Proprio come le reti autostradali che si rispettano, nel cervello sarebbero presenti vie di comunicazione a lunga distanza che si distinguono dalla viabilità locale per ampia capacità di scorrimento e costo elevato del “pedaggio”. Lo ha messo in luce uno studio di Martijin P. van den Heuvel e colleghi, pubblicato in open access su Pnas, che ha identificato queste infrastrutture con la tecnica della risonanza magnetica a tensore di diffusione (DTI).
Secondo il gruppo di ricerca fra Università di Utrecht (Olanda) e Università dell’Indiana (USA) che ha condotto lo studio, coordinato da Olaf Sporns, nel cervello sono infatti presenti network cerebrali con connessioni a breve distanza a basso costo di trasmissione e network con connessioni a lunga distanza che disseminano l’informazione su scala globale utilizzando il 40% dell’intero “budget” energetico disponibile. In questa architettura, più di due terzi delle connessioni a breve distanza sarebbero dislocate in adiacenza all’infrastruttura ad ampia capacità, suggerendo dunque che questa rappresenta “un’ossatura centrale di attrazione, trasformazione e integrazione di gran parte delle comunicazioni che avvengono nel cervello”. L’infrastruttura sarebbe formata da veri e propri hub di instradamento dell’informazione, che consentirebbero una comunicazione efficace fra le regioni distanti. All’insieme di questi hub è stato dato il nome di “rich club”.
Nell’immagine (B): nel grafo di sinistra sono mostrate le connessioni locali, nel grafo centrale le connessioni feeder, nel grafo di destra le connessioni del “rich club”.
Il concetto di rich club emerge dai lavori pionieristici con DTI di Sporns e colleghi, che avevano consentito loro di identificare nel cervello un gruppo di 12 regioni biemisferiche – corticali e non – con funzione di “hub”, fortemente interconnesse, che comprendono il precuneo, la corteccia frontale superiore, la corteccia parietale superiore, l’ippocampo, il putamen e il talamo. Sono proprio queste regioni – alcune delle quali mediano comportamenti complessi più che processi specializzati – a costituire il rich club. “In effetti è un’infrastruttura costosa in termini di energia e di spazio necessario al suo funzionamento, ma va riconosciuto che ha un elevato pay-off: essa consente infatti una comunicazione veloce ed efficiente fra miliardi e miliardi di cellule nervose; ha dunque un ruolo assolutamente centrale per il funzionamento complessivo del cervello”, spiega Sporns.
Nel nuovo studio i ricercatori hanno utilizzato la DTI su 40 soggetti sani per mappare la stuttura di connettività su larga scala del cervello. Il manto corticale è stato suddiviso in 1.170 regioni di interesse, sulle quali sono state effettuate le misurazioni sulla base delle quali è stato possibile ricostruire la rete di comunicazione. Come nei precedenti studi, i nodi dell’infrastruttura sono risultati ampiamente distribuiti e contavano fino al 40% di connettività in più rispetto alle altre aree. Le connessioni misurate (quasi 700.000 in totale) sono state classificate in: connessioni del rich club (se connettevano nodi propri del rich club); connessioni di feed (se connettevano nodi del rich club con nodi estranei al rich club); connessioni locali (se connettevano nodi estranei al rich club). Le connessioni del rich club costituivano la maggioranza di tutte le vie di comunicazione a lunga distanza rilevate.
“Da un punto di vista evoluzionistico – riflette Sporns – in teoria sarebbe importante per il cervello minimizzare il consumo di energia e il volume di cablaggio delle reti, ma se fossero in gioco solo questi fattori il rich club non esisterebbe, visto che è costoso sia in termini volumetrici che metabolici… Ma il beneficio derivante da una ‘spesa’ maggiore è rappresentato da una migliore performance nell’integrazione dei diversi segnali e nella capacità di selezionare vie brevi attraverso il network. Tanto per capirci, dato che i neuroni del cervello non sono dotati di mappe, come fanno a trovare la strada per entrare in contatto fra loro? Forse il rich club li aiuta in questo, fornendo ai diversi neuroni e alle diverse regioni del cervello un modo efficiente per comunicare basato su una strategia di instradamento (routing), che fa perno proprio su questa infrastruttura centrale”.
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