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
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