人脑连接组计划 (科学项目)

1目标

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通过绘制人类连接组可提供了解神经连接完整细节的独特机会。人类连接组计划要以研究不同个体的活体大脑的方式来建构完整的神经连接图谱,展示其结构及功能。其研究成果即人类大脑图谱。

人类连接组计划是首次大规模收集并分享整体数据和细节数据的尝试,并由此开始深度探索人类神经连接解剖学及相关学科的基础问题。

2方法

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整合神经连接组的研究数据,并以最前沿的神经成像技术收集参与者的神经数据,经分析后作为基础数据,最终完成神经连接组完整图谱。

3意义

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人类的大脑功能不仅仅是由神经元之间的连接决定的,更被编码蛋白质的遗传物质——基因组所决定。基因组代表先天因素,从父母遗传而来无法轻易改变;连接组象征后天因素,是我们在这个缤纷世界中接受无数外界信息后塑造的大脑。
在这个问题上,并非说基因组和连接组就是谁压倒谁的问题,而是在何种层次上相互协调贡献大脑功能的问题。比如我们知道在成年人的大脑中,虽然神经网络已经基本定型,但是基因组也并非对大脑的功能毫无贡献。人类在学习与认知时,大脑神经网络中的电信号就会激活神经元进而读取神经元中基因组的信息,将许多基因打开或关闭。通过改变神经元的重要功能蛋白质水平,来对神经元之间的连接(突触)做出可塑性的改变。因此,连接组其实也是基因组在大脑中的功能投射。

近年来,神经科学家们认识到,人类高等认知功能及脑疾病的起因,比如帕金森症、抑郁症等,往往与大脑中神经元的功能性连接改变关系甚密。但大脑连接组是具有可塑性的动态组成——在我们的大脑接收处理了外界信息后,神经元之间的突触很可能发生可塑性改变,这些改变就代表了我们的思考、记忆的过程等等。因此,即便在某一个时间点看清楚了大脑的所有神经连接,下一个时间点大脑的神经连接就不同了。

那么,在暂时无法洞察活人大脑的情况下,研究大脑连接组还有意义么?

答案是肯定的。现在,科学家们已经可以通过模式生物的大脑,如大、小鼠,人类的近亲——猴等,来对大脑中的特定神经连接环路进行研究,包括在高等认知功能中有哪些神经连接组成的环路发生了激活与抑制,在病理状态包括老年痴呆症、帕金森症、自闭症、抑郁症及精神分裂症中,大脑中哪些神经连接组成的环路发生了破坏性的改变等问题。我们相信,如果能认识到大脑中这些特定神经元的连接模式及细节,可以极大促进我们对大脑工作原理的了解,同时得知脑疾病的起因与病理进程。

通常我们认为在人类发育过程中,最具有可塑性潜能的是孩童阶段。人类在幼年学习知识并学会适应外界复杂的社会,一些严重的神经系统疾病如自闭症也从孩童阶段开始表现出来。那么成年以后,大脑还是否具有可塑性呢?患有自闭症的儿童长大后是否还能够被治愈呢?

在最近几年的神经科学研究中,科学家们发现,一些作为人类自闭症疾病模型的基因突变小鼠(如Shank3与MeCP2基因突变小鼠),在长至成年、表现出疾病症状后,仍可以通过基因修复,恢复大脑的正常功能。这些研究为人类自闭症患者成年后的有效临床治疗与干预提供了重要线索。

参考资料

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[1].最后的前沿——浅谈“连接组”与中国脑计划
[2].Human Connectome Project

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人脑连接组计划 图册

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  • 浏览次数: 11500 次
  • 更新时间:2016-07-21
  • 创建者:wangshujun
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