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Ricerche

Il nostro cervello è modellato da assi evolutivi ed ereditari

Human brain organized along two axesIl cervello umano è organizzato lungo due assi, un principio che sembra esistere in tutti i primati. Fonte: Valk / MPI CBS

Ogni regione ha il suo posto nel cervello. Tuttavia, non era finora chiaro il motivo per cui le regioni del cervello si trovano dove sono. Ora, gli scienziati del Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences (MPI CBS) e del Forschungszentrum Jülich hanno definito due assi principali lungo i quali sono geneticamente organizzate le regioni del cervello, che si estendono dalla parte posteriore ad anteriore e da quella inferiore a superiore del cervello.


Questi assi sono modellati principalmente dai geni e dall'evoluzione. Per conoscere meglio questi principi dobbiamo comprendere la funzione e il passato evolutivo di una regione, e l'architettura del cervello nel suo insieme, che costituisce la base dei nostri pensieri e sentimenti.


La posizione di un paese sulla terra la dice lunga sul suo clima, i paesi limitrofi, e le risorse che potrebbero essere lì. La posizione determina quindi che tipo di paese è prevedibile trovare in quel punto. Lo stesso sembra valere per il cervello. Ogni rete si trova in un determinato luogo, che determina la funzione e suoi vicini, ma anche la complessità della funzione che si svolge.


Tuttavia, le regole che descrivono i rapporti che hanno tra di loro regioni differenti del cervello non erano ben chiare fino ad ora. Gli scienziati del MPI CBS e del Forschungszentrum Jülich, insieme ad un team internazionale di collaboratori, hanno decifrato due assi lungo i quali si articola il cervello umano. Hanno scoperto che questi assi sono determinati principalmente da fattori genetici.


Un asse si estende dalla parte posteriore (dietro) alla parte frontale della corteccia. Ciò riflette una gerarchia funzionale, dalle funzionalità di base (come la vista e il movimento) alle competenze astratte altamente complesse (come la cognizione, la memoria e le abilità sociali). Un secondo asse porta dalla parte dorsale (superiore) della corteccia a quella ventrale (inferiore). Considerando che il sistema ventrale è associato alle funzioni che assegnano significato e motivazione, il sistema dorsale può riguardare spazio, tempo e movimento.


“È interessante notare che questa organizzazione verticale si allinea con l'ipotesi di lunga data della duplice origine”, spiega Sofie Valk, leader del gruppo di ricerca del MPI CBS e del Forschungszentrum Jülich e prima autrice dello studio, pubblicato su Science Avances. Secondo questa ipotesi, la corteccia cerebrale si è sviluppata da due diverse origini, l'amigdala e la corteccia olfattiva da un lato e l'ippocampo dall'altro.


Da queste origini sono sorte due diverse linee di sviluppo corticale, riflettendo onde da zone più o meno differenziate da ogni origine. Queste distinzioni tra le aree ventrale e dorsale sono presenti in diversi mammiferi, come i primati non umani, i gatti e i topi. Gli scienziati che lavorano con la Valk, tuttavia, hanno ora fornito le prove di tutto questo per l'intera corteccia umana, e hanno dimostrato che questo può essere un secondo principio organizzativo importante vicino all'asse posteriore-frontale.


Questa organizzazione a due assi, a sua volta, è in gran parte determinata dalla relazione genetica tra le regioni del cervello. Ciò significa che l'associazione tra la struttura di due regioni cerebrali è guidata da effetti genetici condivisi. Inoltre, hanno trovato assi simili nel cervello dei macachi, una indicazione che questi assi sono conservati attraverso l'evoluzione dei primati.


“Allo stesso tempo, anche se i geni e l'evoluzione formano l'organizzazione della struttura del cervello, non dobbiamo dimenticare che l'ambiente ha un ruolo fondamentale nel plasmare il nostro cervello e la mente”, dice la Valk. “Anche se nello studio ci siamo concentrati in particolare su questi effetti genetici, altro lavoro del nostro team ha dimostrato che anche la formazione comportamentale può alterare la struttura del cervello".


Ulteriori studi sono in programma per capire come interagiscono questi due fattori che formano la struttura del cervello. Capire gli assi più importanti dell'organizzazione del cervello è come avere una bussola, che può aiutare a orientarsi meglio nel cervello.


“Possiamo capire meglio l'evoluzione e la funzione di specifiche regioni e valutare meglio l'impatto delle patologie cerebrali”
, aggiunge la Valk. Ad esempio, un lavoro precedente degli autori aveva dimostrato che gli assi organizzativi differiscono tra individui con il disturbo dello spettro autistico e i controlli sani.


Gli scienziati hanno studiato l'organizzazione della struttura del cervello con un approccio multi-livello. In primo luogo, hanno usato i dati di gemelli monozigoti e dizigoti, così come di persone indipendenti, per modellare quanta organizzazione del cervello è geneticamente determinata. Hanno misurato come si correla lo spessore della corteccia in un gruppo di individui, ottenendo informazioni sul rapporto strutturale e di sviluppo tra le diverse regioni del cervello.


Se, ad esempio, alcuni rapporti erano più forti nei gemelli monozigoti che negli altri fratelli, questo potrebbe presumibilmente essere dovuto a fattori genetici. Usando l'informazione genetica dei rapporti tra le diverse regioni del cervello, essi hanno calcolato i principali assi lungo i quali sono organizzate le strutture cerebrali geneticamente simili.


Essi hanno anche confrontato l'organizzazione del cervello negli esseri umani con quella dei macachi. Trovando assi simili in questi animali, ha permesso loro di concludere che questa organizzazione è conservata attraverso l'evoluzione dei primati.

 

 

 


Fonte: Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Sofie Valk, Ting Xu, Daniel Margulies, Shahrzad Kharabian Masouleh, Casey Paquola, Alexandros Goulas, Peter Kochunov, Jonathan Smallwood, B. T. Thomas Yeo, Boris Bernhardt, Simon Eickhoff. Shaping brain structure: Genetic and phylogenetic axes of macroscale organization of cortical thickness. Science Advances, 25 Sep 2020, DOI

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