Primo sistema olografico per lo studio delle connessioni cerebrali

 

 

ROBERTO COLONNA

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVI – 16 novembre 2019.

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]

 

Gli intricati sistemi costituiti dalle reti neuroniche cerebrali svolgono una parte importante delle attività che ancora non conosciamo e non riusciamo a riportare a schemi funzionali noti, attraverso una miriade di piccole connessioni inesplorate che completano, nelle tre dimensioni dello spazio, i fasci assonici dei collegamenti principali, già approfonditamente studiati.

Si comprende, in questa fase evolutiva dello studio morfologico e neurofunzionale delle vie assoniche che collegano fra loro le parti del sistema nervoso centrale appartenenti alla materia grigia, quanto sia importante lo sviluppo di metodi finalizzati ad ottenere la migliore visualizzazione possibile delle loro volumetrie tridimensionali.

Petersen e colleghi bioingegneri, psichiatri, neurologi, neurobiologi, fisiologi e farmacologi hanno messo a punto il primo sistema olografico per la ricostruzione tridimensionale delle vie assoniche di connessione in tutte le strutture dell’encefalo.

(Petersen M. V., et al. Holographic Reconstruction of Axonal Pathways in the Human Brain. Neuron Epub ahead of print doi: 10.1016/j.neuron.2019.09.030., 2019).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Biomedical Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, OH (USA); Interactive Commons, Case Western Reserve University, Cleveland, OH (USA); Case Western Reserve University, Cleveland, OH (USA); Department of Pharmacology and Physiology, University of Rochester, Rochester, NY (USA); Department of Psychiatry and Neuroscience, University Laval, Quebec City, QC (Canada); Department of Neurology, Emory University, Atlanta, GA (USA); Department of Neurobiology, University of Pittsburg, PA (USA).

Recentemente, Giovanna Rezzoni ha illustrato uno studio che ha analizzato il connettoma, ossia l’insieme delle connessioni cerebrali, di oltre 1000 volontari, fra pazienti psichiatrici e soggetti sani di controllo, rilevando importanti differenze. Rinviando alla lettura di questa interessante recensione per i contenuti emersi, riportiamo qui un piccolo brano a scopo introduttivo:

“Al centro degli studi diretti sul cervello umano in funzione c’è l’analisi del complesso delle connessioni funzionali macroscopiche dalle quali si ritiene dipenda tutto lo psichismo: il connettoma. La connettomica – termine introdotto dal fisico Sebastian Seung che lavora nel campo delle neuroscienze all’Università di Princeton – indaga da tempo i profili di alterazione delle connessioni cerebrali associate alla psicopatologia, e questa branca della ricerca è seguita con attenzione dalla nostra società scientifica: Baker e colleghi, analizzando i connettomi funzionali di un vasto campione, includente 402 pazienti affetti da psicosi e disturbi affettivi non psicotici, hanno acquisito dati e dedotto concetti di estremo interesse”[1].

Un esempio di quanto già si riesce a rilevare con la connettomica attuale è riportato quasi in conclusione: “…È emerso, infatti, che alcune proprietà della connettività delle reti, e in particolare l’integrità della rete di default, erano compromesse o perdute in tutte quelle persone che presentavano sintomi psicotici, ma non erano alterate in coloro che erano affetti da disturbi psichici non psicotici e, in questo senso, meno gravi”[2].

La documentazione tridimensionale dei fasci di cilindrassi che collegano strutture, aree, nuclei e aggregati neuronici dell’encefalo umano ha una vasta gamma di applicazioni scientifiche e cliniche. I tentativi recenti di creare mappe esaustive strutturali dei connettomi umani sono stati prevalentemente realizzati mediante l’uso dei dati emergenti dalla trattografia. Questa tecnica, che si basa sulla metodica della risonanza magnetica nucleare (MRI, da magnetic resonance imaging), è stata messa a punto servendosi dei dati della procedura di Diffusion-Weighted Imaging. La trattografia deve dunque considerarsi un metodo indiretto; se poi si considerano gli altri limiti intrinseci alle modalità di esecuzione della tecnica, si può affermare che i dati trattografici non sono completamente affidabili, soprattutto nella documentazione delle parti più critiche.

I progressi compiuti di recente nello sviluppo di piattaforme di visualizzazione olografica hanno fornito un nuovo mezzo per integrare i dati anatomici, e hanno consentito di creare un nuovo ambiente di lavoro per l’interazione collaborativa tra neuroanatomisti e scienziati del brain-imaging. Su questa base, Petersen e colleghi hanno realizzato un progetto, il cui compimento ha portato loro a sviluppare la prima interfaccia olografica per la costruzione (ricostruzione) delle vie assoniche di connessione dell’encefalo. Il sistema è stato posto in essere grazie a una grande quantità di dati provenienti dall’uomo, sia istologici che strutturali (MRI), e associando neuroanatomisti di fama mondiale per la definizione interattiva delle traiettorie assoniche dei sistemi della corteccia cerebrale, dei nuclei della base encefalica e del cervelletto.

Questa sintesi di hardware di visualizzazione avanzato, sviluppo del software e dati neuroanatomici ha consentito di tradurre una straordinaria quantità di conoscenza, raccolta e accantonata per decadi, in uno straordinario atlante delle vie assoniche, che può essere impiegato per la ricerca scientifica, le investigazioni cliniche e la didattica universitaria.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di studi di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Roberto Colonna

BM&L-16 novembre 2019

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Note e Notizie 27-04-19 La connettomica può cambiare la psichiatria.

[2] Note e Notizie 27-04-19 La connettomica può cambiare la psichiatria.