Annual research review: Growth connectomics – the organization and reorganization of brain
networks during normal and abnormal development.
In de eerste decennia vinden er enorme veranderingen plaats op cognitief, sociaal, seksueel en
economisch gebied. Er vinden veranderingen plaats in de synaptische verbindingen en myelinisering,
corticale dikte en het volume van witte stof. Deze veranderingen kunnen samengaan met
veranderingen in de structurele netwerken van interacterende cellen. Ook weten we dat hogere
cognitieve processen die belangrijk zijn in de volwassenheid niet gelokaliseerd zijn op één bepaald
gebied. In plaats daarvan ontstaan ze waarschijnlijk door interacties tussen meerdere regionale
populaties cellen. Daarom wordt verwacht dat brede gedragsveranderingen van de normale
kindertijd en adolescentie samengaan met belangrijke veranderingen in anatomische en functionele
hersennetwerken.
Growth-connectomics zijn onderzoeken die grafieken hebben gebruikt om de ontwikkeling van
hersennetwerken te analyseren. Connectomie = Beschrijving van connecties op microniveau tussen
neuronen en synapsen binnen het centrale zenuwstelsel en beschrijving op macroniveau van de
structurele en functionele verbindingen tussen grote corticale en subcorticale gebieden. Het
probeert het menselijk connectoom in kaart te brengen. Connectoom zijn alle verbindingen die je
hebt in de hersenen. Er wordt gekeken hoe de hersengebieden met elkaar verbonden zijn, waar
belangrijke knooppunten liggen en hoe we daarmee bepaalde activiteiten kunnen uitvoeren.
Netwerktheorie of grafentheorie = een theorie die een beschrijving geeft hoe grootschalige (large
scale) en kleinschalige (small world) netwerken zijn opgebouwd. Elk
netwerk bestaat uit knooppunten (nodes) die met elkaar
verbonden (edges) zijn en elk knooppunt heeft een bepaald aantal
verbindingen of connecties (node, hub, rich clubs).
Een voorbeeld van een organisatorisch structuur is het small-world
fenomeen waarbij netwerken gelijktijdig stern geclusterd zijn
(nodes die met elkaar verbonden zijn hebben waarschijnlijk ook
veel dichtstbijzijnd, eerstegraads buren met elkaar gemeen) en
zeer efficiënt (de gemiddelde weglengte tussen een paar nodes is
kort). De mate van een node is het aantal verbindingen die het
heeft met de rest van het netwerk. De meeste nodes hebben
slechts een aantal verbindingen maar een paar nodes zijn op grote
schaal verbonden. High-degree nodes worden ook wel hubs of rich
nodes genoemd. Hubs zijn nodes met veel edges (=axon en synaps,
axonen, axonbundels of witte stof banen). De minimale weglengte
is het aantal edges die afgelegd moeten worden van de ene node
naar een andere. Netwerken waarvan de gemiddelde weglengte
van een node naar de andere node klein is, heeft een hoge globale
efficiëntie. De clustering coëfficient meet het aantal verbindingen
die bestaat tussen de dichtstbijzijnde, eerstegraads buren van een node als proportie van het
maximaal mogelijke aantal verbindingen. Deze edges vormen triangulaire verbindingen rondom de
node. Dit verhoogt de lokale efficiëntie door de weglengte tussen de buren van de node te
verkleinen. Een ander kenmerk van de organisatie van netwerken is modulariteit. Hersensystemen
hebben de neiging om georganiseerd te zijn in modules met een hoog niveau van interactie binnen
modules en meer verspreidere verbindingen. Modules zijn dus kleinschalige netwerken met een
gespecialiseerde functie.
Het grootste gedeelte van de neurogenese en neuronale migratie is compleet rond week 20 na de
conceptie. Op dit tijdstip beginnen axonen te vormen en neemt de dichtheid van verbindingen toe
tot ongeveer week 27 na de conceptie. Na de geboorte vindt er een enorme groei van axonen plaats.
networks during normal and abnormal development.
In de eerste decennia vinden er enorme veranderingen plaats op cognitief, sociaal, seksueel en
economisch gebied. Er vinden veranderingen plaats in de synaptische verbindingen en myelinisering,
corticale dikte en het volume van witte stof. Deze veranderingen kunnen samengaan met
veranderingen in de structurele netwerken van interacterende cellen. Ook weten we dat hogere
cognitieve processen die belangrijk zijn in de volwassenheid niet gelokaliseerd zijn op één bepaald
gebied. In plaats daarvan ontstaan ze waarschijnlijk door interacties tussen meerdere regionale
populaties cellen. Daarom wordt verwacht dat brede gedragsveranderingen van de normale
kindertijd en adolescentie samengaan met belangrijke veranderingen in anatomische en functionele
hersennetwerken.
Growth-connectomics zijn onderzoeken die grafieken hebben gebruikt om de ontwikkeling van
hersennetwerken te analyseren. Connectomie = Beschrijving van connecties op microniveau tussen
neuronen en synapsen binnen het centrale zenuwstelsel en beschrijving op macroniveau van de
structurele en functionele verbindingen tussen grote corticale en subcorticale gebieden. Het
probeert het menselijk connectoom in kaart te brengen. Connectoom zijn alle verbindingen die je
hebt in de hersenen. Er wordt gekeken hoe de hersengebieden met elkaar verbonden zijn, waar
belangrijke knooppunten liggen en hoe we daarmee bepaalde activiteiten kunnen uitvoeren.
Netwerktheorie of grafentheorie = een theorie die een beschrijving geeft hoe grootschalige (large
scale) en kleinschalige (small world) netwerken zijn opgebouwd. Elk
netwerk bestaat uit knooppunten (nodes) die met elkaar
verbonden (edges) zijn en elk knooppunt heeft een bepaald aantal
verbindingen of connecties (node, hub, rich clubs).
Een voorbeeld van een organisatorisch structuur is het small-world
fenomeen waarbij netwerken gelijktijdig stern geclusterd zijn
(nodes die met elkaar verbonden zijn hebben waarschijnlijk ook
veel dichtstbijzijnd, eerstegraads buren met elkaar gemeen) en
zeer efficiënt (de gemiddelde weglengte tussen een paar nodes is
kort). De mate van een node is het aantal verbindingen die het
heeft met de rest van het netwerk. De meeste nodes hebben
slechts een aantal verbindingen maar een paar nodes zijn op grote
schaal verbonden. High-degree nodes worden ook wel hubs of rich
nodes genoemd. Hubs zijn nodes met veel edges (=axon en synaps,
axonen, axonbundels of witte stof banen). De minimale weglengte
is het aantal edges die afgelegd moeten worden van de ene node
naar een andere. Netwerken waarvan de gemiddelde weglengte
van een node naar de andere node klein is, heeft een hoge globale
efficiëntie. De clustering coëfficient meet het aantal verbindingen
die bestaat tussen de dichtstbijzijnde, eerstegraads buren van een node als proportie van het
maximaal mogelijke aantal verbindingen. Deze edges vormen triangulaire verbindingen rondom de
node. Dit verhoogt de lokale efficiëntie door de weglengte tussen de buren van de node te
verkleinen. Een ander kenmerk van de organisatie van netwerken is modulariteit. Hersensystemen
hebben de neiging om georganiseerd te zijn in modules met een hoog niveau van interactie binnen
modules en meer verspreidere verbindingen. Modules zijn dus kleinschalige netwerken met een
gespecialiseerde functie.
Het grootste gedeelte van de neurogenese en neuronale migratie is compleet rond week 20 na de
conceptie. Op dit tijdstip beginnen axonen te vormen en neemt de dichtheid van verbindingen toe
tot ongeveer week 27 na de conceptie. Na de geboorte vindt er een enorme groei van axonen plaats.
