Das 2009 als Blueprint Grand Challenge gestartete NIH Human Connectome Project (HCP) ist ein ehrgeiziges Projekt zur Kartierung der neuronalen Bahnen, die der menschlichen Gehirnfunktion zugrunde liegen. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, Daten über die strukturelle und funktionelle Konnektivität des menschlichen Gehirns zu erfassen und auszutauschen. Es wird die Möglichkeiten der Bildgebung und Analyse von Gehirnverbindungen erheblich verbessern, was zu einer verbesserten Empfindlichkeit, Auflösung und Nützlichkeit führt und damit den Fortschritt auf dem neu entstehenden Gebiet der menschlichen Konnektomik beschleunigt. Das Verständnis dieser Verdrahtungsmuster innerhalb und zwischen Individuen wird den Forschern helfen, die elektrischen Signale zu entschlüsseln, die unsere Gedanken, Gefühle und Verhaltensweisen erzeugen.
Konsortien
HCP hat atemberaubende Karten der neuronalen Fasern, die das Gehirn durchkreuzen, erstellt. Es hat die Kartierung von Verbindungen im menschlichen Gehirn revolutioniert und die Grundlage für die Verwendung von bildgebenden Verfahren zur Messung der Konnektivität als Hilfsmittel bei der Diagnose von Krankheiten geschaffen. Das HCP hat das Fachgebiet grundlegend verändert und den Weg zu einem detaillierten Verständnis dafür geebnet, wie sich die Schaltkreise unseres Gehirns mit zunehmendem Alter verändern und wie sie sich bei psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen unterscheiden. Insgesamt wird die HCP zu bedeutenden Fortschritten in unserem Verständnis dessen führen, was uns einzigartig menschlich macht, und die Voraussetzungen für künftige Studien über abnorme Hirnschaltkreise bei vielen neurologischen und psychiatrischen Störungen schaffen.
Die technischen Fortschritte, die bei der HCP bereits erzielt wurden, haben das Feld verändert und es der neurowissenschaftlichen Forschungsgemeinschaft ermöglicht, Daten in nie dagewesener Weise zu aggregieren. Wichtig ist, dass alle vom HCP erzeugten Daten über eine maßgeschneiderte Datenbank, die von der durch Blueprint finanzierten Connectome Coordination Facility erstellt wurde, frei mit der Forschungsgemeinschaft geteilt werden. Aus der ersten HCP-Datenveröffentlichung sind über 100 Publikationen hervorgegangen.
HCP begann im September 2010, als Blueprint 40 Millionen Dollar an zwei kooperierende Forschungskonsortien vergab, um die Verbindungen des menschlichen Gehirns in hoher Auflösung zu kartieren. Diese beiden großen Kooperationsvereinbarungen verfolgten komplementäre Ansätze zur Entschlüsselung des komplexen Schaltplans des Gehirns. Beide Bemühungen bauten auf bestehenden multidisziplinären Kooperationen auf und setzten einen Ansatz mit mehreren Projektleitern ein, der für jedes Programm ein strenges System der Organisation und Aufsicht vorsah.
Die beiden Forschungskonsortien, die zur Durchführung dieser komplementären Fünfjahresprojekte gegründet wurden, waren:
Das WU/Minn-Projekt
Washington University in St. Louis/University of Minnesota/Oxford University (das WU-Minn HCP-Konsortium) – unter der gemeinsamen Leitung von Dr. David Van Essen und Dr. Kamil Ugurbil – hat sich zum Ziel gesetzt, die Schaltkreise des menschlichen Gehirns bei 1200 gesunden Erwachsenen mit modernsten Methoden der nicht-invasiven Neurobildgebung umfassend zu kartieren.
Das Harvard/MGH-UCAL-Projekt
Massachusetts General Hospital/Harvard University und die University of California Los Angeles (UCLA) – unter der Leitung von Dr. Bruce Rosen und Dr. Arthur Toga – haben sich zum Ziel gesetzt, einen neuen Magnetresonanztomographen zu entwickeln, der für die Messung von Connectome-Daten optimiert ist.
Weitere Informationen finden Sie in der NIH-Pressemitteilung, „$40 million awarded to trace human brain’s connections.“
Connectome-Programme
Lebensspannen-Connectome
Auf dem Erfolg des HCP aufbauend, startete Blueprint 2015 die zweite Phase des Connectome-Programms mit der Schaffung des Lifespan Connectome. Während die Teilnehmer der ursprünglichen HCP-Studien zwischen 22 und 35 Jahre alt waren, wurden im Rahmen des Lifespan Connectome Daten von gesunden Probanden aller Altersgruppen gesammelt. Die daraus resultierenden drei Programmankündigungen konzentrierten sich auf unterschiedliche Alterskohorten: 0-5 Jahre alt (RFA-MH-16-160), 5-21 Jahre alt (RFA-MH-16-150) und 36-90+ Jahre alt (RFA-AG-16-004). Insgesamt werden im Rahmen dieser Projekte die Fernverbindungen des Gehirns und ihre Variabilität bei mehr als 3 000 Kindern und Erwachsenen in den Vereinigten Staaten in noch nie dagewesener Ausführlichkeit kartiert. Dank der leistungsstarken neuen Werkzeuge und Technologien, die das HCP hervorgebracht hat, wird die monumentale Aufgabe, die Schaltkreise des menschlichen Gehirns im Alter zu kartieren, zur Realität.
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Disease Connectome
Neben der Ausweitung der Altersverteilung der HCP-Forschungsteilnehmer investierte 2014 eine Untergruppe von sechs Blueprint-Instituten in die Erfassung von Connectome-Daten von Personen mit bestimmten klinischen Diagnosen. Im Rahmen der Ausschreibung „Connectomes Related to Human Disease Funding Opportunity Announcement“, die vom National Eye Institute (NEI), dem National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA), dem National Institute on Aging (NIA), dem National Institute on Drug Abuse (NIDA), dem National Institute of Mental Health (NIMH) und dem National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) unterstützt wird, wurden im GJ 2015 und GJ 2016 vierzehn Projekte vergeben. Dazu gehörten Untersuchungen des strukturellen und funktionellen Konneoms bei Alzheimer-Subtypen, menschliche Konneome für Sehschwäche, Blindheit und Sehkraftwiederherstellung, das Epilepsie-Konnektom-Projekt, das Amish-Konnektom-Projekt zu psychischen Erkrankungen, Konnektome im Zusammenhang mit Angst und Depression bei Jugendlichen, konneomische Bildgebung bei familiärer und sporadischer frontotemporaler Degeneration, das menschliche Konnektom-Projekt für frühe Psychosen und Konnektomik der Gehirnalterung und Demenz. Diese Disease-Connectome-Projekte ebnen den Weg zu einem detaillierten Verständnis dafür, wie sich die Schaltkreise des Gehirns bei psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen unterscheiden.
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Data Coordinating Center
Die 2015 von Blueprint finanzierte Connectome Coordination Facility unterhält ein zentrales Datenarchiv für Human-Connectome-Daten, die von den ursprünglichen HCP-Konsortien sowie von anderen Forschungslabors gesammelt wurden. Die Coordination Facility bietet auch einen Helpdesk an, um die Forschungsgemeinschaft über die besten Datenerfassungsstrategien zu beraten, die eine Harmonisierung zwischen neuen und bestehenden Daten ermöglichen. Informationen über das HCP sind auf der Website der Connectome Coordination Facility zu finden. Die langfristige Speicherung der HCP-Daten wird vom NIMH Data Archive übernommen.