El Proyecto del Conectoma Humano ( HCP ) es un proyecto de cinco años patrocinado por dieciséis componentes de los Institutos Nacionales de Salud , dividido entre dos consorcios de instituciones de investigación. El proyecto se lanzó en julio de 2009 [1] como el primero de los tres Grandes Desafíos del Plan de Investigación en Neurociencia del NIH. [2] El 15 de septiembre de 2010, el NIH anunció que otorgaría dos subvenciones: $30 millones durante cinco años a un consorcio liderado por la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Minnesota , con fuertes contribuciones de la Universidad de Oxford (FMRIB) y $8.5 millones durante tres años a un consorcio liderado por la Universidad de Harvard , el Hospital General de Massachusetts y la Universidad de California en Los Ángeles . [3]
El objetivo del Proyecto Conectoma Humano es construir un "mapa de red" ( conectoma ) que arrojará luz sobre la conectividad anatómica y funcional dentro del cerebro humano sano , así como producir un cuerpo de datos que facilitará la investigación de trastornos cerebrales como la dislexia , el autismo , la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia . [4] [5]
El consorcio WU-Minn-Oxford desarrolló una instrumentación de resonancia magnética mejorada, métodos de adquisición de imágenes y análisis de imágenes para mapear la conectividad en el cerebro humano con resoluciones espaciales significativamente mejores que las disponibles anteriormente; utilizando estos métodos, el consorcio WU-Minn-Oxford recopiló una gran cantidad de datos de resonancia magnética y de comportamiento en 1200 adultos sanos (parejas de gemelos y sus hermanos de 300 familias) utilizando un instrumento especial de resonancia magnética de 3 Tesla. Además, escaneó a 184 sujetos de este grupo a 7 Tesla, con una resolución espacial más alta. Los datos se están analizando para mostrar las conexiones anatómicas y funcionales entre las partes del cerebro de cada individuo, y se relacionarán con los datos de las pruebas de comportamiento. La comparación de los conectomas y los datos genéticos de gemelos genéticamente idénticos con gemelos fraternos revelará las contribuciones relativas de los genes y el entorno en la configuración de los circuitos cerebrales y señalará la variación genética relevante . Los mapas también arrojarán luz sobre cómo se organizan las redes cerebrales.
Utilizando una combinación de tecnologías de imágenes no invasivas , incluyendo fMRI en estado de reposo y MRI funcional basada en tareas , MEG y EEG , y MRI de difusión , la WU-Minn mapeará los conectomas a escala macro, mapeando grandes sistemas cerebrales que pueden dividirse en áreas anatómica y funcionalmente distintas, en lugar de mapear neuronas individuales .
Decenas de investigadores de nueve instituciones han contribuido a este proyecto. Entre las instituciones de investigación se encuentran: la Universidad de Washington en St. Louis, el Centro de Investigación de Resonancia Magnética de la Universidad de Minnesota , la Universidad de Oxford , la Universidad de Saint Louis , la Universidad de Indiana , la Universidad D'Annunzio de Chieti-Pescara , el Instituto Ernst Strungmann , la Universidad de Warwick , Advanced MRI Technologies y la Universidad de California en Berkeley . [6]
Los datos resultantes de esta investigación se ponen a disposición del público en una plataforma neuroinformática de código abierto accesible a través de la web. [7] [8]
El consorcio MGH/Harvard-UCLA se centrará en optimizar la tecnología de resonancia magnética para obtener imágenes de las conexiones estructurales del cerebro mediante resonancia magnética de difusión , con el objetivo de aumentar la resolución espacial , la calidad y la velocidad. La resonancia magnética de difusión, empleada en ambos proyectos, mapea las conexiones fibrosas de larga distancia del cerebro mediante el seguimiento del movimiento del agua. Los patrones de difusión del agua en diferentes tipos de células permiten la detección de diferentes tipos de tejidos. Usando este método de obtención de imágenes, las largas extensiones de neuronas, llamadas materia blanca , se pueden ver en un relieve nítido. [9] [10]
El nuevo escáner construido en el Centro Martinos del MGH para este proyecto es "entre 4 y 8 veces más potente que los sistemas convencionales, lo que permite obtener imágenes de la neuroanatomía humana con una sensibilidad mayor que la que era posible anteriormente". [3] El escáner tiene una intensidad de gradiente máxima de 300 mT/m y una velocidad de respuesta de 200 T /m/s, con valores b probados de hasta 20.000 s/mm^2. A modo de comparación, una bobina de gradiente estándar es de 45 mT/m. [11] [12] [13]
Para comprender mejor la relación entre la conectividad cerebral y el comportamiento, el Proyecto Conectoma Humano utilizará una batería de medidas fiable y bien validada que evalúa una amplia gama de funciones humanas. El núcleo de su batería son las herramientas y métodos desarrollados por la Caja de Herramientas del NIH para la Evaluación de la Función Neurológica y Conductual. [14]
El Proyecto del Conectoma Humano se ha convertido en un gran grupo de equipos de investigación. Estos equipos utilizan el estilo de escaneo cerebral desarrollado por el Proyecto. [15] Los estudios suelen incluir el uso de grandes grupos de participantes, escaneando muchos ángulos de los cerebros de los participantes y documentando cuidadosamente la ubicación de las estructuras en el cerebro de cada participante. [16] Los estudios afiliados al Proyecto del Conectoma Humano están actualmente catalogados por el Centro de Coordinación del Conectoma. Los estudios se dividen en tres categorías: Conectomas de adultos sanos, Datos del Conectoma de la esperanza de vida y Conectomas relacionados con enfermedades humanas. Bajo cada una de estas categorías hay grupos de investigación que trabajan en preguntas específicas.
[17] El estudio Human Connectome Project Young Adult puso a disposición de la comunidad científica datos sobre las conexiones cerebrales de 1100 adultos jóvenes sanos. [18] Los científicos han utilizado datos del estudio para apoyar teorías sobre qué áreas del cerebro se comunican entre sí. [19] Por ejemplo, un estudio utilizó datos del proyecto para demostrar que la amígdala , una parte del cerebro esencial para el procesamiento emocional, está conectada a las partes del cerebro que reciben información de los sentidos y planifican el movimiento. [20] Otro estudio mostró que los individuos sanos que tenían una alta tendencia a experimentar un estado de ánimo ansioso o deprimido tenían menos conexiones entre la amígdala y una serie de áreas cerebrales relacionadas con la atención.
Actualmente, hay cuatro grupos de investigación que recopilan datos sobre las conexiones en los cerebros de poblaciones distintas a los adultos jóvenes. El objetivo de estos grupos es determinar la conectividad cerebral normal durante la infancia, la niñez, la adolescencia y el envejecimiento. Los científicos utilizarán los datos de estos grupos de investigación de la misma manera en que han utilizado los datos del estudio de adultos jóvenes del Proyecto del Conectoma Humano. [21]
Catorce grupos de investigación investigan cómo cambian las conexiones en el cerebro durante el curso de una enfermedad en particular. Cuatro de los grupos se centran en la enfermedad de Alzheimer o la demencia . La enfermedad de Alzheimer y la demencia son enfermedades que comienzan durante el envejecimiento. La pérdida de memoria y el deterioro cognitivo marcan la progresión de estas enfermedades. Si bien los científicos consideran que la enfermedad de Alzheimer es una enfermedad con una causa específica, la demencia en realidad describe síntomas que podrían atribuirse a varias causas. Otros dos grupos de investigación investigan cómo las enfermedades que alteran la visión cambian la conectividad en el cerebro. Otros cuatro de los grupos de investigación se centran en los trastornos de ansiedad y el trastorno depresivo mayor , trastornos psicológicos que dan lugar a una regulación emocional anormal. Dos grupos de investigación más se centran en los efectos de la psicosis , un síntoma de algunos trastornos psicológicos en los que un individuo percibe la realidad de forma diferente a otros. Uno de los equipos investiga la epilepsia , una enfermedad caracterizada por convulsiones. Finalmente, un equipo de investigación está documentando las conexiones cerebrales del pueblo Amish , un grupo religioso y étnico que tiene altas tasas de algunos trastornos psicológicos . [22]
Aunque se han propuesto teorías sobre la forma en que cambian las conexiones cerebrales en las enfermedades que se investigan, muchas de estas teorías han sido respaldadas por datos de poblaciones sanas. [20] Por ejemplo, un análisis de los cerebros de individuos sanos respaldó la teoría de que las personas con trastornos de ansiedad y depresión tienen menos conectividad entre sus centros emocionales y las áreas que gobiernan la atención. Al recopilar datos específicamente de personas con estas enfermedades, los investigadores esperan tener una idea más precisa de cómo cambian las conexiones cerebrales en estos individuos con el tiempo.
El proyecto aún no ha sido declarado oficialmente finalizado.
Wiki del HCP - Wiki del Proyecto Conectoma Humano
ICA-FIX - Documentación sobre el algoritmo ICA-FIX utilizado en datos fMRI en estado de reposo [23] [24] [25]
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