Metatalamo in 3D e prima visualizzazione della sua citoarchitettonica
GIOVANNI
ROSSI
NOTE E NOTIZIE - Anno XIX – 09 aprile
2022.
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]
Tutta l’informazione sensoriale proveniente
dagli organi recettori periferici nel cervello dei mammiferi deve passare per
il talamo prima di giungere alla corteccia cerebrale; l’importanza acquisita
nell’evoluzione dal senso della vista e dell’udito si comprende anatomicamente
dallo sviluppo nella nostra specie di una struttura specializzata annessa al
talamo stesso, rispetto al quale è caudoventrale, detta metatalamo.
Costituita dai corpi genicolati laterali, che ricevono fibre attraverso
il braccio congiuntivo superiore dai tubercoli superiori visivi della lamina
quadrigemina, e dai corpi genicolati mediali, che ricevono fibre
attraverso il braccio congiuntivo inferiore dai tubercoli inferiori acustici
della lamina quadrigemina, la struttura metatalamica ha un’importanza assoluta
nella fisiologia delle vie ottica e acustica. Infatti, il metatalamo non è una
semplice stazione di passaggio dell’input originato nella retina e nella
coclea ma, con i nuclei dei suoi corpi genicolati, costituisce uno snodo o un hub
di connessione per l’elaborazione dei segnali visivi e uditivi nei sistemi
neuronici di gran parte del cervello.
Fino ad oggi non si disponeva di una cartina
tridimensionale o “mappa 3D” della struttura citoarchitettonica dei corpi
genicolati metatalamici, e questo è stato un grosso limite per la comprensione
dei ruoli o dei contributi di queste formazioni all’elaborazione di quanto
captato da occhio e orecchio. Infatti, una delle ragioni della grande distanza tra
anatomia e fisiologia dell’encefalo, che ancora oggi si rileva nello studio
accademico, è costituita dal fatto che la comprensione del rapporto tra
morfologia e funzione richiede una conoscenza analitica e tridimensionale della
struttura microscopica dell’encefalo.
Kai Kiwitz e colleghi hanno condotto uno studio, ora
in pre-pubblicazione elettronica su Frontiers in Neuroanatomy, che ha consentito
la realizzazione di una mappa citoarchitettonica in 3D del metatalamo umano,
prendendo le mosse dal BigBrain dataset, una preziosa banca dati in
continuo aggiornamento quale parte dello Human Brain Project. In tal modo,
gli autori dello studio hanno definito le tre suddivisioni interne del corpo
genicolato mediale e la struttura dei sei strati del corpo genicolato
laterale.
(Kiwitz K., et al. Cytoarchitectonic
Maps of the Human Metathalamus in 3D Space. Frontiers in Neuroanatomy – Epub ahead of print doi: 10.3389/fnana.2022.837485, 2022).
La provenienza degli autori è la seguente: Cecile and Oskar Vogt Institute of Brain Research,
University Hospital Dusseldorf, Medical Faculty, Heinrich Heine University,
Dusseldorf (Germania); Max Plank School of Cognition, Leipzig (Germania);
Institute of Neuroscience and Medicine (INM-1), Julich Research Center, Julich (Germany);
Helmholtz AI, Julich Research Center, Julich (Germania); Mc Gill Center for
Integrative Neuroscience, McConnel Brain Imaging Center, Montreal Neurological
Institute, McGill University, Montreal QC (Canada); National Research Council
of Canada, Ottawa, ON (Canada).
Il metatalamo umano
svolge un ruolo importante come stazione di relay
sottocorticale per l’elaborazione visiva e uditiva, ma è anche una struttura
del nevrasse di notevole interesse medico per la sua partecipazione a numerosi
processi patologici. Rilevarne e analizzarne la citoarchitettonica nella sua
configurazione volumetrica potrà migliorare non solo la comprensione del valore
neurofisiologico delle sue connessioni ma anche lo studio delle patologie che
lo interessano.
Kai Kiwitz e colleghi hanno provato a definire la microanatomia tridimensionale metatalamica
umana normale come conoscenza istologica nel suo volume reale, e non
limitata alle sezioni di tessuto dell’istologia classica, così da poter
scoprire le suddivisioni e la morfologia stratificata. L’obiettivo della
ricerca consisteva nel giungere alla definizione delle mappe citoarchitettoniche
del corpo genicolato mediale (MGB) e delle sue suddivisioni interne nel BigBrain – un modello istologico del cervello umano
ricostruito in 3D – e nell’ottenere mappe citoarchitettoniche probabilistiche
sia di MGB quanto del corpo genicolato laterale (LGB).
A questo
scopo sono stati prelevati campioni metatalamici da 10 cervelli durante l’esame
necroscopico post-mortem, sono state ottenute sezioni istologiche, che sono
state poi sottoposte ad attenta osservazione microscopica.
È già
noto che il corpo genicolato laterale (LGB) è una struttura esastratificata, ossia costituita da 6 lamine distinte di
aggregati pirenoforici, innervate dalle fibre del
tratto ottico corrispondenti al campo visivo controlaterale. Si sa anche
che le 2 lamine magnocellulari e le 4 parvocellulari
elaborano informazioni di vie retiniche funzionalmente distinte.
Il corpo
genicolato mediale (MGB) è notoriamente sede ricevente di proiezioni
ascendenti tonotopicamente organizzate, attraverso il
lemnisco mediale, di proiezioni dal collicolo inferiore della lamina quadrigemina
e dalla corteccia uditiva. Da un punto di vista citoarchitettonico
può essere suddiviso in tre compartimenti principali: ventrale, dorsale e
mediale.
Entrambi
i nuclei genicolati hanno proiezioni prevalenti ad aree corticali e, come si è
detto, fungono da collegamento per le interazioni multiple sottocorticali. Per
MGB, la parte acustica del metatalamo, l’interesse medico è dovuto al suo ruolo
nel tinnitus, ossia l’acufene spesso insopprimibile generato all’interno
dell’apparato uditivo, e ai ruoli che gli sono stati attribuiti nel riconoscimento
del linguaggio e nella dislessia dello sviluppo. Per LGB, la parte
visiva del metatalamo, l’interesse medico è dovuto ai suoi ruoli nel glaucoma,
nella sclerosi multipla, nella malattia di Parkinson e in numerosi disturbi
psichiatrici.
Kai Kiwitz e colleghi hanno riconosciuto le tre
suddivisioni di MGB, cioè MGBv, MGBd,
MGBm in ogni quinta sezione di BigBrain,
e hanno applicato uno strumento basato su apprendimento profondo (deep-learning
based tool) per mapparle in tutte le sezioni
rimanenti. La mappa è stata ricostruita in 3D per mostrare la configurazione e
l’estensione di MGB e le sue suddivisioni con precisione di livello cellulare.
LGB e MGB
sono poi stati identificati e studiati in campioni di tessuto cerebrale talamico
prelevati da altri 9 cervelli di defunti.
Le mappe
citoarchitettoniche probabilistiche sono state computate negli spazi di
riferimento MNI “Colin27” e MNI ICBM152, e rivelano una bassa variabilità
interindividuale nella topografia e nell’estensione. Le mappe probabilistiche
sono già state incluse dagli autori dello studio nel Julich
Brain Atlas e sono già disponibili gratuitamente. Queste mappe possono
essere associate agli altri dati 3D dell’organizzazione del cervello umano ed
essere utilizzate come riferimento anatomico per studi di neuroimmagine diagnostici,
prognostici e terapeutici di cervelli di pazienti, ma anche per le osservazioni
sperimentali della ricerca neurofisiologica su cervelli di individui in buona
salute.
Gli autori
di questo studio, che sicuramente ha il suo pregio maggiore nel dato tecnico specialistico
per il quale si rimanda al testo e alle illustrazioni dell’articolo originale,
concludono evidenziando che le mappe ad alta risoluzione di MGB Big Brain
forniscono basi per 1) l’integrazione dei dati; 2) la realizzazione di modelli
cerebrali; 3) la simulazione della partecipazione in più ampia scala ai
circuiti talamocorticali e locali subcorticali.
Anche se
questi aspetti sono strettamente tecnici e non appaiono di interesse immediato
per chi è abituato all’anatomia descrittiva macroscopica e al ricorso all’anatomia
microscopica solo per caratterizzazioni istologiche paradigmatiche, come la
struttura della corteccia esalaminare, lo studio di Kai
Kiwitz e colleghi può considerarsi come una tessera
nel mosaico delle nuove conoscenze strutturali a supporto della futura
definizione di nuovi modelli morfo-funzionali della connettività microscopica.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e
invita alla lettura delle
recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE”
del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Giovanni Rossi
BM&L-09 aprile 2022
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