Misteriosi eventi del cervello sotto esame

Lo studio inedito di sorprendenti esplosioni di attività nel cervello umano potrebbe portare a nuove informazioni su condizioni come depressione, schizofrenia, demenza e ADHD.

Utilizzando un nuovo modello dell'attività cerebrale, neuroscienziati computazionali dell'Università dell'Indiana Maria Pope, Richard Betzel e Olaf Sporns stanno esplorando sorprendenti esplosioni di attività nel cervello umano, mai studiate prima. I risultati del loro studio sono stati pubblicati da PNAS.

Nel corso di analisi dei dati di neuroimaging umano, il team di ricerca dell'IU ha scoperto brevi esplosioni di attività, veri e propri "eventi" costantemente in corso nel cervello, indipendentemente dalle sue attività o dal suo stato. Secondo i ricercatori, nel corso di una scansione cerebrale di 10 minuti, simili eventi si registrano tra le 10 e 20 volte, ciascuno della durata di pochi secondi.

Come spiega Olaf Sporns, professore di psicologia e scienze del cervello presso il la IU Bloomington: "Osserviamo per la prima volta come le comunicazioni tra diverse regioni del cervello siano scandite da questi brevi momenti, pochi secondi durante i quali accadono molte cose. Il loro studio offre un'immagine di come specifiche regioni del cervello si collegano e parlano tra loro durante questi eventi".

Le indagini su questi misteriosi eventi sono partite dalla realizzazione di un modello computazionale. Guidato da Maria Pope, laureata nel laboratorio di Sporns e dottoranda sia in neuroscienze che in informatica, il gruppo ha utilizzato i dati di neuroimaging di un cervello umano per realizzare un modello che ne replicasse le connessioni. Il modello è stato quindi utilizzato in una simulazione di riposo per creare segnali di risonanza magnetica sintetici, utilizzando equazioni matematiche che ricostruiscono l'attività neuronale.

Il modello ha mostrato eventi simili a esplosioni proprio come quelli osservati nel cervello umano. "Il modello ci mostra che questi eventi sono guidati dalla rete strutturale del cervello", spiega Pope. "Sono legati alla struttura fisica del cervello". Più specificamente, gli eventi hanno origine in gruppi di neuroni e regioni del cervello densamente interconnessi e che si accendono tutti insieme per un attimo. Sporns ha paragonato lo schema a un'orchestra che suona un brano musicale.

Secondo Sporns, il risultato del nuovo modello potrebbe rappresentare un vero e proprio punto di svolta. “La connettività funzionale è cruciale nella ricerca di potenziali biomarcatori per i disturbi cerebrali ed è stata correlata a condizioni come depressione, schizofrenia, demenza e ADHD. I ricercatori hanno cercato per anni di utilizzare simulazioni cerebrali in applicazioni cliniche per modellare lesioni o malattie", ha affermato il professore. "Questo nuovo modello ci offre una lente migliore attraverso la quale guardare il cervello, per vedere più chiaramente cosa succede in condizioni sia normali che anormali".

I ricercatori stanno ora approfondendo le ragioni d'essere di queste brevi esplosioni di attività, ipotizzando funzioni paragonabili ad aggiornamenti o ripristini del sistema, in cui informazioni utili all'insieme vengono raccolte e condivise.

(lo)