Cos'è un connectome? Le nuove mappe del cervello

Il cervello umano è uno dei sistemi naturali più complessi conosciuti. Questo non è semplicemente dovuto al fatto che lo sviluppo tecnologico relativamente recente ha permesso la creazione di strumenti di misurazione adeguati per studiare questo insieme di organi, non il fatto che un cervello umano medio di un adulto contenga circa 80.000.000 di neuroni. La chiave è come queste cellule nervose si connettono.

Come vedremo in questo articolo, il concetto di connectome nasce per aiutarci a capire la logica interna di qualcosa di complicato come un cervello.

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Qual è il connectome?

Come abbiamo visto, nel cervello umano c'è un numero schiacciante di cellule nervose. Ma, in più, ogni neurone è in grado di connettersi con centinaia, migliaia di altri neuroni. Queste connessioni possono cambiare e svilupparsi nel tempo.

Si può dire che se il nostro sistema nervoso funziona è perché i neuroni sono in grado di inviare milioni di impulsi nervosi l'uno all'altro attraverso queste prese di contatto, chiamate sinapsi. Ogni neurone, individualmente, non è in grado di svolgere nessuna delle funzioni che ci permettono di pensare, sentire o persino rimanere vivi.

Un connectome, quindi, lo è una mappatura delle connessioni neurali che esistono in un sistema nervoso o in una parte di un sistema nervoso, normalmente un cervello. Negli ultimi anni sono apparsi diversi progetti attraverso i quali tentativi di comprendere il funzionamento di varie parti del sistema nervoso grazie a queste rappresentazioni.

Connessioni strutturali e connessioni funzionali

Quando si progettano i conectomi, è possibile descrivere sia le connessioni strutturali che le connessioni funzionali. Il primo rivela modelli generali e macroanatomici di connettività, normalmente formato in fasci di assoni raggruppati che vanno da una parte del sistema nervoso a un'altra regione di quest'ultimo. La seconda mostra si concentra sui dettagli di dimensioni più piccole legate alla probabilità che un gruppo di connessioni neuronali mandi determinati impulsi nervosi a un altro gruppo, una connessione che di solito viene effettuata in un modo più imprevedibile e interrotto..

Il progetto Human Connectome

È comune confrontare il concetto di connettoma con quello del genoma, che a sua volta si riferisce alle informazioni contenute in un altro tipo di struttura biologica: il DNA. Nello stesso modo in cui nel XX secolo la biologia e le discipline scientifiche ad essa collegate hanno visto una grande speranza nella possibilità di svelare la logica interna del genoma umano, negli ultimi anni neuroscienze e psicologia, nonché informatica, hanno iniziato a guardare alla possibilità di comprendere il tipico connectoma dei membri della nostra specie.

Ecco perché nel 2009 è nato il progetto Human Connectome, o Human Connectome Project, finanziato da membri del National Institutes of Health, degli Stati Uniti d'America. Il collegamento di questa iniziativa con la salute è evidente: è possibile tracciare la mappatura delle connessioni di un cervello umano sano, ma anche di uno associato a una certa malattia mentale, in questo modo individuare differenze significative nel modo in cui le cellule nervose comunicano tra loro in ciascun caso.

E 'ragionevole cercare le cause di alcuni disturbi in questo modello di connettività, in quanto v'è ora un forte consenso intorno all'idea che i processi mentali sono più probabilità di avere problemi con la funzionalità se i gruppi di neuroni che li guidano sono molto distanti Sì, dal momento che lavorare con queste distanze comporta l'assunzione di un costo metabolico più elevato. Se in un cervello quella distanza tra gruppi di neuroni è anormalmente grande, potrebbero apparire alterazioni della percezione o del comportamento. Il progetto Human Connectome è ancora in corso oggi.

Una fotografia del cervello?

Come abbiamo visto, il connectome è una specie di mappa del cervello, e la sua esistenza può facilitare la comprensione del suo funzionamento. Tuttavia, per sua natura, è uno strumento con potenza limitata.

Questo perché il sistema nervoso, specialmente il cervello, è un sistema in continua evoluzione. Questo è un fenomeno noto come plasticità neuronale, per cui qualsiasi esperienza, indipendentemente dalla sua importanza in termini psicologici, modifica i modelli di connettività e attività dei nostri neuroni.

Quindi, un connectoma può dare un'idea approssimativa del funzionamento di certe logiche comportamentali, degli effetti di alcune malattie mentali e delle lesioni cerebrali e può anche servire a creare sistemi di apprendimento attraverso la rete neurale nei computer. In realtà, sono già stati fatti promettenti risultati, come la ricreazione del connettivo del cervello di un tipo di verme, crea una simulazione con lui e fagli imparare certi comportamenti proprio come uno di questi animali farebbe senza programmazione o una linea di codice.

Ma un conectoma non può essere usato per prevedere con precisione il comportamento di un organismo con un cervello come quello umano o di una complessità simile, poiché è in continua evoluzione. Se siamo in grado di raggiungere quel livello di conoscenza, sembra che ci sia ancora molto da fare.