Fasci di neuroni geometrici.

Cari ragazzi e, soprattutto, caro Samuele Giunti, dalle mille domande sul nostro cervello, ecco una notizia che promette nuove conoscenze sul nostro sistema nervoso.
Se immaginavate che gli assoni delle decine di miliardi di neuroni del nostro cervello fossero tutti aggrovigliati come in un gomitolo, vi dovrete ricredere. Sulla rivista Science, a marzo 2012, è stato pubblicato un articolo che dimostra come i fasci di materia bianca, cioè gli assoni, siano organizzati secondo una griglia geometrica ordinata e disposti in piani perpendicolari tra di loro, nelle direzioni alto-basso, sinistra-destra e avanti-indietro. All'interno di ogni fascio gli assoni sono tutti paralleli tra di loro.
Questo lavoro fa parte di un progetto ancora più ampio che si chiama "The Human Connectome Project", che ha lo scopo di mettere a disposizione di tutta la comunità scientifica mondiale dati e immagini del nostro cervello per permettere a tutti gli studiosi di "navigare" nei meandri di questo organo meraviglioso, interrogarsi su tutte le possibili connessioni e la miriade di circuiti per, finalmente, capire il suo funzionamento.

Il sito del progetto "The Human Connectome"
Il progetto mette a disposizione di tutti i ricercatori del mondo dati e immagini,
permettendo a chiunque ne faccia richiesta la "navigazione" tra le decine e decine di miliardi di neuroni che formano il nostro cervello.

Ma come hanno fatto gli scienziati ad ottenere queste fantastiche immagini del nostro organo più complesso? La tecnica utilizzata si chiama "diffusion magnetic resonance imaging", cioè una risonanza magnetica a diffusione. Cosa significa? Si tratta di una tecnologia innovativa mediante la quale possono essere tracciati, e quindi ricostruiti in un'immagine computerizzata, i percorsi degli assoni dei neuroni, seguendo il flusso d'acqua al loro interno. E'una tecnica straordinaria perché non è invasiva, è applicabile all'uomo in vivo e permette uno studio molto dettagliato dei percorsi neuronali, così come delle loro interconnessioni.
I ricercatori sono rimasti a bocca aperta guardando la regolarità geometrica dell'organizzazione dei fasci di neuroni. Questi si dispongono secondo tre direzioni, come accennato all'inizio, che corrispondono ai tre gradienti chemiotattici dello sviluppo embrionale precoce: rostro-caudale (testa-coda), medio-laterale e dorso-ventrale. Dovete sapere che quando l'embrione si sviluppa le cellule si organizzano e si differenziano nelle varie parti dell'organismo seguendo dei percorsi definiti da concentrazioni crescenti o decrescenti di particolari sostanze chimiche. Lo sviluppo è un altro argomento estremamente affascinante della biologia e adesso sappiamo che anche i fasci neuronali del neonato cervello seguono queste linee di gradienti chimici, che regolano la formazione di un organismo a partire da una sola cellula, quella dello zigote.

La griglia geometrica del cervello umano in una visione laterale sinistra.
Si possono vedere i fasci nervosi del corpo calloso, del fascio cingolato (CC/CB), dello strato sagittale e della zona soprasilviana.
(Modificato da Wedeen et al., 2012)

In questo articolo, i ricercatori hanno messo a confronto l'organizzazione dei fasci di neuroni in cervelli di vari primati e hanno osservato che, se da una parte la struttura dei fasci è simile, dall'altra solo nei primati più evoluti si evidenziano maggiori ramificazioni e involuzioni, che potrebbero essere associati allo sviluppo di abilità complesse come il linguaggio.
Gli autori mettono in evidenza come il modello di cervello che risulta dalla loro analisi è in accordo con la teoria della tensione meccanica degli assoni di Van Essen, secondo la quale è la forza meccanica esercitata dai fasci di neuroni che porterebbe allo sviluppo delle circonvoluzioni del nostro cervello (se siete interessati potete leggere l'approfondimento Tutta colpa (o merito) delle circonvoluzioni del cervello!). Sempre secondo gli autori questa organizzazione geometrica dei fasci neuronali sarebbe estremamente adattabile a tutte le modificazioni che il processo evolutivo e la plasticità cerebrale richiedono. Noi possiamo, allora, fantasticare che studiando con motivazione, la griglia geometrica del nostro cervello si organizzi in maniera tale da essere sempre più efficiente!!!
Insomma, come ha detto uno degli autori in un'intervista: "The functional significance of this is an open question, but I find it hard to believe that it doesn’t have an answer.” Cioè, anche se non è ancora chiaro il ruolo funzionale di questa organizzazione geometrica, è difficile pensare che non ci sia una risposta. E noi aspettiamo aggiornamenti, curiosi come sempre!

Referenze
V. J. Wedeen, L. D. Rosene, R. Wang, G. Dai, F. Mortazavi, P. Hagmann, J. H. Kaas, W.-Y. I. Tseng (2012) The geometric structure of the brain fiber pathways. Science, 335: 1628-1634.

Intervista a Van Wedeen.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)