Vuonna 2009 Blueprint Grand Challenge -hankkeena käynnistetty NIH:n Human Connectome Project (HCP) on kunnianhimoinen hanke, jonka tavoitteena on kartoittaa ihmisen aivotoiminnan perustana olevat hermoradat. Hankkeen yleisenä tarkoituksena on hankkia ja jakaa tietoa ihmisen aivojen rakenteellisista ja toiminnallisista yhteyksistä. Hankkeessa kehitetään huomattavasti aivoyhteyksien kuvaus- ja analysointimahdollisuuksia, mikä parantaa herkkyyttä, resoluutiota ja käyttökelpoisuutta ja nopeuttaa näin edistystä ihmisen yhteyksien tutkimisen (human connectomics) kehittyvällä alalla. Näiden kytkentämallien ymmärtäminen yksilöiden sisällä ja yksilöiden välillä auttaa tutkijoita alkamaan tulkita sähköisiä signaaleja, jotka synnyttävät ajatuksiamme, tunteitamme ja käyttäytymistämme.
Konsortiot
HCP on tuottanut hämmästyttäviä karttoja aivoja ristiin rastiin kulkevista hermosäikeistä. Se on mullistanut ihmisaivojen yhteyksien kartoittamisen ja luonut perustan aivokuvantamisen yhteyksien mittausten käyttämiselle apuna sairauksien diagnosoinnissa. HCP:llä on ollut mullistava vaikutus alaan, sillä se on tasoittanut tietä kohti yksityiskohtaista ymmärrystä siitä, miten aivopiirimme muuttuvat iän myötä ja miten ne eroavat toisistaan psykiatrisissa ja neurologisissa sairauksissa. Kaiken kaikkiaan HCP johtaa merkittäviin edistysaskeliin ymmärryksessämme siitä, mikä tekee meistä ainutlaatuisen ihmisen, ja luo pohjan monien neurologisten ja psykiatristen häiriöiden yhteydessä esiintyvien epänormaalien aivopiirien tuleville tutkimuksille.
HCP:ssä jo saavutetut tekniset edistysaskeleet ovat muuttaneet alaa ja mahdollistaneet sen, että neurotieteiden tutkijayhteisö voi koota yhteen tietoja ennennäkemättömällä tavalla. Tärkeää on, että kaikki HCP:n tuottamat tiedot jaetaan vapaasti tutkimusyhteisön kanssa Blueprint-rahoitteisen Connectome Coordination Facilityn luoman räätälöidyn tietokannan kautta. HCP:n ensimmäisestä datajulkaisusta syntyi yli 100 julkaisua.
HCP käynnistyi syyskuussa 2010, kun Blueprint-ohjelma myönsi 40 miljoonaa dollaria kahdelle yhteistyössä toimivalle tutkimuskonsortiolle ihmisen aivojen yhteyksien kartoittamiseksi korkealla resoluutiolla. Näissä kahdessa merkittävässä yhteistyösopimuksessa käytettiin toisiaan täydentäviä lähestymistapoja aivojen monimutkaisen kytkentäkaavion selvittämiseksi. Molemmat toimet perustuivat olemassa oleviin monitieteisiin yhteistyöhankkeisiin, ja niissä käytettiin usean tutkimusjohtajan johtamista, joka tarjosi kummallekin ohjelmalle tiukan organisointi- ja valvontajärjestelmän.
Kaksi tutkimuskonsortiota, jotka perustettiin toteuttamaan näitä toisiaan täydentäviä viisivuotisia hankkeita, olivat:
WU/Minn-projekti
Washington University in St. Louis/University of Minnesota/Oxford University (WU-Minn HCP-konsortio) – jonka yhteisjohtajina toimivat tohtori David Van Essen ja tohtori Kamil Ugurbil – pyrki kartoittamaan kattavasti ihmisen aivopiirejä 1200 terveeltä aikuiselta ihmiseltä käyttäen huippuluokan noninvasiivisia neurokuvausmenetelmiä.
Harvard/MGH-UCAL-projekti
Massachusettsin yleissairaala/Harvardin yliopisto ja Kalifornian yliopiston Los Angelesin yliopisto (University of California Los Angeles, U.C.A.L.A., UCLA) – yhteisjohtoisesti johtamina toht. Bruce Rosenin ja tohtori Arthur Togan johdolla – pyrkivät luomaan uuden magneettikuvauslaitteen, joka on optimoitu konnektomitiedon mittaamiseen.
Lisätietoa NIH:n lehdistötiedotteesta ”$40 million awarded to trace human brain’s connections”.”
Connectome Programs
Lifespan Connectome
Connectome-ohjelman menestyksen pohjalta Blueprint käynnisti Connectome-ohjelman toisen vaiheen luomalla Lifespan Connectomen vuonna 2015. Vaikka alkuperäisten HCP-tutkimusten tutkimushenkilöt olivat 22-35-vuotiaita, Lifespan Connectome laajensi tiedonkeruuta kaikenikäisistä terveistä koehenkilöistä. Tuloksena syntyneissä kolmessa ohjelmailmoituksessa keskityttiin eri ikäkohortteihin: 0-5-vuotiaat (RFA-MH-16-160), 5-21-vuotiaat (RFA-MH-16-150) ja 36-90+-vuotiaat (RFA-AG-16-004). Kaiken kaikkiaan näissä hankkeissa kartoitetaan ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti aivojen pitkien etäisyyksien yhteyksiä ja niiden vaihtelua yli 3 000 lapsella ja aikuisella eri puolilla Yhdysvaltoja. HCP:n tuottamien tehokkaiden uusien työkalujen ja teknologioiden ansiosta monumentaalinen tehtävä kartoittaa ihmisen aivopiirejä ikääntyessämme on muuttumassa todellisuudeksi.
Katso kaikki Lifespan Connectome -hankkeet
Disease Connectome
Lisäämällä HCP:n tutkimukseen osallistujien ikäjakaumaa osajoukko kuudesta Blueprint-instituutista investoi vuonna 2014 konnektomitiedon keruuseen koehenkilöiltä, joilla oli tiettyjä kliinisiä diagnooseja. Kansallisen silmäinstituutin (National Eye Institute, NEI), kansallisen alkoholin väärinkäytön ja alkoholismin instituutin (National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism, NIAAA), kansallisen ikääntymisinstituutin (National Institute on Aging, NIA), kansallisen huumausaineiden väärinkäytön instituutin (National Institute on Drug Abuse, NIDA), kansallisen mielenterveysinstituutin (National Institute of Mental Health, NIMH) ja kansallisen neurologisten häiriöiden ja aivohalvauksen instituutin (National Institute of Neurological Disorders and Stroke, NINDS) tukemassa ”Connectomes Related to Human Disease” -ohjelmassa (Connectomes Related to Human Disease Funding Opportunity Announcement Announcement) myönnettiin neljätoista rahoitusta varainhoitovuosien 2015 ja 2016 aikana. Näihin kuuluivat tutkimukset rakenteellisesta ja toiminnallisesta konnektomista Alzheimerin taudin alatyypeissä; ihmisen konnektomit heikkonäköisyydestä, sokeudesta ja näön palauttamisesta; epilepsian konnektomihanke; mielenterveyssairauksia koskeva amissien konnektomihanke; nuorten ahdistuneisuuteen ja masennukseen liittyvät konnektomit; konnektomikuvantaminen perinnöllisessä ja sporadisessa otsa-ohimolohkon degeneraatiossa; ihmisen konnektomihanke varhaisessa vaiheessa oleviin psykooseihin; ja aivojen ikääntymisen ja dementian konnektomiikka. Nämä tautikonnektomihankkeet viitoittavat tietä kohti yksityiskohtaista ymmärrystä siitä, miten aivopiirit eroavat psykiatrisissa ja neurologisissa sairauksissa.
Katso kaikki tautikonnektomihankkeet
Datakoordinointikeskus
Konnektomikoordinointikeskus, jota Blueprint-ohjelma rahoitti vuonna 2015, ylläpitää keskitettyä tietoaineistoa, johon tallennetaan alkuperäisiltä HCP:n tutkijoiden muodostamilta konsortioilta sekä muilta tutkimuslaboratorioilta kerätyt inhimillisten kontektomien (Human Connectome) tiedot. Koordinointiväline tarjoaa myös help desk -palvelun, joka neuvoo tutkimusyhteisöä parhaista tiedonkeruustrategioista, jotka mahdollistavat uusien ja olemassa olevien tietojen yhdenmukaistamisen. Tietoa HCP:stä löytyy Connectome Coordination Facility -verkkosivustolta. HCP:n tietojen pitkäaikaissäilytyksestä huolehtii NIMH Data Archive.