「コネクトーム」の版間の差分

電子顕微鏡写真に基づき、形態的にコネクトームを構築することは、センチュウのコネクトーム構築でも利用された効果的な方法であり、網膜、大脳皮質、ショウジョウバエなどで部分的なコネクトーム的な研究がなされてきている<ref><pubmed>21390125</pubmed></ref><ref><pubmed>21390124</pubmed></ref><ref><pubmed>23925240</pubmed></ref><ref><pubmed>26232230</pubmed></ref><ref><pubmed>27015312</pubmed></ref>。哺乳類の脳のようにサイズの大きな構造におけるコネクトームの構築では、薄い連続切片を失うことなく、巨大な数の電顕写真撮影を行い、それぞれの写真上の神経細胞とその突起、結合性を、多数の写真上で逐一トレース、全体を再構築していく必要がある。その情報量は、近年の大容量デジタル情報の保存媒体とコンピューティングの発達が可能にした[[ビッグデータ]]の典型であり、各種の方法論の開発が進められてきている<ref><pubmed>24598270</pubmed></ref>。特に重要なのは、神経細胞の電顕写真のトレースを一箇所間違えると、全く違う神経細胞をトレースすることになるという危険性があることである。そのため、Sebastian Seungらは、網膜のコネクトームを理解するために、ゲーム感覚で、神経細胞のコネクトーム構築に、一般市民を参加させようとするEyeWire<ref>http://eyewire.org/</ref>と名付けたウェッブサイトを構築している。これは、現状では、ヒトという作業者の目で電顕写真を見て、それをトレースしていくことが、最も確実であるということから実施されているものである。将来は、ディープラーニングを行う人工知能により、コネクトーム構築の精密作業が自動化される可能性も高い。このアプローチにおいては、神経細胞の広がりが小さく局所的なケースでは電顕写真上での追跡も比較的容易であろうが、例えば長い神経線維でつながった神経細胞同士のコネクトームを構築することは困難である。この問題の解決には、次項の遺伝学的標識法との組み合わせを利用するのが有用であろう。

これらの遺伝学的なツールの利用には、トランスジェニック動物、[[ノックイン動物]]、そして各種ウイルスベクターを用いることができる。中でも、神経細胞に効率的に遺伝子導入が可能である[[アデノ随伴ウイルス(AAV)]]は、広く用いられている。また、[[CRISPR・CAS9]]によって簡便になった[[ゲノム編集]]の技術の発達とともに、このような遺伝学的ツールはますます広汎に用いられるようになると予想される。

また、コネクトームの本質は、実はシナプスを介した神経細胞間の細胞接着現象でもある。シナプス結合しているパートナーを調べるために、シナプス結合したパートナー細胞同士のシナプス結合を分割GFPで検出する[[GRASP]]という方法が開発され、センチュウ、[[ショウジョウバエ]]などで利用されている<ref><pubmed>22221865</pubmed></ref><ref><pubmed>22355283</pubmed></ref>。また、GRASP法の他にも、その感度の低さを補うことが可能なsplit HRP法が開発され、哺乳類の神経系でも利用できることが示された<ref><pubmed>27240195</pubmed></ref>。<br />

前項、遺伝学的標識法と類似しているが、より積極的にシナプス結合している神経細胞を探査していくコネクトームの構築法である。その１つは、小麦胚レクチン（WGA）などが、前シナプス部の細胞に導入された物質が、細胞質を介して直接は繋がっていない後シナプス部にシナプスを介して移行（Trans-synaptic）するということを利用するものである。これは、歴史的には、物質そのものを注入することで行われてきたが、ウィルスベクター、トランスジェニックマウスのような形で、遺伝学的な手法を利用することが可能になった<ref><pubmed>20297728</pubmed></ref>。

もう１つの重要なアプローチは、同様な性質を持ったウィルスベクターを利用することである<ref><pubmed>22221865</pubmed></ref>。例えば、リポーター遺伝子を有するRabiesウィルスベクターは、Trans-synapticな移動をし、逆行性に輸送されることが知られており、前シナプス細胞のパートナーとなる神経細胞の標識が可能である。特に、ウイルスベクターのエンベロップタンパク質を変更することで、感染細胞を変更することができ、このような方法とCreレコンビナーゼなどを用いることでシナプス結合しているパートナーを標識できるTRIO法が開発された<ref><pubmed>26085623</pubmed></ref><ref><pubmed>26131933</pubmed></ref>。

細胞レベルでのコネクトームを理解するためには、それぞれの神経細胞とその突起の形態を高解像度で観察することが重要である。その一つの方法は顕微鏡の改良であるが、もう一つの方法論は神経組織の生体試料を観察しやすいように処理することである。特に、神経組織をホールマウントでその深部まで明確に観察できるようにするための方法論の開発が盛んである<ref><pubmed>26914203</pubmed></ref>。古くからグリセロールなどを用いて組織を[[透明化する技術]]は用いられてきたが、Atsushi MiyawakiらによるScaleの発表以来、CLARITY, iDisco, SeeDBやその改良法により、より優れたプロトコールの開発が行われてきている<ref><pubmed>25652426</pubmed></ref><ref>http://clarityresourcecenter.org/</ref>。また、Edward Boydenのグループは、組織そのものを拡大することができるExpansion Microscopyと名付けた方法を開発して注目されている<ref><pubmed>25592419</pubmed></ref>。

システムを製作し、動作させることにより理解しようという方法論であり、例えば、シミュレーションやロボティクスを用いる。小規模な研究は、既に多くの神経科学者によって実施されてきている。この手法の代表的なものが、Henry Markumらによって開始されたBlue Brain Projectであり、欧州を中心とする神経科学、情報科学プロジェクトである[[Human Brain Project]]の中核的プロジェクトと位置づけられている<ref>http://bluebrain.epfl.ch/</ref><ref><pubmed>26451489</pubmed></ref>。人工知能への関心の高まりとともに、今後の展開が注目される。<br />