانند درد نوروپاتی، و درمان های احتمالی آن ها دید به دست آوریم. به طور کلی، زمینه ی علوم اعصاب از استاندارد سازی و داده های خام استفاده میکند. به عنوان مثال، نقشه های کانکتوم میتوانند داده های لازم را برای مدل های کامپیوتری در رابطه با پویایی مغز فراهم کنند. شبکه های عصبی فعلی غالباً وابسته به نمایش احتمالاتی الگو های اتصالات هستند. کانکتوگرام ها (نمودار های دایره ای کانکتومیکس) در مورد ضربه های مغزی برای ضبط وسعت ضربه به شبکه های عصبی به کار رفته اند.

کانکتوم انسان میتواند به وسیله ی یک گراف (گراف (ریاضیات گسسته) را ببینید) نمایش داده شود و ابزار های قوی، تعاریف و الگوریتم های نظریه گراف میتوانند به این گراف ها اعمال شوند. با مقایسه ی کانکتوم ها(یا گراف های مغزی) متعلق به زنان و مردان سالم، Szalkail نشان داده است که در تعداد زیادی از پارامتر های تئوری گراف، کانکتوم ساختاری زنان نسبت به کانکتوم مردان به وضوح اتصالات بهتری دارد. به عنوان مثال، کانکتوم دارای یال های بیشتر، کمینه عرض دوبخشی بیشتر، eigengap بیشتر، و کمینه پوشش راسی بیشتر نسبت به مردان است. کمینه عرض دوبخشی یک معیار معمول برای سنجش کیفیت شبکه های میان ارتباطی چند سطحی کامپیوتری است که گلوگاه های احتمالی در ارتباطات شبکه ای را توصیف میکند. هر چه این مقدار بیشتر باشد شبکه بهتر خواهد بود. مقدار eigengap بیشتر تشان میدهد که کانکتوم زنان گراف گسترش بهتری نسبت به کانکتوم مردان است. خاصیت گسترش بهتر، کمینه عرض bipartition و مقدار بیشتر کمینه پوشش راسی نشان دهنده ی مزیت بیشتر در اتصالات شبکه در مورد گراف مغزی زنان است.

نقد و بررسی

استفاده از پسوند omics- برای توصیف این سیستم مورد انتقاد قرار گرفته است. ابداع این واژه در دو منبع دیده شده است، در مقاله ای از Olaf Sporns و تز دکتری توسط Patric Hagmann.

انتقاد دیگر به کانکتوم در ابعاد میکرو شده است، به این دلیل که دانش کافی در مورد محل یافتن اطلاعات وجود ندارد،به علاوه اینکه نمیتوان در یک زمان واقع بینانه آن را تکمیل کرد.

مقایسه با علم ژنوم

پروژه ژنوم انسان در ابتدا با بیشتر انتقادات گفته شده در بالا مواجه شد ولی با این حال زودتر از موعد تکمیل شد و به پیشرفت های بسیاری در علم ژنتیک منجر شد. برخی معتقدند که میتوان بین علم ژنتیک و کانکتومیکس مقایسه انجام داد و بنابراین باید اندکی بیشتر به دورنمای کانکتومیکس خوشبین باشیم.

مطالعه ی بیشتر

• Hagmann, Patric; Cammoun, Leila; Gigandet, Xavier; Meuli, Reto; Honey, Christopher J.; Wedeen, Van J.; Sporns, Olaf (2008). "Mapping the Structural Core of Human Cerebral Cortex". PLoS Biology. 6 (7): e159. doi:10.1371/journal.pbio.0060159. PMC 2443193. PMID 18597554.

پیوند به بیرون

• Open Connectome Project
• The Connectome Project at Harvard
• Connectome Research by EPFL/CHUV, Lausanne, Switzerland
• The NIH Blueprint for Neuroscience Research
• TED talk by Sebastian Seung: "I am my connectome".
• The Budapest Reference Connectome Server
• braingraph.org: a database of hundreds of braingraphs, computed from the data of the Human Connectome Project