「コネクトーム」の版間の差分

英： connectome　独：Konnektom　仏：connectome   西：Conectoma　 露：Коннектом  中：连接组  

{{box|text=コネクトームは、神経系のすべての神経細胞が接続することでできた神経回路の総体を意味する。本来、ある生物個体、あるいはある生物種の神経系において、全神経細胞の接続の総体を意味する概念である。しかしながら、神経系の一部で神経細胞が化学[[シナプス]]や電気シナプスで接続された局所的な接続ダイアグラムを説明する場合にも使われる。更に、神経細胞レベルでの接続だけでなく、脳の大まかな領域同士の神経線維の接続に言及する場合にも使われている。コネクトミクスは、コネクトームを理解するための研究法、つまり実験、検出などの方法、その方法を適用した結果の解釈、そして複数の方法論を統合した研究戦略の概念である。}}

コネクトームは、生物医学で広く使われているゲノム、プロテオームなどに倣って、英語のconnectとギリシア語の「完全、すべて、総体｣を意味する接尾辞(-ome、ギリシア語-ωμα）を組み合わせた造語である。コネクトームが、文献上、初めて使われたのは、2005年、Indiana大学のOlaf Spornsが、神経接続のマップを説明するために、[[ヒト]]・コネクトーム（Human Connectome）という概念を記述した論文である[1]。それとは独立して、Lausanne大学病院のPatric Hagmannが、その博士論文の中で同時期に同様に言及しているとされる[2]。特に、このコネクトームという概念が普及したのは、2008年、Harvard大学のJeff LichtmanとJoshua Sanesによる共著総説論文の発表後である[3]。また、用語の定着には、Sebastian Seung（Princeton大学）らのアウトリーチによる努力もあった[3]。しかし、これらの研究者の貢献は、あくまでコネクトームという用語を提案、普及、定着させたということで理解するべきもので、コネクトームとは呼んでいないものの、それに相当する概念はこれらの研究者が提案する以前から存在していたと考えるべきであろう。その典型例は、1986年に発表されたJohn Whiteらによるセンチュウ（Caenohabditis elegans）の神経細胞の結合性を記述した研究である[4]。

歴史的には、簡素な解剖用具などを用いて神経線維を観察することから、その繋がりが想像されていた。19世紀末になると、Santiago Rámon y Cajalが、個々の神経細胞の形態を明確に染め出すことを可能にしたGolgi染色を用いることで、脳が多数の神経細胞とそれらの結合によって成り立っていることを提唱して以来、神経細胞の間の結合を記述する研究は盛んに行われてきた。Golgi染色やNissl染色などを施した連続[[切片]]を観察する時代を経て、20世紀中頃になると脳損傷後の変性神経線維をNauta法などで染色し、その神経回路を観察する時代になった。1970年ごろになると、放射性アミノ酸や、酵素HRPの[[軸索輸送]]を利用することで、神経回路の観察が容易に行われるようになった。1980年代になると、脂溶性carbocyanine蛍光色素などの生体結合特性を持った蛍光色素（DiIなど）、[[植物]]レクチン(WGA、PHA-Lなど)、ビオチン誘導体(Biocytinなど）、コレラ毒素等の高感度トレーサーが開発され、多くの研究者により利用されるようになった。そして、1990年代になると、蛍光顕微鏡に加えて、[[共焦点レーザー顕微鏡]]が普及し始め、デジタル画像として大規模なデータの保存と解析が扱えるようになってきた。コネクトーム研究の観点から、このような組織学的解剖と染色によって得られた知見をまとめた重要な研究が、1991年、FellemanとDavid van Essenらによる[[マカクサル]]の視覚系の結合性マッピングの概念の提出であった[5]。このような研究手法は、Allen Brain InstituteのAllen Mouse Brain Connectivity Atlas（http://connectivity.brain-map.org/）[6]、Mouse Connectome Project (南カリフォルニア大学、http://www.mouseconnectome.org/）[7]、マカクサルのCoCoMac（ドイツ、http://cocomac.g-node.org/）[8]

などで、まとめられているようなコネクトーム収集プロジェクトにつながっている。これらは、神経系の解剖学的知見と組織学的研究を組み合わせたものであり、解像度的にはマイクロメーター からサブマイクロメーターレベルの「メソスケール Mesoscale」のコネクトームの情報となっている。また、コネクトーム構築のもう一つのアプローチとしては、このような形態学的なアプローチとともに、電気生理学的アプローチ、更に[[光遺伝学]]、神経活動を間接的あるいは直接的に観察する細胞、組織レベルのアプローチ（[[カルシウム]]、活動電位、血流変化など）もある。しかし、現時点では、これらの方法論の多くは、大規模アプローチとしては適さず、局所的な回路に焦点を当てているか、あくまで予備的な解釈に用いられているのが現状である。

メソスケールのコネクトーム情報は、神経線維の走行や終末部位についての情報を大雑把に収集したものであり、シナプスレベルでの「ミクロスケール Microscale」の神経細胞間の結合性を記述したものではない。化学シナプスおよび電気シナプスを形態的に観察するためには、ナノメーターレベルの解像度がある電子顕微鏡が必要である。電子顕微鏡レベルで、ほぼ完全なコネクトーム解読に成功したのは、Sydney Brennerの大学院生であったJohn Whiteらによる小さなセンチュウCaenohabditis elegans（[[C. elegans]]）の神経系である（1986年発表）[4]。センチュウの場合、体のサイズが小型で、神経細胞の数が少なく（雌雄同体で302個）、その結合性も個体差が少なくステレオタイプである（75%再現性があると言われる）ので、コネクトームの構築が可能であった。一方、神経系のサイズが大きく、非常に多くの細胞と、その結合性に多様性がある[[脊椎動物]]の神経系のコネクトームの構築は極めて困難である。ミクロスケールなコネクトーム構築には、電子顕微鏡で観察するための多数の連続切片を失うことなく作製し、撮影し、その画像を保存し、結合性を解析していくための技術開発が行われてきている。その結果、[[マウス]]網膜やマウス大脳視覚野の部分的なコネクトームなどが構築された[　, ] 。これらの情報を総合的に収集しているのは、Open Connectome Project（http://www.openconnectomeproject.org/）である。

一方、Olaf Spornsによるヒト・コネクトームの提唱以来、脳の機能と病態を理解するためにヒトの脳で研究されているのは、メソレベルのコネクトームより更にスケールの大きな「マクロスケール Macroscale」のコネクトームである。これは小型の[[動物]]ではなく、ヒト、[[サル]]（[[マーモセット]]を含む）など比較的大型の動物での。脳の構造と機能が複雑に複数のレベルと脳の接続のモードを介して、リンクされているという認識に由来します。 ニューロンまたは神経集団が相互に作用する、またはどのように強いまたはそれらの相互作用がある向けることが可能な強力な自然な制約があります。 実際、人間の認知の基礎はコネクトームによって形作ら動的相互作用のパターンです。この情報を収集しているのは、Human Connectome Project（http://www.neuroscienceblueprint.nih.gov/connectome/)である。これには、非侵襲なテンソルMRIなどを中心に用い神経線維の走行など解剖学的な側面に注目しているThe Harvard/MGH-UCLA Project　（http://www.humanconnectomeproject.org/）、および脳におけるfMRIによる活動領域の検出やゲノム情報など機能的な側面に重点を置く国際プロジェクトThe WU-Minn Project （http://humanconnectome.org/）がある。いずれも、解像度が上がれば、メソスケールのコネクトームにも近づくが、非侵襲で得られる解像度は、最大でもミリメートル程度であり、侵襲的な方法で得られる解像度とは違いがある。