Connectome
کنیکٹوم () دماغ میں عصبی رابطوں کا ایک جامع نقشہ ہے، اور اسے اس کا "وائرنگ خاکہ" سمجھا جا سکتا ہے۔ کسی جاندار کا اعصابی نظام نیوران سے بنا ہوتا ہے جو مطابقت پذیری کے ذریعے بات چیت کرتے ہیں۔ ایک کنیکٹوم اعصابی نظام میں نیوران کا سراغ لگا کر اور نقشہ سازی کے ذریعے بنایا جاتا ہے جہاں نیوران مطابقت پذیری کے ذریعے جڑے ہوتے ہیں۔ کنیکٹوم کی اہمیت اس احساس سے پیدا ہوتی ہے کہ انسانی دماغ کی ساخت اور فنکشن دماغ کے رابطے کی متعدد سطحوں اور طریقوں کے ذریعے پیچیدہ طور پر جڑے ہوئے ہیں۔ ایسی مضبوط قدرتی رکاوٹیں ہیں جن پر نیوران یا عصبی آبادی تعامل کر سکتی ہیں، یا ان کے تعاملات کتنے مضبوط یا براہ راست ہیں۔ درحقیقت، انسانی ادراک کی بنیاد کنیکٹوم کی شکل میں متحرک تعاملات کے نمونے میں مضمر ہے۔ اس طرح کی پیچیدہ اور متغیر ساخت-فنکشن میپنگ کے باوجود، کنیکٹوم متحرک دماغی ڈیٹا کی میکانکی تشریح کے لیے ایک ناگزیر بنیاد ہے، سنگل سیل ریکارڈنگ سے لے کر فنکشنل نیورو امیجنگ تک۔ اصطلاح کی ابتدا اور استعمال 2005 میں، انڈیانا یونیورسٹی کے ڈاکٹر اولاف سپورنس اور لوزان یونیورسٹی ہسپتال کے ڈاکٹر پیٹرک ہیگمین نے آزادانہ طور پر اور بیک وقت دماغ کے اندر عصبی رابطوں کے نقشے کا حوالہ دینے کے لیے "کنیکٹوم" کی اصطلاح تجویز کی۔ یہ اصطلاح براہ راست انسانی جینیاتی کوڈ کو ترتیب دینے کی جاری کوشش سے متاثر تھی-ایک جینوم بنانے کے لیے۔ "کنیکٹومکس" (ہیگ مین، 2005) کی تعریف کنیکٹوم ڈیٹا سیٹوں کو جمع کرنے اور تجزیہ کرنے سے متعلق سائنس کے طور پر کی گئی ہے۔ ان کے 2005 کے مقالے میں، "دی ہیومن کنیکٹوم، انسانی دماغ کی ساختی تفصیل"، سپورنس اور دیگر۔ لکھا: نیٹ ورک کے کام کاج کو سمجھنے کے لیے، کسی کو اس کے عناصر اور ان کے باہمی رابطوں کو جاننا چاہیے۔ اس مضمون کا مقصد تحقیقی حکمت عملیوں پر تبادلہ خیال کرنا ہے جس کا مقصد انسانی دماغ کی تشکیل کرنے والے عناصر اور رابطوں کے نیٹ ورک کی جامع ساختی وضاحت ہے۔ ہم اس ڈیٹا سیٹ کو انسانی "کنیکٹوم" کہنے کی تجویز کرتے ہیں، اور ہم دلیل دیتے ہیں کہ یہ علمی نیورو سائنس اور نیورو سائیکولوجی میں بنیادی طور پر اہم ہے۔ کنیکٹوم ہماری سمجھ میں نمایاں اضافہ کرے گا کہ دماغ کی فعال حالتیں ان کے بنیادی ساختی سبسٹریٹ سے کیسے ابھرتی ہیں، اور اس بات کی نئی میکانکی بصیرت فراہم کرے گی کہ اگر اس ساختی سبسٹریٹ میں خلل پڑتا ہے تو دماغ کا کام کیسے متاثر ہوتا ہے۔ اپنے 2005 کے پی ایچ ڈی مقالے، پھیلاو ایم آر آئی سے لے کر دماغی کنیکٹومکس تک، میں، ہیگ مین نے لکھا: یہ واضح ہے کہ، جینوم کی طرح، جو صرف جینوں کے جوڑے سے کہیں زیادہ ہے، دماغ میں تمام نیورونل رابطوں کا مجموعہ ان کے انفرادی اجزاء کے مجموعے سے کہیں زیادہ ہے۔ جینوم خود ایک وجود ہے، کیونکہ یہ ٹھیک ٹھیک جین کے تعامل سے ہے جو [زندگی] ابھرتا ہے۔ اسی طرح، کوئی بھی دماغ کے کنیکٹوم، تمام نیورونل کنکشنز کے سیٹ کو ایک واحد وجود کے طور پر سمجھ سکتا ہے، اس طرح اس حقیقت پر زور دیتا ہے کہ دماغ کی بہت بڑی نیورونل مواصلاتی صلاحیت اور کمپیوٹیشنل طاقت تنقیدی طور پر اس لطیف اور ناقابل یقین حد تک پیچیدہ کنیکٹوٹی فن تعمیر پر انحصار کرتی ہے۔ کنیکٹوم کی اصطلاح کو حال ہی میں سیبسٹین سیونگ کی 2010 کی ٹی ای ڈی کانفرنس میں دی گئی آئی ایم مائی کنیکٹوم تقریر نے مقبول کیا تھا، جس میں انسانی کنیکٹوم کی نقشہ سازی کے اعلی سطحی اہداف کے ساتھ ساتھ مائکرو اسکیل پر دماغ کے بافتوں کا تین جہتی عصبی نقشہ بنانے کی جاری کوششوں پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔ 2012 میں، سیونگ نے کتاب کنیکٹوم شائع کی: دماغ کی وائرنگ ہمیں کیسے بناتی ہے کہ ہم کون ہیں۔ طریقے دماغ کے نیٹ ورک کی تعریف پیمانے کی مختلف سطحوں پر کی جا سکتی ہے، جو دماغ کی امیجنگ میں مقامی ریزولوشن کی سطح سے مطابقت رکھتی ہے (کوٹر، 2007، سپورنس، 2010)۔ ان ترازو کو تقریبا میکروسکل، میسو اسکیل اور مائکرو اسکیل کے طور پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ بالآخر، مختلف پیمانوں پر حاصل کردہ کنیکٹومک نقشوں کو کسی دی گئی نوع کی عصبی تنظیم کے واحد درجہ بندی کے نقشے میں شامل کرنا ممکن ہو سکتا ہے جو واحد نیوران سے لے کر نیوران کی آبادی تک بڑے نظاموں جیسے کورٹیکل علاقوں تک ہوتا ہے۔ بنیادی تجرباتی اعداد و شمار سے رابطے کا اندازہ لگانے میں شامل طریقہ کار کی غیر یقینی صورتحال کو دیکھتے ہوئے، اور یہ دیکھتے ہوئے کہ مختلف افراد کے کنیکٹومز میں بڑے فرق ہونے کا امکان ہے، کوئی بھی متحد نقشہ ممکنہ طور پر رابطے کے اعداد و شمار کی ممکنہ نمائندگی پر انحصار کرے گا (سپورنس ایٹ ال۔، 2005)۔ میکروسکل میکروسکل (ملی میٹر ریزولوشن) پر ایک کنیکٹوم دماغ کے بڑے نظاموں کو پکڑنے کی کوشش کرتا ہے جنہیں جسمانی طور پر الگ الگ ماڈیولز (علاقوں، پارسلز یا نوڈس) میں پارسل کیا جا سکتا ہے، ہر ایک میں رابطے کا ایک الگ نمونہ ہوتا ہے۔ میسو اسکیل اور میکروسکل پر کنیکٹومک ڈیٹا بیس سیلولر ریزولوشن کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ کمپیکٹ ہو سکتے ہیں، لیکن انہیں نیٹ ورک نوڈس میں عصبی حجم کے درست جسمانی یا فعال پارسلشن کے لیے موثر حکمت عملیوں کی ضرورت ہوتی ہے (پیچیدگیوں کے لیے دیکھیں، مثال کے طور پر، والیس اور دیگر۔، 2004)۔ دماغی تحقیق کے قائم شدہ طریقے، جیسے کہ ایکسونل ٹریسنگ، کنیکٹوم ڈیٹا سیٹس کی تعمیر کے لیے ابتدائی راستے فراہم کرتے ہیں۔ تاہم، زندہ مضامین میں حالیہ پیش رفت غیر ناگوار امیجنگ ٹیکنالوجیز جیسے ڈفیوژن ویٹڈ مقناطیسی گونج امیجنگ (ڈی ڈبلیو-ایم آر آئی) اور فنکشنل مقناطیسی گونج امیجنگ (ایف ایم آر آئی) کے استعمال سے ہوئی ہے۔ پہلا، جب ٹریکٹگرافی کے ساتھ مل کر دماغ میں فائبر کے بڑے بنڈلوں کی تعمیر نو کی اجازت دیتا ہے۔ دوسرا محقق کو دماغ کی نیٹ ورک سرگرمی (یا تو آرام سے یا ہدایت شدہ کاموں کو انجام دیتے ہوئے) پر قبضہ کرنے کی اجازت دیتا ہے، جس سے دماغ کے ساختی اور جسمانی طور پر الگ الگ علاقوں کی شناخت ممکن ہوتی ہے جو فعال طور پر جڑے ہوئے ہیں۔ قابل ذکر بات یہ ہے کہ ڈبلیو یو-من کنسورشیم کی قیادت میں ہیومن کنیکٹوم پروجیکٹ کا مقصد متعدد امیجنگ ٹیکنالوجیز اور قراردادوں کے امتزاج کا استعمال کرتے ہوئے میکرو پیمانے پر صحت مند انسانی دماغ کا ساختی اور فعال نقشہ بنانا ہے۔ رابطے کی نقشہ سازی میں حالیہ پیش رفت 2000 کی دہائی کے دوران، متعدد تفتیش کاروں نے انسانی دماغی پرانتستا کے بڑے پیمانے پر ساختی فن تعمیر کا نقشہ بنانے کی کوشش کی ہے۔ ایک کوشش نے افراد میں cortical موٹائی یا حجم میں کراس ارتباط کا استحصال کیا (He et al., 2007)۔ اس طرح کے سرمئی مادے کی موٹائی کے ارتباط کو ساختی رابطوں کی موجودگی کے اشارے کے طور پر پیش کیا گیا ہے۔ اس نقطہ نظر کی ایک خرابی یہ ہے کہ یہ کورٹیکل کنکشن کے نمونوں کے بارے میں انتہائی بالواسطہ معلومات فراہم کرتا ہے اور کسی موضوع کے گروپ میں سیٹ کردہ واحد کنکشن ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے بڑی تعداد میں افراد کے ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے۔ دیگر تفتیش کاروں نے ڈی ڈبلیو-ایم آر آئی امیجنگ ڈیٹا سے پورے دماغ سے منسلک میٹرکس بنانے کی کوشش کی ہے۔ بلیو برین پروجیکٹ جوہری کنارے پر تیز کیے گئے ہیرے کے چاقو اور ٹشو سلائسز کی امیجنگ کے لیے الیکٹران مائکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے پورے ماؤس کنیکٹوم کی تعمیر نو کی کوشش کر رہا ہے۔ میکروسکل کنیکٹومکس کے لیے چیلنج میکروسکل ہیومن کنیکٹومکس میں ابتدائی کھوج یا تو یکساں سائز کے علاقوں یا جسمانی علاقوں کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی تھی جن کا دماغ کی بنیادی فعال تنظیم سے غیر واضح تعلق تھا (مثال کے طور پر۔ گیرال اور سلکل پر مبنی علاقے)۔ اگرچہ ان طریقوں سے بہت کچھ سیکھا جا سکتا ہے، لیکن دماغ کو فعال طور پر الگ الگ پارسلز میں تقسیم کرنا انتہائی مطلوب ہے: دماغ کے علاقے جن میں الگ آرکیٹیکٹونکس، کنیکٹوٹی، فنکشن، اور/یا ٹپوگرافی (فیلمین اور وان ایسسن، 1991) ہیں۔ درست پارسلشن میکروسکل کنیکٹوم میں ہر نوڈ کو ایک الگ کنیکٹوٹی پیٹرن اور فنکشنل پروفائل کے ساتھ جوڑ کر زیادہ معلوماتی ہونے کی اجازت دیتا ہے۔ پرانتستا کے مقامی علاقوں کا پارسلشن ڈفیوژن ٹریکٹگرافی (بیک مین اور دیگر) کا استعمال کرتے ہوئے مکمل کیا گیا ہے۔ 2009) اور فنکشنل کنیکٹوٹی (نیلسن اور دیگر۔ 2010) غیر جارحانہ طور پر رابطے کے نمونوں کی پیمائش کرنے اور مختلف رابطے کے نمونوں کی بنیاد پر کورٹیکل علاقوں کی وضاحت کرنے کے لیے۔ اس طرح کے تجزیے پورے دماغ کے پیمانے پر اور غیر حملہ آور طریقوں کو مربوط کرکے بہترین طریقے سے کیے جا سکتے ہیں۔ درست پورے دماغ کا پارسلشن عام دماغ کے لیے زیادہ درست میکروسکل کنیکٹومز کا باعث بن سکتا ہے، جس کا موازنہ پھر بیماری کی حالتوں سے کیا جا سکتا ہے۔ دماغی سفید مادے کے ذریعے راستوں کو ہسٹولوجیکل ڈسیکشن اور داغ لگانے، انحطاط کے طریقوں اور محوری سراغ لگانے کے ذریعے چارٹ کیا جا سکتا ہے۔ ایکسونل ٹریسنگ کے طریقے سرمئی مادے کے علاقوں کے درمیان وسیع، پرجاتیوں سے متعلق مخصوص جسمانی تعلق میٹرکس میں طویل فاصلے کے راستوں کی منظم چارٹنگ کے لیے بنیادی بنیاد بناتے ہیں۔ تاریخی مطالعات میں مکاک کے بصری پرانتستا کے علاقوں اور رابطوں کو شامل کیا گیا ہے (فیلمین اور وان ایسسن، 1991) اور بلی کے دماغ میں تھیلاموکورٹیکل نظام (اسکینیل اور دیگر، 1999)۔ اناٹومیکل کنیکٹیویٹی کے لیے نیورو انفارمیٹکس ڈیٹا بیس کی ترقی اس طرح کے اناٹومیکل کنکشن میپس کی مسلسل اپ ڈیٹ اور اصلاح کی اجازت دیتی ہے۔ آن لائن مکاک کورٹیکس کنیکٹوٹی ٹول کوکو میک (کوٹر، 2004) اور چوہے کا عارضی لوب کنیکٹوم اس طرح کے ڈیٹا بیس کی نمایاں مثالیں ہیں۔ میسو اسکیل ایک "میسو اسکیل" کنیکٹوم سینکڑوں مائکرو میٹر کے مقامی ریزولوشن سے مطابقت رکھتا ہے۔ ہر انفرادی نیوران کا نقشہ بنانے کی کوشش کرنے کے بجائے، میسو اسکیل پر ایک کنیکٹوم جسمانی اور/یا فعال طور پر مختلف نیورونل آبادیوں کو پکڑنے کی کوشش کرے گا، جو مقامی سرکٹس (جیسے. cortical کالم) جو سینکڑوں یا ہزاروں انفرادی نیوران کو جوڑتے ہیں۔ یہ پیمانہ اب بھی اس وقت ایک بہت ہی مہتواکانکشی تکنیکی چیلنج پیش کرتا ہے اور مقامی پیمانے پر صرف چھوٹے پیمانے پر ناگوار تکنیکوں یا بہت زیادہ فیلڈ مقناطیسی گونج امیجنگ (ایم آر آئی) کے ساتھ جانچ کی جا سکتی ہے۔ مائکرو اسکیل "مائکرو اسکیل" (مائکرو میٹر ریزولوشن) پر کنیکٹوم کی نقشہ سازی کا مطلب اعصابی نظام، نیوران بہ نیوران کا مکمل نقشہ بنانا ہے۔ ایسا کرنے کا چیلنج واضح ہو جاتا ہے: دماغ پر مشتمل نیوران کی تعداد آسانی سے زیادہ پیچیدہ حیاتیات میں اربوں تک پہنچ جاتی ہے۔ اکیلے انسانی دماغی پرانتستا 1010 نیوران کی ترتیب پر مشتمل ہوتا ہے جو 1014 سنپیٹک رابطوں سے جڑے ہوتے ہیں۔ اس کے مقابلے میں، انسانی جینوم میں بیس جوڑوں کی تعداد 3 × 109 ہے۔ آج مائکرو اسکیل پر انسانی کنیکٹوم کی تعمیر کے چند اہم چیلنجز میں شامل ہیں: موجودہ ٹیکنالوجی کے پیش نظر ڈیٹا اکٹھا کرنے میں کئی سال لگیں گے، مشین وژن ٹولز ڈیٹا کو انٹوٹ کرنے کے لیے اپنی ابتدائی حالت میں ہیں، اور ناکافی ہیں، اور نہ ہی نظریہ اور نہ ہی الگورتھم آسانی سے دستیاب ہیں جس کے نتیجے میں دماغی گراف کا تجزیہ کیا جاتا ہے۔ ڈیٹا اکٹھا کرنے کے مسائل کو حل کرنے کے لیے، کئی گروپ ہائی تھرو پٹ سیریل الیکٹران خوردبین بنا رہے ہیں (کاستوری اور دیگر، 2009 ؛ بوک اور دیگر۔ 2011)۔ مشین وژن اور امیج پروسیسنگ کے مسائل کو حل کرنے کے لیے، اوپن کنیکٹوم پروجیکٹ اس رکاوٹ کو الگ سورسنگ (الگورتھم آؤٹ سورسنگ) کرتا ہے۔ آخر میں، شماریاتی گراف تھیوری ایک ابھرتا ہوا شعبہ ہے جو ان دماغی گرافوں کو تجزیہ کرنے کے لیے جدید ترین نمونوں کی شناخت اور تخمینہ کے اوزار تیار کر رہا ہے (گولڈن برگ اور دیگر، 2009)۔ موجودہ غیر ناگوار امیجنگ تکنیک دماغ کی سرگرمی کو نیوران بہ نیوران کی سطح پر نہیں پکڑ سکتی۔ ریڑھ کی ہڈی والے جانوروں میں سیلولر سطح پر کنیکٹوم کی نقشہ سازی کے لیے فی الحال دماغ کے بافتوں کے محدود حصوں کے پوسٹ مارٹم (موت کے بعد) خوردبین تجزیہ کی ضرورت ہوتی ہے۔ غیر نظری تکنیکیں جو ہائی تھرو پٹ ڈی این اے سیکوینسنگ پر انحصار کرتی ہیں حال ہی میں انتھونی زاڈور (سی ایس ایچ ایل) نے تجویز کی ہیں۔ روایتی ہسٹولوجیکل سرکٹ کی نقشہ سازی کے نقطہ نظر امیجنگ پر انحصار کرتے ہیں اور اس میں سیل سٹیننگ کے لیے لائٹ مائکروسکوپک تکنیک، ٹریکٹ ٹریسنگ کے لیے لیبلنگ ایجنٹوں کا انجیکشن، یا کیمیائی دماغ کا تحفظ، الیکٹران مائکروسکوپی (ای ایم) کے ذریعے سیریل سیکشنڈ ٹشو بلاکس کا سٹیننگ اور تعمیر نو شامل ہیں۔ جب کنیکٹومکس کے لیے تعیناتی کی بات آتی ہے تو ان کلاسیکی طریقوں میں سے ہر ایک میں مخصوص خرابیاں ہوتی ہیں۔ واحد خلیوں کا داغ، مثال کے طور پر۔ گولگی داغ کے ساتھ، سیلولر عمل اور رابطے کا سراغ لگانے کے لیے لائٹ مائکروسکوپی کے محدود ریزولوشن کے ساتھ ساتھ طویل فاصلے کے تخمینوں کو پکڑنے میں مشکلات کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ ٹریکٹ ٹریسنگ، جسے اکثر دماغ میں طویل فاصلے کے راستوں کا پتہ لگانے کے لیے نیورواناٹومی کے "گولڈ اسٹینڈرڈ" کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، عام طور پر صرف کافی بڑی خلیوں کی آبادی اور واحد محوری راستوں کا سراغ لگانے کی اجازت دیتا ہے۔ ای ایم کی تعمیر نو کو سی ایلیگنس کنیکٹوم (وائٹ ایٹ ال۔، 1986) کی تالیف کے لیے کامیابی سے استعمال کیا گیا۔ تاہم، پورے اعصابی نظام کے بڑے ٹشو بلاکس پر ایپلی کیشنز کو روایتی طور پر طویل فاصلے پر پھیلے ہوئے تخمینوں کے ساتھ دشواری کا سامنا کرنا پڑا ہے۔ سیلولر سطح پر نیورل کنیکٹوٹی کی نقشہ سازی میں حالیہ پیش رفت کلاسیکی تکنیکوں کی حدود پر قابو پانے اور سیلولر کنیکٹوم ڈیٹا سیٹس کو مرتب کرنے کے لیے اہم نئی امید پیش کرتی ہے (لائیوٹ ایٹ ال۔، 2007 ؛ لیکٹمین ایٹ ال۔، 2008)۔ برینبو کا استعمال کرتے ہوئے، جو کہ کئی فلوروسینٹ پروٹین کے اسٹاکسٹک اظہار پر مبنی ایک مشترکہ رنگین لیبلنگ کا طریقہ ہے، جیف ڈبلیو لیکٹمین اور ان کے ساتھی انفرادی نیوران کو 100 سے زیادہ مختلف رنگوں میں سے کسی ایک سے نشان زد کرنے میں کامیاب رہے۔ ایک ممتاز رنگ کے ساتھ انفرادی نیوران کی لیبلنگ پھر ٹشو کے ایک بلاک کے اندر طویل عمل سمیت ان کے سیلولر ڈھانچے کا سراغ لگانے اور تعمیر نو کی اجازت دیتی ہے۔ مارچ 2011 میں، جریدے نیچر نے مائیکرو کنیکٹومز: بوک اور دیگر پر مضامین کا ایک جوڑا شائع کیا۔ اور بریگ مین اور دیگر۔ دونوں مضامین میں، مصنفین نے پہلے خلیوں کے ایک چھوٹے سے ذیلی سیٹ کی فعال خصوصیات کو نمایاں کیا، اور پھر جزوی ذیلی گراف حاصل کرنے کے لیے ان خلیوں سے نکلنے والے عمل کے ذیلی سیٹ کا دستی طور پر سراغ لگایا۔ کھلی سائنس کے اصولوں کے مطابق، بوک اور دیگر کے مصنفین۔ (2011) نے عوامی رسائی کے لیے اپنا ڈیٹا جاری کیا ہے۔ بوک اور دیگر کی طرف سے مکمل ریزولوشن 12 ٹیرابائٹ ڈیٹا سیٹ۔ نیورو ڈیٹا پر دستیاب ہے۔ آزادانہ طور پر، کئی سو خلیوں کے درمیان فعال تعاملات کی اہم ٹوپولوجیز کا بھی بتدریج اعلان ہونے والا ہے (شمونو اور بیگز، 2014)۔ ماؤس کے پورے دماغ میں الٹرا انفراسٹرکچر سرکٹ میپنگ کو بڑھانا فی الحال جاری ہے (میکولا، 2012)۔ نقشہ سازی کے رابطے کے لیے ایک متبادل نقطہ نظر حال ہی میں زاڈور اور ساتھیوں (زاڈور اور دیگر، 2012) کی طرف سے تجویز کیا گیا تھا۔ زاڈور کی تکنیک، جسے BOINC (انفرادی نیورونل کنکشنز کی بارکوڈنگ) کہا جاتا ہے، نیورل سرکٹس کا نقشہ بنانے کے لیے ہائی تھرو پٹ ڈی این اے سیکوینسنگ کا استعمال کرتی ہے۔ مختصر طور پر، نقطہ نظر میں ہر نیوران کو ایک منفرد ڈی این اے بارکوڈ کے ساتھ لیبل لگانا، مطابقت پذیری طور پر جوڑے ہوئے نیوران کے درمیان بارکوڈ منتقل کرنا (مثال کے طور پر سویڈ ہرپس وائرس 1، ایس یو ایچ وی 1 کا استعمال کرنا)، اور مطابقت پذیری جوڑی کی نمائندگی کے لیے بارکوڈ کا فیوژن شامل ہے۔ اس نقطہ نظر میں سستے، تیز اور انتہائی اعلی پیداوار ہونے کی صلاحیت ہے۔ 2016 میں، ریاستہائے متحدہ کی حکومت کی انٹیلی جنس ایڈوانسڈ ریسرچ پروجیکٹس ایکٹیویٹی نے برین انیشی ایٹو کے حصے کے طور پر، چوہوں کے بصری پرانتستا کے ایک کیوبک ملی میٹر کا نقشہ بنانے کے لیے ایک پانچ سالہ، ملٹی انسٹی ٹیوٹ پروجیکٹ مائیکروس کا آغاز کیا۔ اگرچہ حیاتیاتی بافتوں کا صرف ایک چھوٹا سا حجم ہے، لیکن اس پروجیکٹ سے اس وقت موجود سب سے بڑے مائیکرو اسکیل کنیکٹومکس ڈیٹا سیٹس میں سے ایک حاصل ہوگا۔ فنکشنل کنیکٹیویٹی کی نقشہ سازی آرام کی حالت میں اور کاموں کے دوران ایف ایم آر آئی کا استعمال کرتے ہوئے کنیکٹوم سرکٹس کے افعال کا مطالعہ کیا جا رہا ہے۔ جس طرح زمین کی سطح کے تفصیلی روڈ میپس ہمیں ان سڑکوں پر سفر کرنے والی گاڑیوں کی قسم یا وہ کس کارگو کو کھینچ رہے ہیں اس کے بارے میں زیادہ نہیں بتاتے ہیں، اسی طرح یہ سمجھنے کے لیے کہ اعصابی ڈھانچے کس طرح شعور جیسے مخصوص فعال رویے کا نتیجہ بنتے ہیں، ایسے نظریات بنانا ضروری ہے جو افعال کو جسمانی رابطے سے متعلق کریں۔ تاہم، ساختی اور فعال رابطے کے درمیان تعلق سیدھا نہیں ہے۔ پورے دماغ کے نیٹ ورک کی حرکیات کے کمپیوٹیشنل ماڈل فنکشنل کنیکٹوٹی کی تشکیل میں اناٹومیکل نیٹ ورک کے کردار کی تحقیقات کے لیے قیمتی اوزار ہیں۔ خاص طور پر، کمپیوٹیشنل ماڈلز کو کنیکٹوم میں زخموں کے متحرک اثر کی پیش گوئی کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ نیٹ ورک یا گراف کے طور پر کنیکٹوم کا نیٹ ورک سائنس اور گراف تھیوری کے ذریعے نیٹ ورک کے طور پر مطالعہ کیا جا سکتا ہے۔ مائیکرو اسکیل کنیکٹوم کی صورت میں، اس نیٹ ورک کے نوڈس (یا گراف) نیوران ہوتے ہیں، اور کنارے ان نیوران کے درمیان مطابقت پذیری سے مطابقت رکھتے ہیں۔ میکرو اسکیل کنیکٹوم کے لیے، نوڈس آر او آئی (دلچسپی کے علاقوں) سے مطابقت رکھتے ہیں، جبکہ گراف کے کنارے ان علاقوں کو آپس میں جوڑنے والے محوروں سے اخذ کیے جاتے ہیں۔ اس طرح کنیکٹومز کو بعض اوقات دماغی گراف کہا جاتا ہے، کیونکہ وہ درحقیقت ریاضیاتی معنوں میں گراف ہوتے ہیں جو دماغ میں رابطوں (یا، وسیع تر معنوں میں، پورے اعصابی نظام) کو بیان کرتے ہیں۔ محققین کے ایک گروپ (Iturria-Medina et al.، 2008) نے ڈفیوژن ٹینسر امیجنگ (DTI) کا استعمال کرتے ہوئے کنیکٹوم ڈیٹا سیٹ بنائے ہیں جس کے بعد 70-90 کورٹیکل اور بیسال برین گرے میٹر کے علاقوں کے درمیان اوسط کنکشن کے امکانات کا مشتق ہوتا ہے۔ تمام نیٹ ورکس میں چھوٹی دنیا کی صفات اور "وسیع پیمانے پر" ڈگری کی تقسیم پائی گئی۔ ان نیٹ ورکس میں بیچینیس سنٹرلٹی کے تجزیے نے پریکونیس، انسولہ، سپیریئر پیریٹل اور سپیریئر فرنٹل کورٹیکس کے لیے اعلی مرکزیت کا مظاہرہ کیا۔ ایک اور گروپ (گونگ اور دیگر۔ 2008) نے 78 کورٹیکل علاقوں کے درمیان جسمانی رابطوں کے نیٹ ورک کا نقشہ بنانے کے لیے ڈی ٹی آئی کا اطلاق کیا ہے۔ اس مطالعے میں انسانی دماغ کے کئی مرکز علاقوں کی بھی نشاندہی کی گئی، جن میں پریکونیس اور اعلی فرنٹل گائرس شامل ہیں۔ ہیگمن اور دیگر۔ (2007) نے فائبر کی کثافت سے ایک کنکشن میٹرکس بنایا جس کی پیمائش یکساں طور پر تقسیم شدہ اور مساوی سائز کے آر او آئی کے درمیان 500 اور 4000 کے درمیان کی گئی۔ تقریبا 1,000 آر او آئی اور دو مضامین سے تقریبا 50,000 فائبر راستوں کے لیے حاصل کردہ کنکشن میٹرکس کے مقداری تجزیے نے نیٹ ورک کے لیے ایک تیز رفتار (ایک پیمانے پر) ڈگری کی تقسیم کے ساتھ ساتھ مضبوط چھوٹی دنیا کی صفات کا مظاہرہ کیا۔ ڈیٹا سیٹ ڈفیوژن سپیکٹرم امیجنگ (ڈی ایس آئی) (ویڈن، 2005) سے اخذ کیے گئے تھے، جو ڈفیوژن ویٹڈ امیجنگ کی ایک قسم ہے جو فائبر کے راستوں کو عبور کرنے کی وجہ سے پھیلاؤ کی سمتوں میں انٹرا ووکسیل ہیٹروجینیٹیز کے لیے حساس ہے اور اس طرح دیگر پھیلاؤ امیجنگ طریقوں (ویڈن، 2008) کے مقابلے میں محوری راستوں کی زیادہ درست نقشہ سازی کی اجازت دیتا ہے۔ ہاگمن اور دیگر کے تیار کردہ نقطہ نظر کے مطابق حاصل کردہ اور اس پر کارروائی کیے گئے پورے سر والے ڈی ایس آئی ڈیٹا سیٹس کا مجموعہ۔ (2007) گراف تجزیہ ٹولز کے ساتھ جو ابتدائی طور پر جانوروں کا سراغ لگانے کے مطالعے کے لیے تصور کیے گئے تھے (سپورنس، 2006 ؛ سپورنس، 2007) انسانی کورٹیکل کنیکٹوٹی کے نیٹ ورک ڈھانچے کے تفصیلی مطالعہ کی اجازت دیتے ہیں (ہیگ مین اور دیگر، 2008)۔ انسانی دماغی نیٹ ورک کی خصوصیت نیٹ ورک تجزیہ کے طریقوں کی ایک وسیع صف کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی تھی جس میں بنیادی سڑنا، ماڈیولرٹی تجزیہ، مرکز کی درجہ بندی اور مرکزیت شامل ہیں۔ ہیگمن اور دیگر۔ انتہائی اور باہمی طور پر باہم جڑے ہوئے دماغ کے علاقوں کے ساختی مرکز کے وجود کے ثبوت پیش کیے، جو بنیادی طور پر پوسٹر میڈیئل اور پیریٹل پرانتستا میں واقع ہیں۔ کور پوسٹر سنگولیٹ پرانتستا، پریکونیس، کونیوس، پیرسینٹرل لوبول، سنگولیٹ کا استھمس، سپیریئر ٹیمپورل سلکس کے کناروں، اور کمتر اور سپیریئر پیریٹل پرانتستا کے حصوں پر مشتمل ہوتا ہے، یہ سب دماغی دونوں نصف کرہ میں واقع ہوتے ہیں۔ کنیکٹومکس کا ایک ذیلی شعبہ متعدد مضامین کے دماغی گراف کے موازنہ سے متعلق ہے۔ منتخب پیرامیٹر کے لیے صرف ایسے کناروں کی اجازت دے کر اتفاق رائے کا گراف بنانا ممکن ہے جو کم از کم کنیکٹومز میں موجود ہوں۔ بڈاپسٹ ریفرنس کنیکٹوم نے محققین کو انسانی دماغ کے گراف کی اتفاق رائے کنیکٹوم ڈائنامکس کی دریافت کی طرف راغب کیا ہے۔ کنارے دماغ کے تمام گرافوں میں نمودار ہوتے ہیں جو دماغ کے گرد ایک منسلک ذیلی گراف بناتے ہیں۔ آہستہ آہستہ کم بار بار کناروں کی اجازت دینے سے، یہ بنیادی ذیلی گراف جھاڑی کے طور پر مسلسل بڑھتا ہے۔ ترقی کی حرکیات انفرادی دماغ کی نشوونما کی عکاسی کر سکتی ہیں اور انسانی اتفاق رائے کے دماغ کے گراف کے کچھ کناروں کو ہدایت کرنے کا موقع فراہم کر سکتی ہیں۔ متبادل طور پر، مقامی فرق جو اعداد و شمار کے لحاظ سے گروہوں کے درمیان نمایاں طور پر مختلف ہیں، نے زیادہ توجہ مبذول کروائی ہے کیونکہ وہ مخصوص رابطوں کو اجاگر کرتے ہیں اور اس وجہ سے دماغ کی مخصوص خصلتوں یا بیماری پر زیادہ روشنی ڈالتے ہیں۔ لہذا، گراف کی آبادی کے درمیان مقامی فرق تلاش کرنے کے لیے الگورتھم بھی متعارف کرائے گئے ہیں (جیسے۔ کیس بمقابلہ کنٹرول گروپوں کا موازنہ کرنا)۔ وہ یا تو ایڈجسٹڈ ٹی ٹیسٹ، یا ایک سپیرسٹی ماڈل کا استعمال کرکے پائے جا سکتے ہیں، جس کا مقصد ان گروپوں میں مختلف اعدادوشمار کے لحاظ سے اہم روابط تلاش کرنا ہے۔ انفرادی کنیکٹومز کے درمیان فرق کی ممکنہ وجوہات کی بھی تحقیقات کی گئیں۔ درحقیقت، یہ پایا گیا ہے کہ خواتین کے میکرو اسکیل کنیکٹومز مردوں کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ کناروں پر مشتمل ہوتے ہیں، اور خواتین کے کنیکٹومز میں کناروں کا ایک بڑا حصہ دونوں نصف کرہ کے درمیان چلتا ہے۔ اس کے علاوہ، کنیکٹوم عام طور پر ایک چھوٹی دنیا کے کردار کی نمائش کرتے ہیں، جس میں عمر کے ساتھ مجموعی طور پر کورٹیکل کنیکٹوٹی کم ہوتی جاتی ہے۔ 2015 تک جاری ایچ سی پی لائف اسپین پائلٹ پروجیکٹ کا مقصد 6 عمر کے گروپوں (4-6، 8-9، 14-15، 25-35، 45-55، 65-75) کے درمیان کنیکٹوم کے فرق کی نشاندہی کرنا ہے۔ حال ہی میں، کنیکٹگرامس کو لوب کے ذریعے منظم دائرے کے ارد گرد کورٹیکل علاقوں کو رکھ کر پورے دماغ کے ڈیٹا کو دیکھنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ اندرونی حلقے پھر رنگین پیمانے پر کورٹیکل میٹرکس کی تصویر کشی کرتے ہیں۔ ڈی ٹی آئی ڈیٹا میں سفید مادے کے فائبر کنکشنز کو پھر ان کورٹیکل علاقوں کے درمیان کھینچا جاتا ہے اور فریکشنل انیسوٹروپی اور کنکشن کی طاقت سے وزن کیا جاتا ہے۔ اس طرح کے گراف کا استعمال دماغ کی چوٹ کے مشہور تکلیف دہ مریض فینیاس گیج کو ہونے والے نقصان کا تجزیہ کرنے کے لیے بھی کیا گیا ہے۔ شماریاتی گراف تھیوری ایک ابھرتا ہوا شعبہ ہے جو ان دماغی گرافوں کو تجزیہ کرنے کے لیے جدید ترین نمونوں کی شناخت اور تخمینہ ٹولز تیار کر رہا ہے (گولڈن برگ اور دیگر، 2009)۔ حالیہ تحقیق میں دماغ کا ایک دستخط شدہ نیٹ ورک کے طور پر مطالعہ کیا گیا اور اشارہ کیا گیا کہ مثبت اور منفی ذیلی نیٹ ورک میں حبس دماغ کے نیٹ ورک کے استحکام کو بڑھاتا ہے۔ اس نے منفی فعال رابطوں کے کردار کو اجاگر کیا جن پر کم توجہ دی جاتی ہے۔ کنیکٹوم کی پلاسٹکیت کنیکٹوم پروجیکٹ کے آغاز میں، یہ سوچا گیا تھا کہ ایک بار قائم ہونے کے بعد نیوران کے درمیان رابطے ناقابل تغیر پذیر تھے اور یہ کہ صرف انفرادی مطابقت پذیری کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، حالیہ شواہد سے پتہ چلتا ہے کہ رابطہ بھی تبدیلی کے تابع ہے، جسے نیوروپلاسٹکٹی کہا جاتا ہے۔ دو طریقے ہیں جن سے دماغ ری وائر کر سکتا ہے: ایک قائم کنکشن میں سنپیپس کی تشکیل اور ہٹانا یا نیوران کے درمیان پورے کنکشن کی تشکیل یا ہٹانا۔ ری وائرنگ کے دونوں میکانزم مکمل طور پر نئے کاموں کو سیکھنے کے لیے مفید ہیں جن کے لیے دماغ کے علاقوں کے درمیان مکمل طور پر نئے رابطوں کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ تاہم، پورے رابطوں کو حاصل کرنے یا کھونے کی دماغ کی صلاحیت ایک عالمگیر پرجاتیوں کے کنیکٹوم کی نقشہ سازی کے لیے ایک مسئلہ پیدا کرتی ہے۔ اگرچہ ری وائرنگ مختلف پیمانوں پر ہوتی ہے، مائکرو اسکیل سے لے کر میکرو اسکیل تک، ہر پیمانہ الگ تھلگ نہیں ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، سی۔ ایلیگنس کنیکٹوم میں، مطابقت پذیری کی کل تعداد پیدائش سے لے کر جوانی تک 5 گنا بڑھ جاتی ہے، جس سے مقامی اور عالمی نیٹ ورک کی خصوصیات دونوں بدل جاتی ہیں۔ دیگر ترقیاتی کنیکٹومز، جیسے پٹھوں کا کنیکٹوم، کچھ عالمی نیٹ ورک کی خصوصیات کو برقرار رکھتے ہیں حالانکہ ابتدائی زچگی کے بعد کی زندگی میں مطابقت پذیری کی تعداد میں 10 گنا کمی واقع ہوتی ہے۔ میکروسکل ری وائرنگ کے لیے میکروسکل ری وائرنگ کے ثبوت زیادہ تر سرمئی اور سفید مادے کی کثافت پر تحقیق سے آتے ہیں، جو نئے رابطوں یا محور کی کثافت میں تبدیلیوں کی نشاندہی کر سکتے ہیں۔ ری وائرنگ کی اس سطح کے لیے براہ راست ثبوت پرائمیٹ اسٹڈیز سے آتے ہیں، جو رابطوں کی تشکیل کا نقشہ بنانے کے لیے وائرل ٹریسنگ کا استعمال کرتے ہیں۔ جن پرائمیٹس کو نئے اوزار استعمال کرنا سکھایا گیا تھا انہوں نے انٹرپیریٹل پرانتستا اور دماغ کے اعلی بصری علاقوں کے درمیان نئے رابطے تیار کیے۔ مزید وائرل ٹریسنگ اسٹڈیز نے اس بات کا ثبوت فراہم کیا ہے کہ ایسوسی ایٹیو لرننگ کے دوران بالغ جانوروں میں میکروسکل ری وائرنگ ہوتی ہے۔ تاہم، اس بات کا امکان نہیں ہے کہ طویل فاصلے کے عصبی کنکشن بالغوں میں وسیع پیمانے پر ری وائرنگ سے گزرتے ہیں۔ پہلے سے قائم اعصابی راستے میں چھوٹی تبدیلیاں ممکنہ طور پر وہی ہیں جو میکروسکل ری وائرنگ میں مشاہدہ کی جاتی ہیں۔ میسو اسکیل پر میسو اسکیل ری وائرنگ میں نیوران کے درمیان پورے رابطوں کی موجودگی یا عدم موجودگی کا مطالعہ شامل ہے۔ ری وائرنگ کی اس سطح کا ثبوت مشاہدوں سے ملتا ہے کہ مقامی سرکٹس بصری پرانتستا میں تجربے پر منحصر پلاسٹکیت کے نتیجے میں نئے رابطے بناتے ہیں۔ مزید برآں، چوہوں میں تبدیل شدہ وسکر حسی تجربے کے بعد بنیادی سومیٹوسینسری پرانتستا میں اہرام نیوران کے درمیان مقامی رابطوں کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے۔ مائکرو اسکیل ری وائرنگ مائکرو اسکیل ری وائرنگ دو نیوران کے درمیان سنپیٹک کنکشن کی تشکیل یا ہٹانا ہے اور اس کا مطالعہ لانگٹیوڈینل دو فوٹون امیجنگ کے ساتھ کیا جا سکتا ہے۔ اہرام والے نیوران پر ڈینڈریٹک ریڑھ کی ہڈی کو حسی تجربے اور سیکھنے کے بعد دنوں کے اندر تشکیل پاتے ہوئے دکھایا جا سکتا ہے۔ یہاں تک کہ بنیادی موٹر پرانتستا میں پرت پانچ اہرام نیوران کے اپیکل ٹفٹس پر پانچ گھنٹوں کے اندر بھی تبدیلیاں دیکھی جا سکتی ہیں جب ایک بیج پرائمیٹس میں کام تک پہنچ جاتا ہے۔ ڈیٹا سیٹس ہیومنز دی ہیومن کنیکٹوم پروجیکٹ، جسے نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف ہیلتھ (این آئی ایچ) نے اسپانسر کیا تھا، انسانی دماغ میں 86 بلین نیوران (اور ان کے رابطوں) کی نقشہ سازی کے مقصد کے ساتھ بنایا گیا تھا۔ ماڈل حیاتیات راؤنڈ ورم پہلا (اور اب تک صرف) مکمل طور پر دوبارہ تعمیر شدہ کنیکٹوم راؤنڈ ورم کینورابڈائٹس ایلیگنس سے تعلق رکھتا ہے۔ بڑی کوشش وائٹ، برینر اور دیگر، 1986 کے ذریعہ شائع ہونے والے پہلے الیکٹران مائکروگراف سے شروع ہوئی۔ اس بنیادی کام کی بنیاد پر، سی ایلیگنس کے لیے پہلا کنیکٹوم (جسے اس وقت مصنفین نے "نیورل سرکٹری ڈیٹا بیس" کہا تھا) 1992 میں آچاکوسو اور یاماموٹو کے ذریعے فلاپی ڈسک کے ساتھ کتابی شکل میں شائع کیا گیا تھا۔ اس کے کنیکٹوم کی کمپیوٹر نمائندگی پر پہلا مقالہ تین سال قبل 1989 میں اچاکوسو نے سمپوزیم آن کمپیوٹر ایپلی کیشن ان میڈیکل کیئر (ایس سی اے ایم سی) میں پیش اور شائع کیا تھا۔ سی۔ ایلیگنس کنیکٹوم کو بعد میں جانوروں کی نشوونما کے دوران ہونے والی تبدیلیوں کو ظاہر کرنے کے لیے نظر ثانی اور توسیع کی گئی۔ فروٹ فلائی فروٹ فلائی، ڈروسفیلا میلانوگاسٹر، اعصابی نظام کی ساخت اور عمل کو تلاش کرنے کے لیے ایک پرکشش ماڈل کے طور پر کام کرتی ہے۔ اس کا مرکزی اعصابی نظام (سی این ایس) خاص طور پر کمپیکٹ ہے، جس میں بالغوں میں تقریبا 200,000 نیوران ہوتے ہیں، پھر بھی یہ انفرادی مکھیوں میں معقول حد تک دقیانوسی عصبی رابطوں کی نمائش کرتا ہے۔ اپنے چھوٹے سائز کے باوجود، یہ سی این ایس پیچیدہ اور اچھی طرح سے مطالعہ شدہ طرز عمل کے وسیع میدان عمل کی حمایت کرتا ہے۔ مکھی کے سی این ایس کا جسمانی ڈیٹا سیٹ حاصل کرنا ایک اہم قدم ہو سکتا ہے، جو ممکنہ طور پر دوسرے حیاتیات کے اعصابی نظام کے بارے میں بصیرت پیش کرتا ہے۔ ڈی میلانوگاسٹر کے لاروا دماغ کا ایک مکمل الیکٹران مائکروسکوپی (ای ایم) کنیکٹوم، جس میں 3016 نیوران اور 548,000 سنپیپس شامل ہیں، مارچ 2023 میں شائع کیا گیا تھا۔ بالغوں کے لیے، دماغ کے جزوی ای ایم کنیکٹومز (~ 120,000 نیوران، ~ 30,000,000 سنپیپس) یا وینٹرل اعصابی ہڈی (VNC، مکھی کی ریڑھ کی ہڈی کے مساوی، ~ 14,600 نیوران) بھی دستیاب ہیں۔ ایک مکمل بالغ سی این ایس کنیکٹوم جس میں دماغ اور وی این سی دونوں شامل ہیں فی الحال زیر تعمیر ہے۔ ماؤس ریٹنا اور ماؤس پرائمری بصری پرانتستا کے ماؤس جزوی کنیکٹوم دستیاب ہیں۔ ممالیہ سرکٹ کا پہلا مکمل کنیکٹوم 2021 میں بنایا گیا تھا۔ اس تعمیر میں پیدائش سے لے کر جوانی تک مرکزی اعصابی نظام اور ایک پٹھے کے درمیان تمام رابطوں کی نشوونما شامل تھی۔ مزید دیکھیں برین اٹلس برین کنیکٹیویٹی تخمینہ کار کنیکٹوم ڈروسفیلا کنیکٹوم ہیومن کنیکٹوم پروجیکٹ انٹرایکٹوم فہرست جانوروں کی تعداد کے لحاظ سے اعصاب کی تعداد دماغ کی نقشہ سازی کا نیورل کوڈنگ خاکہ انسانی دماغ کے زخم کے نیٹ ورک کی نقشہ سازی کے حوالہ جات بیرونی لنکس کا ڈیٹا بیس مختلف ریزولوشن اور وزن کے افعال کے ساتھ braingraph.org پر نیورو سائنس ریسرچ کے لیے NIH بلیو پرنٹ سیبسٹین سیونگ کی TED ٹاک: میں میرا کنیکٹوم MITK ڈفیوژن ہوں: ڈفیوژن ویٹڈ ایم آر ڈیٹا کی پروسیسنگ کے لیے مفت سافٹ ویئر بشمول کنیکٹومکس کاگنیٹو نیورو سائنس کمپیوٹیشنل نیورو سائنس