Scoperta una nuova proiezione della corteccia implicata nel linguaggio
GIOVANNI ROSSI
NOTE
E NOTIZIE - Anno XIV – 10 settembre 2016.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di
studio dei soci componenti lo staff dei
recensori della Commissione Scientifica
della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
La buona notizia della scoperta di connessioni cerebrali mai visualizzate in precedenza esercita un fascino probabilmente maggiore sugli studiosi anziani, che hanno vissuto l’esperienza per decenni di un quadro stabile ed apparentemente statico dei collegamenti conosciuti, rispetto ai giovani ricercatori, che si sono affacciati di recente alla finestra delle neuroscienze, in un periodo di straordinario dinamismo dovuto alle nuove metodiche di studio e allo sviluppo incessante di nuove tecnologie che sembrano rendere tutto possibile[1].
La verità è che nel campo delle connessioni intracerebrali, grazie a numerosissime osservazioni e scoperte[2], si sta progressivamente accumulando una tale quantità di nuovi dati che sarà necessaria una seria e profonda riflessione teorica per la comprensione delle nuove nozioni di fisiologia cerebrale che ne derivano e per la loro sistematizzazione in un quadro coerente, che sembra progressivamente discostarsi dallo schema rassicurante della neuroanatomia funzionale del secolo scorso. Non ci si può più limitare ad aggiungere piccole tessere al vecchio mosaico basato sui capisaldi delle aree funzionali definite da Broca, Wernicke, Penfield e gli altri padri nobili della neuroanatomia funzionale, ma è tempo di rivedere l’impostazione del modello delle correlazioni morfologia-funzione alla luce di quanto emerge dalla ricerca. E, in particolare, quanto deriva dalla scoperta di nuove connessioni, dai paradigmi della connettomica, dalla scoperta della molteplicità dei ruoli fisiologici di singole popolazioni neuroniche, dal valore delle reti e delle interazioni a distanza, dal ruolo degli astrociti - e più in generale della glia - nella fisiologia cerebrale, e dai modi dell’elaborazione neurale, dal livello della percezione elementare fino allo sviluppo del pensiero al grado più elevato di astrazione. Non si tratta di un semplice aggiornamento di settore, ma è in gioco un passaggio epocale, al termine del quale il fil rouge che ha continuato a legare il lavoro dei grandi pionieri dell’Ottocento e del Novecento a quello dei ricercatori dei nostri giorni sarà definitivamente consegnato alla storia, e i libri di neuroanatomia funzionale cambieranno totalmente aspetto, abbandonando l’organizzazione della materia familiare a generazioni di neurologi e ricercatori.
In attesa di questa evoluzione, la documentazione di una nuova scoperta nel campo delle connessioni del cervello umano, in uno studio comparato che ha analizzato anche in due specie di scimmie proiezioni crociate allo striato dalla corteccia, si propone, oltre che nel valore di dato di novità, quale stimolo per una riflessione che possa fornire un piccolo contributo a questo complesso lavoro di costruzione di un nuovo quadro interpretativo.
(Innocenti G. M., et al. The Crossed Projection to the Striatum in Two
Species of Monkey and in Humans: Behavioral and Evolutionary Significance. Cerebral Cortex – Epub ahead of print J. 9., pii:bhw161, 2016).
La provenienza degli autori è la
seguente: Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm
(Svezia); Sweden Brain and Mind Institute, EPFL, Lausanne (Svizzera); Danish Centre
for Magnetic Resonance, Centre for Functional and Diagnostic Imaging and
Research, Copenhagen University Hospital Hvidovre, Copenhagen (Danimarca);
Denmark Department of Applied Mathematics and Computer Science, Technical
University of Denmark, Kongens Lyngby (Danimarca); Department of Medicine,
Faculty of Sciences, Fribourg Cognition Center, University of Fribourg,
Fribourg (Svizzera); Department of Physiology and Pharmacology; Department of
Anatomy, Histology, Forensic Medicine and Orthopedics, University of Rome, “La
Sapienza”, Rome (Italia).
Innocenti e colleghi hanno individuato e descritto una nuova connessione cortico-basale, costituita da un fascio di proiezione diretto a due nuclei dello striato attraverso il corpo calloso, la struttura che stabilisce la continuità anatomica fra i due emisferi, consentendo la coordinazione e la sintesi funzionale fra le componenti specializzate dei due antimeri cerebrali.
A rigor di logica, trattando del corpo calloso, non è corretto tracciarne un profilo funzionale come se fosse un nucleo di materia grigia del sistema nervoso centrale o un’area della corteccia cerebrale: è la parte media di una connessione, anche se di dimensioni straordinarie. La sua individualità è eminentemente anatomica ed è dovuta alla conformazione che assumono, nel loro insieme, le fibre che connettono i due emisferi nell’approssimarsi alla linea mediana. In altri termini, la funzione, in senso proprio, è da ascriversi ai corpi cellulari dei neuroni corticali dai quali hanno origine tali assoni e alle sinapsi da questi formate. Pertanto, quando si parla di funzioni del corpo calloso, si dovrebbe riferirsi al ruolo che hanno gli effetti del collegamento realizzato dalla principale connessione interemisferica reciproca.
Altri fasci di cilindrassi attraversano la linea mediana collegando i due antimeri del cervello: la commessura anteriore, la posteriore, l’abenulare e quella del fornice.
È difficile esagerare l’importanza del corpo calloso[3], soprattutto se si tiene conto di tutto quanto abbiamo appreso dagli studi sulla sua resezione avviati dalla scuola di Roger Sperry che, grazie al team di Michael Gazzaniga, ha scoperto la complementarietà funzionale dei due emisferi cerebrali umani. La struttura bianca, compatta, che nelle sezioni sagittali dell’encefalo appare come una formazione arcuata a concavità inferiore ed allungata dalla profondità frontale a quella occipitale, può considerarsi la massima via di connessione del cervello, contenente le fibre che collegano reciprocamente ciascuna area corticale di un emisfero a quella corrispondente dell’emisfero opposto[4].
Le descrizioni classiche di anatomia umana distinguono una parte anteriore o ginocchio, una media o tronco, ed una posteriore o splenio[5]. Tale costituzione, tipica della nostra specie, sembra originare da ragioni funzionali che ricorderemo qui di seguito.
La parte anteriore, ripiegata a formare un’estremità arrotondata e perciò detta ginocchio, convessa verso l’esterno e orientata verso il polo frontale, termina in basso e indietro assottigliandosi nel rostro, che contribuisce a delimitare inferiormente il setto pellucido. Poiché lo sviluppo filogenetico del corpo calloso è in stretto rapporto con quello del manto corticale, la sua presenza è caratteristica dei mammiferi; e fra questi, i monotremi e i marsupiali che sono caratterizzati da uno sviluppo corticale limitato, hanno solo un piccolo fascicolo trasversale omologo del ginocchio[6]. Lo splenio, arrotondato e spesso, sito a 6-7 cm dal polo occipitale, corrisponde al labbro superiore della fessura trasversa del cervello, che lo separa dai tubercoli quadrigemelli superiori e dall’epifisi. La parte inferiore dello splenio dà inserzione alle fibre del fornice, dove in periodo fetale si apre una fessura, il ventricolo di Verga, che si oblitera dopo la nascita, permanendo, invece, in alcuni mammiferi inferiori (es.: cavallo e montone). L’espansione dello splenio tipica della nostra specie è stata messa in rapporto con attività di astrazione cognitiva e, in particolare, con abilità linguistiche.
Sono state particolarmente studiate le fibre che, attraversando la linea mediana, pongono in rapporto la corteccia prefrontale dei due emisferi, sia in una perfetta reciprocità speculare fra siti omotopici, sia in collegamenti eterotopici (Ebner e Myers, 1965; Voneida e Trevarthen, 1969; Pandya et. al., 1971; Luttenberg, 1974; Goldman e Nauta, 1977; Trojanowski, 1977; Isseroff et. al., 1984; McGuire et. al., 1991)[7].
Esprimendo in estrema sintesi il ruolo morfo-funzionale del corpo calloso si può dire che stabilisce la continuità anatomica fra i due emisferi cerebrali, coordinando le attività per le quali i due antimeri corticali sono specializzati. Sebbene l’agenesia parziale o quasi completa[8] di questa struttura sia meno rara di quanto si sia creduto in passato e sia spesso associata a forme di compenso, quasi invariabilmente determina disturbi psichici e, nella quasi totalità dei casi, è responsabile di alterazioni nell’esecuzione dei movimenti che configurano una vera e propria aprassia[9].
La proiezione che attraversa il corpo calloso individuata nello studio qui recensito termina nei nuclei caudato e putamen della formazione della base telencefalica nota come corpo striato.
Il nucleo caudato, osservato mediante un taglio sagittale praticato nell’emisfero cerebrale lateralmente al piano mediano, si può paragonare ad una grossa virgola in posizione orizzontale, con una testa espansa, un corpo e una coda che lo fanno rassomigliare ad un embrione umano. Lungo sette centimetri, largo due in corrispondenza della testa e solo pochi millimetri alla coda, forma una curva che circonda l’ilo dell’emisfero. La testa è rivolta in avanti, ricurva verso il basso corrisponde alla parte posteriore del lobo frontale e sormonta il talamo, rimanendo separata dal nucleo lenticolare, in basso e lateralmente, dalle fibre della capsula interna[10].
Il nucleo lenticolare è la parte extraventricolare dello striato, che appare conformato nelle sezioni sagittali come una lente biconvessa compresa fra la capsula interna e la capsula esterna, perciò completamente circondata da sostanza bianca. Nelle sezioni frontali assume l’aspetto di un cuneo paragonabile ad un triangolo rettangolo con la base in basso, l’angolo interno della base arrotondato e rivolto verso il piano sagittale mediano, l’ipotenusa rivolta verso la testa del nucleo caudato e il cateto all’esterno, parallelo al piano sagittale. In tale sezione, è evidente una parte mediale costituita dal nucleo pallido ed una laterale rappresentata dal putamen[11].
Le connessioni di questa parte dello striato sono straordinariamente fitte, complesse ed interessanti in termini evoluzionistici, basti pensare che costituiscono la base di un nucleo di schemi neurofunzionali già presenti negli animali adattati alla vita acquatica e conservati nei mammiferi, dopo l’adattamento terreste e la comparsa dei sistemi della motilità volontaria. Tale nucleo di schemi è alla base degli automatismi che regolano il rapporto fra il movimento in tutti i suoi aspetti e la postura che ne consente la realizzazione secondo gli equilibri interni e gravitari.
Il caudato e il putamen prendono parte a reti funzionali implicate in una gamma di processi che vanno dal livello motorio a quello psichico, ed includono aspetti importanti della concettualizzazione astratta del tempo, sia in rapporto all’orientamento sia per lo sviluppo logico dell’ideazione progettuale.
Innocenti del Karolinska Institutet di Stoccolma, con Caminiti della Sapienza ed altri colleghi di istituti di Danimarca e Svizzera, impiegando il tracing istologico, la DT (diffusion tractography) e il metodo della ricostruzione di singoli assoni, ha riconosciuto e descritto una proiezione callosa al nucleo caudato e al putamen in due specie di scimmie e nell’uomo.
Una prima caratteristica di rilievo è data dal fatto che l’origine di questa proiezione è più ristretta di quella del contingente ipsilaterale, ossia del fascio di fibre che rimane nello stesso emisfero. Nelle scimmie è costituita da assoni sottili, il cui calibro varia da 0.4 a 0.6 μm di diametro: una dimensione idonea per la dispersione spaziale e temporale degli inputs subliminali.
Una seconda caratteristica importante è stata desunta da calcoli. Per la corteccia prefrontale, i ritardi controlaterali dei flussi diretti ai nuclei dello striato meno quelli ipsilaterali, calcolati in base al diametro assonico e alla distanza di conduzione, sono inferiori ai 2 millisecondi (< 2 ms) nella scimmia e, per estrapolazione, inferiori ai 4 millisecondi (< 4 ms) nella specie umana. Tale ritardo trova corrispondenza nella prestazione secondo il paradigma di Poffenberger, che rappresenta un tentativo classico di stimare la conduzione centrale mediante un compito neuropsicologico.
Sia nei cervelli di scimmia che in quelli umani, le proiezioni cortico-striatali che attraversano il corpo calloso originano dalle regioni prefrontali, dalle aree premotorie e motorie.
Nei cervelli umani, Innocenti e colleghi hanno scoperto un nuovo fascio di proiezione che ha origine nel lobulo parietale superiore e dalle circonvoluzioni sopramarginale e temporale superiore, ovvero regioni notoriamente attive nell’elaborazione linguistica e, pertanto, considerate responsabili di importanti ruoli nella neurofisiologia della comunicazione verbale.
È particolarmente significativo che questa proiezione di nuova individuazione attraversi, in corrispondenza dell’istmo, un’area cerebrale la cui lesione determina un sintomo di notevole rilievo nella fisiopatologia del linguaggio verbale: la dissociazione della sintassi dalla prosodia.
Infine, seguendo il suggerimento degli autori dello studio, si può fare una considerazione in termini evoluzionistici: la connessione scoperta da Innocenti e colleghi potrebbe derivare da una iperproduzione di proiezioni callose durante lo sviluppo, sottoposte a riduzione selettiva (pruning o “potatura”) in maniera differente da specie a specie.
Concludendo, è difficile prevedere quanto potrà essere rilevante fra qualche anno l’identificazione di questo nuovo tratto di connessione cortico-basale crociato nelle trattazioni di neurofisiologia cerebrale; per parte nostra ci auguriamo che possa passare quasi inosservato, per un incremento esponenziale di scoperte in grado di fornire un nuovo e dettagliato quadro dei collegamenti intracerebrali.
L’autore della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza ed invita alla
lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE
E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.
[1] Si veda, per le tecnologie applicate alle funzioni del sistema nervoso che fanno apparire tutto possibile, compresi i problemi della neurologia da sempre irrisolti: Note e Notizie 14-05-16 Impianti cerebrali iniettabili per agire su singoli neuroni; Note e Notizie 18-06-16 Impianti spinali flessibili per riprendere a camminare.
[2] Si veda, ad esempio: Note e Notizie 16-04-16 Scoperta una connessione inattesa nel controllo del bere. Scorrendo l’elenco delle “Note e Notizie” degli anni recenti si trovano numerose recensioni di studi che hanno portato alla luce nuove connessioni, a partire dalla scoperta - che suscitò enorme interesse – della via indiretta di connessione fra aree recettive e produttive del linguaggio, da parte di Marco Catani e colleghi (Cfr. Note e Notizie 07-10-05 Nuove vie e nuove basi neurali del linguaggio; Note e Notizie 07-10-05 La Parola e il Cervello: una nuova era).
[3] L’agenesia parziale o quasi totale del corpo calloso si associa in genere a ritardo dello sviluppo intellettivo e a deficit cognitivi; può accompagnarsi anche a sindromi dello spettro dell’autismo e ad iperconnessioni intraemisferiche che determinano eccezionali capacità di computazione, come nel caso del paziente che ha ispirato il film “Rain Man”.
[4] Cfr. Susan Standring (Editor-in-Chief), Gray’s Anatomy, XXXIX ed., p. 411, Elsevier, 2005. Per le connessioni del corpo calloso si vedano le pp. 413-414. Esistono sia connessioni omotopiche che eterotopiche, ossia sinapsi fra neuroni di siti privi di omologia topografica, che realizzano complessi piani di collegamento ancora oggetto di studio.
[5] Una descrizione anatomica dettagliata e sempre valida del corpo calloso si trova in Testut-Latarjet, Trattato di Anatomia Umana, in 6 voll., III volume (Sistema Nervoso Centrale e Ghiandole a Secrezione Interna), pp. 404-410, UTET, Torino 1972.
[6] Testut-Latarjet, op. cit., III vol., p. 404.
[7] I riferimenti bibliografici completi si trovano in Fuster J. M., The Prefrontal Cortex, pp. 44-58, AP Elsevier, 2008.
[8] Ricordiamo che, storicamente, per l’agenesia/disgenesia del corpo calloso si seguiva la distinzione operata da Vogt: 1) agenesia associata ad arresto generale di sviluppo con cervello simil-fetale; 2) eterotopia, con un fascio calloso longitudinale senza altre malformazioni; 3) agenesia secondaria ad idrocefalo. Lo studio mediante RM ha documentato numerosi altri quadri e varianti, inficiando la validità paradigmatica della classificazione di Vogt. Attualmente si tende a distinguere tra i casi in cui i fasci di connessione interemisferica sono organizzati in modo diverso dalla norma e, pur mancando il profilo della formazione bianca mediana, sussistono i principali collegamenti fra i due emisferi, realizzando una sorta di compenso, e i casi in cui l’agenesia coincide con un deficit di connessione.
[9] Si ricorda l’interpretazione classica di Lipmann in termini di deconnessione: la separazione dell’emisfero destro dal sinistro principalmente responsabile dell’organizzazione corretta del movimento (euprassia) sarebbe all’origine del sintomo.
[10] L’immagine scelta per la “copertina del sito” mostra in alto una sezione della testa del caudato (di forma ovalare) che sormonta il talamo e si connette in basso e lateralmente con il putamen, ossia la parte esterna del nucleo lenticolare. La sostanza bianca della capsula che separa i due nuclei appare scura, nerastra, per il metodo istochimico di colorazione.
[11] Nella nostra immagine si vedono bene tre bande verticali nella sezione del lenticolare: quella esterna costituita dal putamen e le due più interne formate dalle parti mediale e laterale del nucleo pallido (globus pallidus). Per effetto della preparazione della sezione di tessuto cerebrale, il pallido è più intensamente colorato del putamen, al contrario di quanto si riscontra nell’osservazione anatomica in fresco.