Mappatura del cervello di topo: perché è una svolta per le neuroscienze?

La mappatura del “millimetro cubo”: una svolta per le neuroscienze

Un evento straordinario ha recentemente attirato l’interesse dell’intera comunità scientifica: la mappatura approfondita di un millimetro cubo di tessuto cerebrale appartenente a un topo. Anche se si tratta solo di una frazione minima dello spazio cerebrale totale, quest’operazione segna una vera svolta nel campo della comprensione delle complesse architetture neuronali, soprattutto tenendo in conto le significative similitudini esistenti tra il cervello dei roditori e quello degli esseri umani. Il traguardo conseguito è stato raggiunto grazie a una collaborazione innovativa tra intelligenza artificiale e neuroscienze, aprendo nuove possibilità nello studio della connettività cerebrale.

Fino ad ora, lo studio del cervello aveva privilegiato la considerazione della funzione specifica delle singole aree; tuttavia, questa nuova visione si concentra sulle interrelazioni, su quella rete intricata d’interconnessioni fondamentale per ciascun fenomeno cognitivo. A tal proposito, la Fondazione Veronesi ha evidenziato come tali connessioni abbiano il potere non solo d’intensificare ma anche d’alleggerire i segnali neurologici, modificando così la struttura e la funzione dell’organo responsabile del pensiero.

In questo contesto, la connettomica emerge come una disciplina fondamentale: essa ambisce a mappare l’intero sistema nervoso centrale, identificando le sue componenti basilari e le loro mutue relazioni, seguendo il modello della genomica o della bioma. Il progetto MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks), frutto della collaborazione tra l’Allen Institute, il Baylor College of Medicine e l’Università di Princeton, ha descritto dettagliatamente, in una serie di otto articoli pubblicati sulla rivista Nature, il processo di decodifica degli algoritmi cerebrali tramite l’IA. Uno degli aspetti più innovativi risiede nella creazione di un sistema di classificazione per i 30.000 neuroni eccitatori mappati, caratterizzati da forme e morfologie diverse.

Implicazioni per la comprensione dei processi cognitivi e comportamentali

Questa innovativa mappatura, lungi dall’essere semplicemente un’operazione accurata sul piano anatomico, apre orizzonti significativi nella comprensione dei meccanismi cognitivi e comportamentali che regolano l’essere umano. In effetti, la connettività cerebrale, quale base fondamentale delle funzioni sofisticate quali memoria, attenzione e linguaggio, [sottopone ulteriormente all’esame] i principi secondo cui è strutturato ed è funziona il nostro sistema nervoso; pertanto, una rappresentazione minuziosa delle stesse sinapsi offre opportunità interpretative uniche per scoprire con quale modalità il cervello gestisce l’elaborazione delle informazioni, impara ed evolve nel tempo.

Inoltre, c’è da notare come la “plasticità cerebrale”—ovvero questa peculiare capacità adattativa del cervello nel rispondere agli stimoli esterni—si trovi intimamente correlata alla ristrutturazione delle proprie interconnessioni. La pubblicazione Myedu.it pone in risalto questi concetti attraverso articoli inerenti alle neuroscienze cognitive ed all’avanzamento degli studi riguardanti gli ambiti dell’apprendimento attuale; viene così enfatizzata proprio tale dinamicità della rete connessa resa possibile dalla plasticità menzionata prima.

Infine, delle recentissime indagini hanno avvalorato ipotesi preesistenti che avanzavano legami tra specifiche architetture neuronali: i neuroni attivi durante attività particolari presenti nella corteccia visiva nei topolini hanno dimostrato tendenze espansive verso sinapsi reciproche anche oltre distanze fisiche evidenti fra loro. La vastità del dataset analizzato ha permesso di estendere questa teoria a regioni più distanti del cervello, suggerendo che la densità di neuroni simili in realtà sia molto più elevata di quanto finora stimato. Questa osservazione è cruciale per la comprensione di come circuiti neurali apparentemente distanti possano cooperare per l’esecuzione di una funzione cognitiva.

Il professor Maurizio Corbetta, una figura di spicco nel panorama neurologico italiano e professore ordinario presso l’Università di Padova, ha recentemente tenuto una conferenza sull’attività cerebrale spontanea, evidenziando come il cervello sia costantemente attivo e come queste attività spontanee siano fondamentali per la sua organizzazione funzionale. La mappatura di un millimetro cubo, pur se parziale, si inserisce perfettamente in questo filone di ricerca, fornendo una visione granulare delle reti che sottendono anche l’attività di base del cervello in assenza di stimoli esterni. Questo è cruciale per comprendere non solo la cognizione cosciente, ma anche i meccanismi intrinseci che regolano gli stati mentali e, per estensione, i disturbi che ne derivano.

Potenziali applicazioni cliniche e orizzonti futuri

Il significato di questa indagine nel contesto clinico risulta essere enorme e d’inalterabile interesse. L’opportunità offerta da una mappatura così fine delle reti neurali rappresenta un approccio rivoluzionario nella diagnosi e nel trattamento delle numerose patologie neurologiche e psichiatriche. In relazione alle malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer o il Parkinson, si osserva una discontinua connessione nei circuiti cerebrali. Un’analisi approfondita delle modifiche microstrutturali potrebbe portare alla scoperta di biomarcatori in fase iniziale, nonché all’implementazione di terapie mirate che possano recuperare o mantenere l’integrità della connettività neuronale.

Per quanto concerne i disturbi dello spettro autistico, caratterizzati da connessioni cerebrali peculiari, i risultati ottenuti dalla ricerca potrebbero facilitare l’identificazione delle specificità delle reti che sorreggono le varie manifestazioni cliniche; ciò consente così lo sviluppo d’interventi su misura. Inoltre, nelle situazioni relative a lesioni traumatiche cerebrali o ictus—dove si verifica una modifica oppure interruzione della connettività—una mappatura dettagliata delle connessioni residue combinata a uno studio sui meccanismi della plasticità compensatoria potrà orientare verso nuove metodologie riabilitative più efficaci.

Il professor Carlo Arrigo Umiltà, neuropsicologo di fama presso l’Università di Padova, ha spesso sottolineato l’importanza di un approccio integrato tra psicologia e neurologia, e questa ricerca sulle connessioni nervose ben si allinea a tale visione.

Maurizio Corbetta, un’altra autorevole voce nel campo delle neuroscienze, ha discusso in diverse occasioni il ruolo delle neuroscienze nella comprensione del cervello, evidenziando come la ricerca avanzata stia disvelando complessità finora inimmaginabili. La mappatura del “millimetro cubo” è un passo in questa direzione, delineando una “foresta intricata e misteriosa” di connessioni che è solo ora possibile indagare con tale profondità. Il convegno internazionale “Connect Brain” tenutosi a Trento nel giugno 2024, con la partecipazione di esperti da tutto il mondo, testimonia l’importanza crescente attribuita a questa area di ricerca e alle sue ricadute pratiche.

Insegno, apprendo, informo, gioco: Le Neuroscienze e i processi cognitivi – Intervista a Vincenzo Russo Seconda parte, pubblicata il 4 aprile 2024, fornisce un’efficace sintesi delle prospettive più recenti sull’applicazione delle neuroscienze cognitive all’apprendimento, confermando l’importanza della plasticità e delle connessioni nel modellare le nostre capacità.

Riflessioni sulla complessità del sistema nervoso

L’esplorazione del millimetro cubo contenuto nel cervello di topo emerge come una potente metafora riguardante la nostra inestinguibile aspirazione a comprendere l’essenza della realtà. Si configura quale memento che anche la più insignificante porzione di materia vivente possa celare un’articolata complessità in grado di intaccare le nostre odierne competenze analitiche; tuttavia offre pur sempre momenti rivelatori. In questo contesto scientifico avanzato della neuroscienza cognitiva, emergono nuove constatazioni rilevanti circa il legame intrinseco tra benessere mentale, comportamento umano e l’architettura strutturale delle funzioni cerebrali.

In ambito psicologico-cognitivo elementare risulta cruciale riconoscere l’importanza dei fenomeni mentali: pensieri ed emozioni non possono essere considerati isolatamente dal loro supporto neurologico. Prendiamo ad esempio il processo mnemonico: ciascun ricordo deve essere interpretato non quale semplice “file” riposto ordinatamente in un cassetto bensì come parte integrante di una fitta rete sinaptica soggetta a <<attivazioni>> mutualmente rinforzantesi ad ogni evocazione ricordativa; ciò manifesta così uno straordinario dinamismo nel funzionamento cognitivo umano.

A un livello più avanzato, per quanto riguarda la salute mentale e i traumi, questa ricerca sulla connettività ci invita a riflettere su come le esperienze traumatiche possano ricalibrare le reti neurali in modi maladattivi, influenzando non solo le reazioni emotive immediate, ma anche la percezione del mondo e la regolazione emotiva sul lungo termine. Si apre, dunque, la possibilità di intervenire non solo sui sintomi, ma sul substrato biologico che li sostiene. Questo ci porta a considerare la mente non come un’entità separata, ma come il risultato emergente di un’impalcatura biologica straordinariamente complessa e interconnessa, un invito a una più profonda empatia verso chi affronta sfide legate alla salute mentale, riconoscendo la base biologica del disagio.

Cosa significa per noi? Che la frontiera della conoscenza sta ampliando la nostra visione della persona, integrando corpo e mente in un tutt’uno inscindibile, dove ogni connessione microscopica può avere un impatto macroscopico sulla nostra esistenza.