Giungere alla conoscenza dell’architettura encefalica è da anni al centro degli sforzi di numerosi neuroscienziati. Riuscire a trovare il modo di visualizzarla non è soltanto pura curiosità scientifica, ma è alla base di una migliore comprensione dei meccanismi insiti nell’attività cerebrale: dal controllo delle funzioni vegetative e coscienti fino alla strutturazione della nostra personalità.

Connettoma” è un termine unico che viene utilizzato per indicare la complessa rete di interazioni sinaptiche attraverso cui vengono trasmessi gli impulsi da una cellula nervosa all’altra. L’obiettivo dello Human Connectome Project è quello di riuscire a costruire una mappa di tutte le connessioni con le loro variabili, in un cervello umano adulto e sano, al fine di fornire un’interfaccia grafica con la quale esaminare le interazioni tra le diverse aree cerebrali.

Questo ambizioso progetto è stato lanciato nel 2009 dal National Institute of Health americano e nel 2010 ha portato alla nascita di due studi paralleli ma complementari: il primo, di durata quinquennale, condotto dalla Washington University di St. Louis in collaborazione con la Oxford University e l’Università del Minnesota; il secondo guidato dall’Università di Harvard e dal Massachusetts General Hospital insieme all’università della California a Los Angeles, che si svolge in un periodo di tre anni.

Il campione comprende 1200 soggetti sani, di età compresa tra i 22 e i 35 anni, estrapolati di una popolazione di gemelli e fratelli non gemelli. I dati neurali dei partecipanti sono stati acquisiti tramite le più moderne tecniche di neuroimaging grazie alle quali è possibile ottenere informazioni sull’anatomia del sistema nervoso in vivo. Quelle maggiormente utilizzate sono: R-fMRI, la HARDI insieme alla trattografia probabilistica, e il DTI.

Figura 1. R-fMRI
Figura 1. R-fMRI

La R-fMRI (Resting- functional Magnetic Resonance Imaging) registra le variazioni di ossigeno nel sangue dipendenti dalle spontanee oscillazioni dell’attività neuronale quando il soggetto è a riposo. Mostra le correlazioni di tipo funzionale tra aree cerebrali anche distanti tra loro, ma non fornisce alcuna indicazione riguardo l’anatomia di questi collegamenti.

HARDI (High Angular Resolution Diffusion Imaging): è una tecnica di imaging che effettua una serie di misurazioni attraverso le quali viene stabilito, con una certa accuratezza, il modo in cui si dispongono nello spazio le diverse fibre passanti per un voxel (l’equivalente volumetrico del pixel, che invece si riferisce ad una rappresentazione bidimensionale nda). I dati così ottenuti vengono processati attraverso la trattografia probabilistica. Quest’ultima, per mezzo di calcoli matematici e statistici, traccia in grafico la direzione degli assoni che connettono diverse porzioni di materia grigia.

Figura 2. HARDI sezione trasversale
Figura 2. HARDI sezione trasversale

DTI (DIffusion Tensor Imaging): ovvero l’imaging del tensore di diffusione che rappresenta un’altra tipologia di MRI. Quest’ultima metodica è una delle più recenti utilizzate nel campo delle neuroscienze e sfrutta lo spostamento delle molecole d’acqua all’interno delle fibre nervose per poterne stabilire la traiettoria e l’orientamento spaziale. Inoltre, la diffusione dell’acqua subisce delle alterazioni in base a cambiamenti della struttura nervosa che si possono verificare durante l’invecchiamento o in processi patologici.

Ognuna di queste metodiche si serve di una scala colorimetrica atta alla visualizzazione della direzione delle fibre, dell’intensità dei collegamenti e dell’attività neurale in quel particolare distretto. In generale nella fMRI, colori più caldi (giallo, arancio e rosso) indicano una maggiore attività dell’area, al contrario tonalità fredde (blu, verde) si riferiscono a zone meno coinvolte (Figura 1). Nella DTI, invece, gli stessi colori indicano una differente direzione delle fibre: rosse quelle trasversali, verdi quelle che vanno in senso antero-posteriore, in blu sono indicate le vie ascendenti e discendenti (Figura 3).

Figura 3. Diffusion Tensor Imaging
Figura 3. Diffusion Tensor Imaging

Le immagini così ottenute sono di grande impatto visivo, quasi delle opere d’arte, e fanno rendere conto anche ai non addetti ai lavori, dell’incredibile complessità di connessioni e interazioni che si celano in quella che ad occhio nudo appare come una “semplice” sostanza bianca o grigia.

La particolarità di questo progetto è che open content: i dati sono liberamente scaricabili ed accessibili a tutta la comunità scientifica. Già numerosi studi stanno sfruttando queste metodiche e le scoperte fatte finora, per far luce sui meccanismi alla base di diverse patologie: in primis l’Alzheimer e la schizofrenia. Confrontando i risultati ottenuti su soggetti sani con quelli malati, i ricercatori sperano di riuscire ad individuare e a localizzare con certezza le alterazioni patologiche e sfruttare queste conoscenze per elaborare una cura che sia efficace e risolutiva.

La parola d’ordine è quindi cooperazione: tante menti, sparse in tutto il mondo, che lavorano per svelare i segreti di una sola: quella umana.

Fonti | Sito del progetto, Articolo sul HCP in lingua originale 

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