Az emberi agy egyedfejlődését vizsgálják

A Scientific Reports-ban 2017. november 23-án publikált cikkükben az ELTE PIT Bioinformatikai Csoportjának kutatói – Szalkai Balázs doktorjelölt, Varga Bálint doktorandusz és Grolmusz Vince professzor – arról számolnak be, hogy felnőttek agyi kapcsolatainak matematikai elemzésével a magzati és csecsemőkori agyi fejlődésre lehet következtetni.

Az emberi agy kapcsolatainak fejlődéséről keveset tudunk. Az agy különböző részei közötti kapcsolatok nagy része a magzati és a csecsemőkorban fejlődik ki, így a kapcsolatok létrejöttének követése igen nehéz feladat. A rágcsálókon végzett, az agyi kapcsolatok sejtszintű fejlődését leíró elektronmikroszkópos vizsgálatokkal egyszerre csak egy idegsejt kapcsolatait lehet felderíteni, és a módszer nem alkalmazható emberre.

Az ELTE PIT Bioinformatikai Csoportjának kutatói nem a magzati- és csecsemőkorban készült adatokból, hanem sok, 22 és 35 év közötti felnőtt agyi összeköttetéseinek vizsgálatából írták le és elemezték az általuk már korábban felfedezett CCD (Consensus Connectome Dynamics, konszenzus konnektóm dinamika) jelenséget, amely – feltevésük szerint – jól írja le az agyi kapcsolatok egyedfejlődését.

A jelenség az agyi kapcsolatok fa-, illetve bokorszerű növekedését írja le, amely jól látható a következő Youtube videón is.

A kutatók a nagy amerikai Human Connectome Project MRI adathalmazának matematikai vizsgálatából jutottak erre a következtetésre, amely több száz egészséges felnőtt adatait tartalmazza.

A Scientific Reports-ban 2017. november 23-án publikált cikk fő eredménye az, hogy egymástól független adathalmazokból lényegében ugyanolyan agyi kapcsolatfejlődési sorrendre lehet következtetni, így ez a sorrend nem az adathalmazok sajátsága, hanem nagy valószínűséggel biológiai jelenség, amely valóban az agyi kapcsolatok fejlődését írja le. A kutatók azt kapták, hogy matematikai eszközökkel sok felnőtt agyi kapcsolatainak elemzésével a magzati és csecsemőkori agyi fejlődésre lehet következtetni!

A másik fő eredmény az így tapasztalt kapcsolatnövekedési struktúra (bokor vagy fa) matematikai szimulációja: a szakemberek úgy találták, hogy egyes kapcsolatok létrejöttének valószínűsége a kapcsolat által összekötött két végpont szomszédai számának összegével arányos. Ez az eredmény hasonlít a World Wide Web gráfjának matematikai leírásához, ahol is az új csúcsok a régi csúcsok szomszédai számával arányos valószínűséggel kapcsolódnak a már meglévő csúcsokhoz, azaz nagyobb valószínűséggel kapcsolódnak már amúgy is sok szomszédú csúcsokhoz.