L'Istituto Allen traccia una "organigramma" ad alta risoluzione per le connessioni nel cervello

I ricercatori dell'Allen Institute di Seattle affermano che una nuova e migliorata mappa del cervello del topo rivela non solo il modo in cui le diverse regioni sono collegate, ma come queste connessioni sono ordinate in modo gerarchico.
Aggiungono che le tecniche di mappatura alla base del loro studio, pubblicato oggi dalla rivista Nature, potrebbero far luce su come malattie come l'Alzheimer, il Parkinson o la schizofrenia intrecciano connessioni nel cervello umano.
La mappa prodotta dallo studio è tecnicamente nota come "connettoma" su media scala.
È stata variamente paragonata a uno schema elettrico, un organigramma o una mappa della metropolitana per il cervello.
Una versione iniziale della mappa è stata pubblicata cinque anni fa – e all'epoca era considerata un punto di riferimento per la scienza del cervello.
Come quella versione precedente dell'Atlante per la connettività del cervello Allen Mouse, la mappa appena pubblicata è stata creata iniettando virus luminescenti nel cervello dei topi e quindi monitorando il modo in cui gli impulsi cerebrali illuminavano diversi tipi di cellule cerebrali.
"Nella mappa precedente, non siamo stati in grado di descrivere quali percorsi provenivano da quale cellula", ha detto a GeekWire Julie Harris, uno dei principali autori dello studio.
Harris è direttore associato di neuroanatomia presso l'Allen Institute for Brain Science, una divisione dell'Allen Institute.
Questa volta, il team si è concentrato sulle connessioni tra la corteccia cerebrale e il talamo, che funge da centro di relè per l'input sensoriale.
Si ritiene che le interazioni tra quelle aree del cervello abbiano un ruolo nella cognizione e nella memoria: "le cose che sappiamo possono andare storte con malattie come l'Alzheimer", ha detto Harris.
I dati grezzi facevano sembrare che tutto fosse collegato a tutto, ha detto Harris.
Ma un'analisi più dettagliata ha messo a fuoco le proprietà gerarchiche dell '"organigramma" di tali connessioni.
Le regioni della corteccia associate alle informazioni sensoriali, come la visione e l'olfatto, tendevano ad essere più in basso nella gerarchia.
Le regioni associate a funzioni di livello superiore, come il richiamo di un ricordo evocato da un profumo familiare, tendevano ad essere più alte.
Vi erano schemi caratteristici per le connessioni che salivano nella gerarchia rispetto a quelle che si muovevano verso il basso, ma questi schemi non erano sempre seguiti.
"Questa non è una semplice gerarchia, come una sequenza unidirezionale di gradini ascendenti", ha detto in un comunicato stampa il coautore dello studio Christof Koch, capo scienziato e presidente dell'Allen Institute for Brain Science.
"Il prossimo passo sarà quello di esaminare direttamente come i neuroni trasmettono informazioni attraverso la loro attività elettrica per confermare che questo schema è importante." Harris ha sottolineato che la nuova mappa, come la vecchia mappa, ha predisposto l'organigramma per un normale cervello di topo.
Lei e i suoi colleghi stanno ora analizzando come gli schemi di connessioni potrebbero differire nei topi che sono stati geneticamente modificati per sviluppare i sintomi della malattia di Alzheimer.
Una simile analisi potrebbe indicare nuovi metodi per riparare le connessioni errate nei cervelli malati e aprire nuove frontiere per il trattamento dei pazienti umani.
I neuroscienziati hanno ancora molta strada da fare per ottenere un quadro completo dei circa 100 miliardi di connessioni tra le cellule cerebrali di un topo, per non parlare delle centinaia di miliardi di miliardi di connessioni nel cervello umano.
Ma ogni miglioramento della tecnologia di mappatura porta il funzionamento dei nostri cervelli su un focus più chiaro.
"Queste connessioni sono il modo principale in cui i neuroni comunicano tra loro", ha affermato l'autore senior dello studio Hongkui Zeng, direttore esecutivo della scienza strutturata presso l'Allen Institute for Brain Science.
“Le reti elaborate e complicate nel cervello, i loro diversi percorsi e sottosistemi, elaborano tutto ciò che vediamo, i nostri movimenti, ricordi e sentimenti.
Comprendere la connettività del cervello è fondamentale per capire come funziona il cervello.
”Harris, Koch e Zeng sono tra i 41 autori dell'articolo pubblicato su Nature,“ Organizzazione gerarchica delle attività corticali e talamiche ”.
Stefan Mihalas, investigatore associato presso l'Allen Institute for Brain Science, è co-autore principale insieme a Harris.