Еще раз про коннектом

[imbg]

 Видео из прошлого перепоста меня поразило невероятным масштабом замысла! Если вы связываете свое будущее с биологией - обязательно его посмотрите.



Исследование мозга человека с помощью МРТ. «Длинна всех связей нейронов в мозге человека более миллиона километров» (Себастьян Сеунг). Рисунок с сайта 1 Fact

Коннектом (от англ. connection - соединение) это проект, задача которого - описать структуру всех связей в нервной системе. На сегодня ученые смогли описать первый коннектом - червя C. elegans, у которого всего 302 нейрона. На это ушло около 15 лет.
Мозг человека имеет более чем 100 миллиардов нейронов. Многие из них имеют древовидную структуру (см.рисунок 1 нейрона ниже), и каждая "ветвь" может образовывать независимое соединение с другим нейронов.


Слайд презентации из лекции

Сейчас ученые поставили себе более скромную цель: описать соединения (connections) небольших участков человека, с целью постепенно наращивать объем данных. Задача грандиозна, и может занять очень много времени, возможно несколько поколений. Тем более, что одновременно будут анализироваться геном человека, его социальные, моторные, когнитивные, поведенческие навыки, и многое другое. На сегодня объект исследования - 1200 добровольцев, бюджет - 30 млн. долларов. Инициатор программы - National Institute of Health, USA.

В результате мы сможем связать строение мозга со способностями конкретного человека - и может быть наконец сможем сказать: мы - это не только наши гены, но и наш коннектом!

Лекция Себастьяна Сеунга , Сайт проекта от NIH

Comments

[nature_wonder.livejournal.com]

Прошу прощения, но "все соединения" никто не ставит задачей отследить. По причине ее невыполнимости (ни за 30 млн., ни за 30 млрд.). Определят только общий характер некоторых связей.

[imbg.livejournal.com]

Да, сейчас они хотят сравнить некоторые связи и сравнить их у человека и мыши. Но в общих описаниях проекта говориться об их конечной цели - весь мозг:

The NIH Human Connectome Project is an ambitious effort to map the neural pathways that underlie human brain function...
The sixteen institutes and centers of the NIH Blueprint for Neuroscience have funded two major grants that will take complementary approaches to deciphering the brain's amazingly complex wiring diagram. (с сайта проекта)

P.S. Я поправил это в тексте, чтоб не смущать читателей.

[nature_wonder.livejournal.com]

Спасибо, я прочитал описание проекта перед тем, как отправить комментарий. Сканироваться, безусловно, будет весь мозг, но это никоим образом не означает отслеживание всех нейронных связей. Это попросту невозможно.

[imbg.livejournal.com]

Жаль, очень хочелось получить в будущем подробную карту наподобие метаболических карт клетки.
Я абсолютно не знаю нейробиологии, но отчаянно сочувствую нейробиологам и радуюсь их успехам. Уж очень хочеться понять - как мы мыслим. :)

[nature_wonder.livejournal.com]

Дело не только в количестве этих соединений (а оно астрономически велико, каждый нейрон может связываться с десятками других нейронов). Но и в том, что никакие методы магнитного резонанса не дают такого разрешения. Вы смотрите не напрямую на нейроны, сигнал проходит через черепную коробку. Кроме всего прочего, в мозге помимо нейронов огромное число глиальных клеток (их больше, чем самих нейронов).

[imbg.livejournal.com]

А кроме того, число соединений самих нейронов постоянно меняются, поэтому даже для одного человека получить картинку можно только для определенного времени - дальше все может поменяться...

Скажите, если вы знаете - а "коннектом" червя, на которого ссылался автор доклада (он приводил рисунок) - в каком виде получен он? Разве у червей не меняется количество соединений при жизни?

[nature_wonder.livejournal.com]

У этого червя количество нервных клеток фиксировано, также как и их соединения. У него их порядка 300 штук всего, если не путаю, и репертуар поведения слишком бедный - нечему там меняться, по большому счету.

[imbg.livejournal.com]

Да, я смотрю как раз - http://www.youtube.com/watch?v=Ek49JSAiKjY&feature=player_embedded

[imbg.livejournal.com]

Значит ли статичность контактов у C. elegant, что червь в принципе не обучаем? На сколько очевидна связь между "плавающим" числом синапсов и обучением/мышлением?

[nature_wonder.livejournal.com]

Теоретически это не запрещает обучение, поскольку варьироваться может сила связей. Про червя не знаю, а у аплизии условный рефлекс создать можно.

[anton nikolaev (from livejournal.com)]

Я недавно говорил с коллегой, который работает с червями. У них практически нет долговременной пластичности, да она им и не нужна, в виду того, что они живут недолго.

[imbg.livejournal.com]

пластичность = обучение? (я не профи в нейробиологии)

[anton nikolaev (from livejournal.com)]

Я имел в виду long term potentiation and long term depression (я не уверен как они звучат по русски) процессы долговременного усиления или ослабления синаптической передачи, как следствие высокочастотной или низкочастотной, но длительной стимуляции нейронов.

http://en.wikipedia.org/wiki/Long-term_potentiation

[imbg.livejournal.com]

Для меня это полный "rocket science" . Но какой прок устанавливать структуру мозга мухи? Я имею ввиду перспективы - это что, поможет определить закономерности, общие для всех видов? Или это фундаментальная зоология?

[staerum.livejournal.com]

Люто, бешено реквестирую ссылку.
Системы управления динамическими системами в динамических средах на нейронных сетях это для меня смежная область. Очень интересно.

[staerum.livejournal.com]

Спасибо. Надо же, на хабре и пропустил.

[staerum.livejournal.com]

Хотя логично же.
Косвенное указание на то, что генетические-эволюционные алгоритмы поиска оптимальных стратегий могут нас приводить к интересным (неочевидным) решениям. А у природы было порядочно времени их отлаживать.

[anton nikolaev (from livejournal.com)]

Многие закономерности в организации нервной системы схожи у позвоночных и мух. Например, недавно в Nature была статья (последний автор Alex Borst), что как и в сетчатке позвоночных, сетчатка мух разделяет визуальный вход на ON и OFF сигналы. И позвоночные и беспозвоночные используют схожие стратегии максимизации передачи информаци в мозг (такие как predictive coding или redundancy reduction) и т.д. Кстати многие результаты о работе зрительной системы были получены на беспозвоночных, а потом подтверждены на позвоночных.

[imbg.livejournal.com]

спасибо.

[nature_wonder.livejournal.com]

В отличие от мух, в этом проекте мозги будут сканироваться в живом состоянии.

[imbg.livejournal.com]

Ну да, положить и заморозить 1400 добровольцев - сенат точно не одобрит.
Кстати, докладчик зачем-то упоминал во время презентации о замороженных людях* :) Правда потом вспомнил, что их мозг может не пригодиться (если заморозка нарушила связи)

*- имелся в виду проект криозаморозки неизлечимо больных, которые хотели воскреситься в будущем.

[staerum.livejournal.com]

Ну отдать-то свои мозги на исследование (после смерти, очевидно) желающие всегда найдутся. И проблем вроде с этим нет - мозг орган для пересадки пока не годный, так что после гибели носителя совершенно бесполезный.

[imbg.livejournal.com]

В виедо тот парень говорил, что заморозка может нарушить многие коннекты - т.е. наверняка все не так просто, как кажется мне, дилетанту.

[nature_wonder.livejournal.com]

Мда..

[staerum.livejournal.com]

Останется научиться моделировать его развитие-изменение от процесса работы. И интерфейсы ввода-вывода к органам чувств найти. Вот тогда будет "живой".
А пока просто схемка. Но тоже ведь огого как интересно.

[staerum.livejournal.com]

Не более живой, чем бот для прохождения теста Тьюринга. Снаружи при том неотличимый от "живого", как-то так.

Растяжимое, да. Но, насколько я привык думать, обычно жизнь определяется либо через саморепликацию либо через гомеостаз - т.е. обратную связь со средой и поддержание равновесия.

[misha-makferson.livejournal.com]

А такой вопрос, само количество и конфигурация связей стабильна во времени? А то может система динамическая и одни связи появляются, а другие исчезают.

[nature_wonder.livejournal.com]

Конечно, и появляются, и исчезают.

[misha-makferson.livejournal.com]

Тогда это отдельный секс. Сравнивать одинаковые участки с разных мозгов и выделять стабильные структуры.

[nature_wonder.livejournal.com]

Они будут сканировать мозг, а потом тестировать человека. Сопоставляя структуру его нейронных связей с особенностями психики и генома, они надеятся выделить некие зависимости. Счет испытуемых идет на тысячи, так что есть шанс что-то получше понять.

[staerum.livejournal.com]

> Прошу прощения, но "все соединения" никто не ставит задачей отследить.

Все так но в видео с TED говорится именно о такой сверхзадаче. Не в обозримое время и, очевидно, не на живом мозге. Но тем не менее.

Технологически же, если они смогли разобрать понейронно со всеми связями несколько микрометров мозга мышки (исключительно нарезая и распознавая образы, т.е. автоматически или полу-автоматически), то перейти к мозгу человека задача в основном количественная, а для количественных задач у нас есть экспонента развития IT. Не сегодня, так через десять лет, не на гигафлопсе, так на петафлопсе не на одних объемах данных, так на три порядка больших.

Что потом с этой схемой связей делать - другой вопрос. Тоже, однако, не изначально нерешаемый.

[nature_wonder.livejournal.com]

В видео можно говорить все, что угодно, и отчитываться за сказанное не придется. Пока же есть конкретный проект, на который выделены средства. Вся суть этого проекта требует, чтобы мозг был живым и функционирующим.
Могу сразу успокоить - и через 10 лет эта задача не станет решаемой.

[staerum.livejournal.com]

Однако вы согласны, что задача в такой постановке чисто количественная?

[nature_wonder.livejournal.com]

Если мозг живой, то нет. Она технически невозможна.
Замороженный мозг можно исследовать, но и в этом случае о всех связях речи не идет. Можно будет проследить только некоторые.

[staerum.livejournal.com]

На замороженном. Некоторые, не утерянные при заморозке. Да.
Спасибо за ответ. :)

[imbg.livejournal.com]

Да, внимательно сравнив видео и публикации, я тоже понял, что там они говорят больше не о своих проектах, а о будущем вообще! Но все равно он отличный оратор - энергия и вера в нужность этого проекта так и прет. Хорошая популяризация своей области, хотя конечно он давал больше мечты, чем факты.
Все равно, сама идея накапливать в таком формате данные мне очень нравится.

[anton nikolaev (from livejournal.com)]

Далеко не факт, что контакиы между нейронами в мозге специфичны :) Вроде как стали появляться данные что некоторые из них образуются случайным образом.

[imbg.livejournal.com]

Наверняка. Но все таки скриннинг поможет найти основные! Для меня это как и маппирование фосфо-сайтах в метаболонах - не всякая фосфорилирование важно, но часть из них критична во всх организмах

Коннектом мухи

[rus-spec.livejournal.com]

http://www.nytimes.com/2010/12/14/science/14neuron.html?_r=1&ref=science

Тут сегорня в NYTimes статья, может будет интересно.

Re: Коннектом мухи

[imbg.livejournal.com]

 Иллюстрация шикарная - нервы в масштабы головы мухи:

[misha-makferson.livejournal.com]

А почему раньше в науч-попе писали о 17 миллиардах нейронов, а теперь пишут про 100? Понятие нейрона доуточнилось?

[imbg.livejournal.com]

Умнеем :)
На самом деле я не знаю ответа на ваш вопрос.