Konnektom (Gehirn) - Konnektomik

Definition

Mit Konnektom wird die Gesamtheit der neuronalen Verbindungen im Gehirn bezeichnet. Die sogenannte Konnektomik versucht auf verschiedenen Ebenen (Mikroskala: Das Konnektom als Netzwerk von Nervenzellen; Mesoskala: Kortikale Säulen und Schichten; Makroskala: Verbindungen zwischen Hirnarealen) diese Strukturen zu erforschen.

Auf Mikroskalen-Ebene ist die vollständige Darstellung des Konnektoms bislang (2017) nur bei dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans mit seinen 302 Neuronen erreicht worden.

Verbindung zwischen Konnektivität und Intelligenz

02.01.2018 Eine neue und relativ einfache Technik zur Abbildung der Vernetzung des Gehirns hat gezeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Grad der Vernetzung der Hirnregionen und der Intelligenz (IQ) gibt, berichtet eine im Fachblatt Neuron veröffentlichte Studie der Universität Cambridge.

Kartographierung des Gehirns

In den letzten Jahren gab es eine konzertierte Anstrengung unter Wissenschaftlern, die die Verbindungen im Gehirn kartographieren - das sogenannte Konnekttom - wollen, um zu verstehen, inwieweit diese Vernetzungen mit menschlichen Verhaltensweisen, Intelligenz und psychischen Störungen zusammenhängen könnten.

gehirn vernetzung
Bild: Gerd Altmann

Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Cambridge und den National Institutes of Health (NIH, USA) mit Hilfe der Analyse von konventionellen MRT-Hirnscans eine Karte eines Konnektoms erstellen können.

Das Team verglich die Gehirne von 296 normal entwickelten jugendlichen Probanden. Ihre Ergebnisse wurden dann mit einer Kohorte von weiteren 124 Testpersonen abgesichert.

Ein typischer MRT-Scan liefert ein einzelnes Bild des Gehirns, aus dem mehrere strukturelle Merkmale des Gehirns berechnet werden können. Das bedeutet, dass jede Region des Gehirns mit bis zu zehn verschiedenen Merkmalen charakterisiert werden kann.

Morphometrische Ähnlichkeitsnetzwerke

Wenn zwei Regionen ähnliche Profile haben, dann werden sie als "morphometrisch ähnlich" charakterisiert und es kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein verbundenes Netzwerk handelt. Die Neurowissenschaftler überprüften diese Annahme anhand öffentlich verfügbarer MRT-Daten von einer Gruppe von 31 jugendlichen Rhesusaffen, um sie mit Schätzungen der Konnektivität nach dem Goldstandard zu vergleichen.

Mit Hilfe dieser morphometrischen Ähnlichkeitsnetzwerken (MSN) konnten die Forscher eine Karte erstellen, die zeigt, wie gut die "Hubs" (Verbindungsknoten) - die wichtigsten Verbindungspunkte zwischen verschiedenen Regionen des Gehirnnetzwerks - miteinander verbunden sind.

Häufigkeit der Verbindungsknoten

Sie fanden eine Verbindung zwischen der Konnektivität in den MSN in Hirnregionen, die mit Funktionen höherer Ordnung - wie Problemlösung und Sprache - und Intelligenz verbunden sind.

"Wir sahen einen klaren Zusammenhang zwischen der Häufigkeit der Verbindungsknoten von Hirnregionen höherer Ordnung - also wie dicht sie mit dem Rest des Netzwerks verbunden waren - und dem Intelligenz-Quotienten (IQ) einer Person", erklärt Doktorand Jakob Seidlitz.

Das liegt nahe, wenn man bedenkt, dass die Knotenpunkte den Informationsfluss in Bezug auf das Gehirn ermöglichen - je stärker die Verbindungen, desto besser ist das Gehirn bei der Informationsverarbeitung, schreibt er.

Obgleich der IQ bei den Teilnehmern schwankte, machten die MSN etwa 40 % dieser Variation aus.

Intelligenz und psychische Erkrankungen

Doch die Wissenschaftler wissen nicht, woher genau diese Variation kommt. Was vernetzt manche Gehirne stärker als andere - liegt es an den Genen oder der Erziehung? Und wie werden diese Verbindungen über die Entwicklung hinweg gestärkt oder geschwächt?

Solche Hirnscans und die Erstellung der Verknüpfungen - also eines Konnektoms - könnten uns einen näheren Einblick in die Intelligenz verschaffen, anstatt uns auf IQ-Tests verlassen zu müssen, sagt Prof. Ed Bullmore, Leiter der Psychiatrie in Cambridge. Die neue Kartierungstechnik könnte uns auch helfen zu verstehen, wie die Symptome von psychischen Störungen wie Angststörungen und Depressionen oder sogar Schizophrenie aus Unterschieden bei der Konnektivität innerhalb des Gehirns entstehen.

© PSYLEX.de - Quellenangabe: Universität Cambridge; Neuron - DOI: 10.1016/j.neuron.2017.11.039; Dez. 2017

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