Visitare il cervello come le città con Google Maps?

Prima dell’invenzione dei satelliti e di potenti sensori fotografici nessuno avrebbe mai immaginato di poter tenere in mano una miniatura accuratissima delle terre emerse e dei mari. Grazie al primo “atlante”, i tempi in cui la stessa cosa si potrà fare con il cervello umano sembrano molto più vicini di quanto si possa immaginare.

 

Ed Lein e colleghi dell’Allen Institute for Brain Science a Seattle hanno creato una sorta di grande  “carta geografica” del cervello umano, pubblicata su “The Journal of Comparative Neurology” e ad accesso totalmente gratuito.

 

“Volevamo creare un nuovo standard di riferimento per una mappa strutturale molto fine dell’anatomia dell’intero cervello umano”, dice Lein, responsabile scientifico del progetto. “Può sembrare strano, ma per la mappatura del cervello umano siamo un po’ indietro rispetto ai materiali di riferimento di base di cui disponiamo per organismi come il topo o la scimmia, e questo in gran parte a causa della complessità e delle dimensioni enormi del nostro cervello.”

 

Immagini del cervello riprese con la risonanza magnetica di diffusione (a sinistra) e con risonanza magnetica (al centro). A destra una foto dell’emisfero cerebrale sinistro. (Cortesia Song-Lin Din et al. Allen Institute for Brain Science).

 

L’intera ricerca (che ha richiesto cinque anni di lavoro), si è concentrata sul cervello sano di una donna di 34 anni, ovviamente, analizzato post mortem. Il primo passo della ricerca si è focalizzato su una mappatura generale: è stata fatta una scansione completa del cervello con due tecniche, imaging con risonanza magnetica e immagini pesate in diffusione o DWI, che ha permesso di identificare sia la struttura generale del cervello sia la connettività delle fibre cerebrali.

 

I ricercatori hanno sezionato il cervello in 2716 piccolissime parti per un’analisi cellulare a scala fine. Hanno, quindi, usato diverse tecniche di colorazione per marcare selettivamente alcune componenti del cervello, fra cui gli elementi strutturali delle cellule, delle fibre nella materia bianca e specifici tipi di neuroni.

 

È stato preso un sottoinsieme delle sezioni marcate con la colorazione istologica di Nissl per catalogare 862 diverse strutture cerebrali, tra cui nuove sottoregioni del talamo e dell’amigdala, e altre due strutture che finora erano state descritte solo nei primati non umani.

 

Di fondamentale importanza per la creazione di un atlante completo del cervello è stata la combinazione dei dati di imaging cerebrale su macro scala e ad alta risoluzione con la dettagliata mappatura a livello delle singole cellule. All’atlante si può accedere da un portale che permette di navigare e passare da scale più grandi a scale via via più piccole.

 

Confronto tra sezioni cerebrali colorate con differenti tecniche. (Cortesia Song-Lin Din et al./Allen Institute for Brain Science).

 

La mappatura del cervello è una delle più grandi aspirazioni dei neuroscienziati. Nonostante i grandi progressi, ad oggi, non solo non si ha una mappatura coerente, ma esistono varie scuole di pensiero sulla corretta suddivisione delle aree cerebrali. La prima pietra che ha dato inizio all’intera ricerca sulla mappatura cerebrale è stata posta dall’anatomista tedesco Korbinian Brodmann che, nel 1909, usò il metodo di colorazione di Nissl per creare una mappa del cervello a scala cellulare, che ha costituito il punto di riferimento di molti tentativi di mappatura successivi.

 

Approccio diametralmente opposto rispetto a questo studio l’hanno usato i ricercatori del Progetto Connettoma umano (Human Connectome Project), che hanno pubblicato una loro dettagliata mappa del cervello all’inizio del 2016. Usando un criterio su larga scala, hanno prodotto una serie di immagini del cervello a partire da più misurazioni MRI effettuate su 210 adulti sani.

 

Concentrandosi su un solo cervello, Lein e i suoi colleghi sono, però, riusciti a ottenere “un’immagine” molto più dettagliata:

 

“L’intensità di lavoro necessaria per raggiungere questo dettaglio richiede di operare alla scala di un singolo cervello e senza risparmiarsi, per capire quanto più possibile su quel singolo cervello.”

 

Se un approccio sul singolo cervello permette un dettaglio mai visto prima si rischia, d’altra parte, di non considerare le specificità di ogni cervello rispetto a un altro. A livello macroscopico, tutti i cervelli sono abbastanza simili, scendendo nel dettaglio le differenze aumentano sensibilmente. La decisione di concentrare gli sforzi su un singolo cervello porta, quindi, il grande problema di non riuscire a discernere tra strutture caratterizzanti di uno specifico cervello e strutture comuni all’intera specie.

 

Di Adriano Cacciola

 

Bibliografia

  • Budde, M.D., & Frank, J.A. (2010). Neurite beading is sufficient to decrease the apparent diffusion coefficient after ischemic stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(32): 14472-7. Epub 2010 Jul 26.
  • Song-Lin, D., Joshua, J.R., Susan, M.S., Lydia, N., Benjamin, F., Phil, L., et al. (2016). Comprehensive cellular-resolution atlas of the adult human brain. Journal of Comparative Neurology; Volume 524, Issue 16 Pages Spc1–Spc1, 3125–3481.

 

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Adriano Cacciola

Adriano Cacciola

Studente di neuroscienze all'università degli studi di Torino, da sempre affascinato dai correlati biologici della psiche. Aspirante psicoterapeuta e formatore. Insieme alla psicobiologia, automotive e tecnologia sono le mie più grandi passioni. Ultimamente mi sto avvicinando al mondo del graphic design.

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