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Il cervello, è geometricamente organizzato in fasci di fibre ordinati e non caotico come si pensava. L'imaging tridimensionale conferma che anche i primati hanno lo stesso tessuto nervoso

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  domenica 29 aprile 2012 ore: 00:00:00 - letto [ 204 ]

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È l’ordine a dominare nell’enorme numero di fibre neuronali presenti nel cervello dei primati non umani e dell’uomo. Nuove tecniche di imaging tridimensionale hanno permesso di dimostrare in modo inaspettato che i fasci di fibre parallele sono organizzati in lamine bidimensionali che si incrociano ad angolo retto, disegnando un reticolo di elegante semplicità.

Non un intricato dedalo di fasci nervosi disorganizzati, ma un reticolo tridimensionale e ricco di collegamenti estremamente ordinati: da una nuova ricerca pubblicata sulla rivista “Science” è emerso un nuovo modello dell’organizzazione complessiva del cervello degli esseri umani e degli altri primati.

A elaborarlo sono stati i neuroscienziati di un’ampia collaborazione guidata da Van Wedeen, del Martinos Center for Biomedical Imaging del Massachusetts General Hospital, sulla base di una sofisticata analisi matematica e dell’utilizzo di avanzate tecniche di imaging tridimensionale.

“Abbiamo scoperto che il cervello è costituito da fibre neuronali parallele e perpendicolari che si incrociano in modo ordinato: si tratta di un risultato del tutto inaspettato”, ha sottolineato Van Wedeen. “Sapere che esiste un semplice piano che, per successive modifiche dovute sia all’evoluzione sia allo sviluppo ontogenetico, dà origine al tutti i cervelli ha implicazioni di enorme portata per tutti coloro che si occupano dello studio delle connessioni cerebrali”.

È noto che i cammini neurali nel midollo spinale e nel tronco encefalico sono organizzati in tre principali direzioni – alto-basso, sinistra-destra e davanti e dietro – che riflettono gli schemi di base dello sviluppo embrionale.

Seguire questi cammini negli animali superiori, e in particolare nella corteccia cerebrale, è sempre stata una sfida difficile, dato l’alto numero di intersezioni entro spazi limitatissimi. Finora gli studi hanno utilizzato traccianti chimici iniettati in specifiche regioni cerebrali: questa metodica ha però forti limitazioni intrinseche, poiché permette di seguire l’andamento di un singolo cammino alla volta e non può essere utilizzata in esseri umani viventi.

In quest’ultimo studio, invece, Wedeen e colleghi hanno utilizzato tecniche di imaging a risonanza magnetica a spettro di diffusione (DSI) – che permettono di rilevare l’orientazione di tutte le fibre che incrociano un particolare punto di un dato cammino – accoppiate a un’analisi matematica di tutti i cammini adiacenti o incrociati nel cervello di quattro specie di primati non umani e in un gruppo di volontari umani.

Struttura reticolare dei principali cammini dell'emisfero sinistro del cervello umano. Le fibre neuronali appaiono ripiegate a formare lamine bidimensionali che si incrociano ad angoli retti (Cortesia Van Wedeen/Martinos Center and Dept. of Radiology, Massachusetts General Hospital and Harvard University Medical School)

Precedenti studi effettuati da Wedeen su cervelli di animali avevano rivelato la presenza di cammini di fasci incrociati di fibre parallele che sembravano formare strutture laminari, ma i dati disponibili non permettevano di capire se si trattasse di strutture pervasive oppure caratteristiche solo di alcune regioni cerebrali.

Un'analisi più raffinata ha ora rivelato che tutte le fibre tra loro adiacenti o incrociate sono parallele o perpendicolari al cammino originario. Ciascuna delle fibre incrociate è, a sua volta, incrociata da proprie fibre perpendicolari, intessute come le fibre all’interno di un tessuto, e curvate in modo da definire strutture tridimensionali simili a scatole.

Lo stesso schema a griglia è stato osservato in tutta la materia bianca del cervello di tutti i volontari e dei quattro primati non umani analizzati: macachi rhesus (Macaca mulatta), aotidi, galagidi e scimmie del genere Callithrix.

“L’estrema semplicità di questa struttura a griglia è probabilmente ciò che le permette di adattarsi ai cambiamenti, sia che si tratti delle grandi trasformazioni che avvengono nel corso dell’evoluzione sia di quelle che avvengono nel corso dello sviluppo dell’individuo”, ha commentato Van Wedeen, mentre secondo Thomas R. Insel, direttore del National Institute of Mental Health, che ha finanziato in parte la ricerca, "questa nuova tecnologia potrebbe rivelare differenze individuali nelle connessioni cerebrali che sarebbero d'aiuto per la diagnosi e la cura dei disturbi mentali."

Un sistema su tre assi



L'organizzazione cerebrale: da due a tre dimensioni



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Grain Grid image

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tessuto neuronale

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La geometria del cervello

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Fonte
http://www.lescienze.it/news/2012/0...

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Riferimento
http://www.sciencemag.org/content/3...

Youtube



Imaging tridimensionale del tessuto cerebrale:








 

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