Ricerche

Uno scienziato dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha individuato i segni dell'attività cerebrale che compongono la nostra impronta digitale del cervello, che - come la nostra impronta digitale normale - è unica.

Dimitri Van de Ville (primo autore dello studio, sinistra) ed Enrico Amico (Foto: Alain Herzog/EPFL)

"Ci penso ogni giorno e lo sogno di notte. È tutta la mia vita oramai da cinque anni", afferma Enrico Amico, scienziato del Medical Image Processing Laboratory e del Center for Neuroprosthetics dell'EPFL, che sta parlando della sua ricerca sul cervello umano in generale, e in particolare sulle impronte digitali del cervello.

Ha imparato che ognuno di noi ha una 'impronta digitale' del cervello e che questa impronta digitale cambia costantemente nel tempo. Le sue scoperte sono state appena pubblicate su Science Advances.

"La mia ricerca esamina reti e connessioni all'interno del cervello, e in particolare i legami tra le diverse aree, per ottenere maggiori informazioni su come funzionano le cose", afferma Amico. "Facciamo in gran parte uso di scansioni a risonanza magnetica (MRI), che misurano l'attività cerebrale per un determinato periodo di tempo".

Il suo gruppo di ricerca elabora le scansioni per generare grafici, rappresentati come matrici colorate, che riassumono l'attività cerebrale del soggetto. Questo tipo di tecnica di modellazione è conosciuta nei circoli scientifici come 'neuroscienza di rete' o 'connettoma cerebrale'.

"Tutte le informazioni di cui abbiamo bisogno sono in questi grafici, che sono comunemente noti come 'connettomi cerebrali funzionali'. Il connettoma è una mappa della rete neurale. Ci informa su cosa stava facendo il soggetto durante la scansione MRI, se stava riposando o eseguendo altri compiti, ad esempio. Il nostro connettoma cambia in base a quale attività stava eseguendo e quali parti del cervello venivano usate", afferma Amico.

Due scansioni sono tutto ciò che serve

Alcuni anni fa, i neuroscienziati della Yale University che studiavano questi connettomi hanno scoperto che ognuno di noi ha un'impronta digitale unica. Confrontando i grafici generati dalle scansioni MRI degli stessi soggetti, scattate a pochi giorni una dall'altra, sono riusciti ad abbinare correttamente le due scansioni di un dato soggetto quasi il 95% delle volte. In altre parole, hanno potuto identificare accuratamente un individuo in base alla sua impronta digitale.

"È davvero impressionante perché l'identificazione è stata effettuata usando solo connettomi funzionali, che sono essenzialmente gruppi di punteggi di correlazione", afferma Amico.

Egli ha deciso di portare questa scoperta un passo più avanti. Negli studi precedenti, le impronte digitali cerebrali sono state identificate usando scansioni MRI durate diversi minuti. Ma si è chiesto se queste impronte possono essere identificate dopo pochi secondi, o se c'era un punto specifico nel tempo in cui appaiono, e in tal caso, quanto tempo potrebbe durare quel momento?

"Fino ad ora, i neuroscienziati hanno identificato le impronte digitali del cervello usando due scansioni MRI eseguite su un periodo abbastanza lungo. Ma le impronte digitali appaiono effettivamente dopo solo cinque secondi, ad esempio, o hanno bisogno di più tempo? E cosa succede se le impronte digitali di diverse aree cerebrali appaiono in momenti diversi nel tempo? Nessuno conosceva le risposte. Quindi, abbiamo testato diverse scale di tempo per vedere cosa succedeva", dice Amico.

Un'impronta digitale solo in 1 minuto e 40 secondi

Il suo gruppo di ricerca ha rilevato che sette secondi non era un tempo sufficiente per rilevare dati utili, ma che circa 1 minuto e 40 secondi lo era. 

"Ci siamo resi conto che le informazioni necessarie per svelare un'impronta digitale cerebrale possono essere ottenute per periodi di tempo molto brevi", afferma Amico. "Non c'è bisogno di una risonanza magnetica che misura l'attività cerebrale per cinque minuti, per esempio. Anche scale di tempo più brevi potrebbero funzionare".

Il suo studio ha anche dimostrato che le impronte digitali cerebrali più veloci iniziano ad apparire dalle aree sensoriali del cervello, e in particolare le aree relative al movimento oculare, alla percezione visiva e all'attenzione visiva. Con il passare del tempo, anche le regioni frontali della corteccia, quelle associate a funzioni cognitive più complesse, iniziano a rivelare informazioni uniche per ciascuno di noi.

Il passo successivo sarà confrontare le impronte digitali del cervello dei pazienti sani con quelli che soffrono di morbo di Alzheimer (MA).

"Sulla base dei risultati iniziali, sembra che le caratteristiche che rendano unica un'impronta digitale del cervello scompaiano costantemente mentre la malattia progredisce", afferma Amico. "Diventa più difficile identificare le persone in base ai loro connettomi. È come se una persona con MA perda l'identità del suo cervello".

Lungo questa linea, le potenziali applicazioni potrebbero includere la rilevazione anticipata di condizioni neurologiche in cui le impronte digitali del cervello scompaiono. La tecnica di Amico può essere usata nei pazienti affetti da autismo o ictus o persino nella tossicodipendenza.

"Questo è solo un altro piccolo passo verso la comprensione di ciò che rende unico il nostro cervello: le opportunità che potrebbe creare questa intuizione sono senza limiti".