Connectoom

Een connectoom is een kaart van alle verbindingen in een zenuwstelsel. Denk aan de plattegrond van een stad, maar dan met hersencellen als kruispunten en de verbindingen ertussen als straten.

Hoe werkt het?

Hersencellen, ook wel neuronen genoemd, praten met elkaar via contactpunten die synapsen heten. Een connectoom legt vast welke cel met welke andere cel is verbonden, en hoe sterk die verbinding is.

Om zo'n kaart te maken, wordt hersenweefsel in extreem dunne plakjes gesneden. Elk plakje wordt met een elektronenmicroscoop gefotografeerd. Computers zetten die duizenden beelden weer in elkaar tot een driedimensionaal model, en volgen daarbij elke cel van begin tot eind. Dat zoeken en volgen gaat tegenwoordig met behulp van AI, want met de hand zou het eeuwen duren.

Het eerste complete connectoom was dat van een klein wormpje met 302 hersencellen. Voor een fruitvlieg lukte het onderzoekers ook: het project FlyWire bracht in 2024 het eerste complete connectoom van een volwassen vrouwtjesvlieg in kaart, met zo'n 140.000 hersencellen. Voor een menselijk brein, met rond de 86 miljard cellen, bestaat zo'n kaart nog niet.

Waarom het ertoe doet

Een connectoom laat zien hoe een brein is bedraad, en daarmee ontstaan nieuwe vragen. Welke cellen sturen welk gedrag? Hoe verschilt de bedrading tussen individuen? Onderzoekers volgden bijvoorbeeld voor het eerst alle hersencellen in de kop van een piepklein wormpje tegelijk. Bij mannetjes en hermafrodieten bleken bijna alle zintuigcellen anders op geuren en smaken te reageren, terwijl je dat verschil niet terugziet in hoe de cellen met elkaar verbonden zijn (link).

Een connectoom kan ook als bouwtekening dienen voor een computermodel. Zo liet het AI-bedrijf Odyssey een computermodel van het brein van een fruitvlieg rondlopen in een omgeving die zijn wereldmodel Odyssey-3 ter plekke verzint (link). Dat is een eerste demonstratie, en onderzoekers willen nog uitzoeken hoeveel van de bewegingen echt uit het nagebouwde brein komen.