Come si assemblano e si organizzano i cervelli in via di sviluppo?

Jul 30, 2023

Aree cerebrali contrassegnate da modelli di attività distinti molto presto, lo dimostra uno studio sui marsupiali

di Tamara Bhandari•29 agosto 2023

Linda Richards, PhD, capo (al microscopio) del Dipartimento di Neuroscienze della Washington University School of Medicine di St. Louis, ha recentemente pubblicato uno studio che descrive alcuni dei primi eventi nello sviluppo del cervello. I risultati gettano le basi per comprendere le radici di patologie cerebrali come l’epilessia, l’autismo e la disabilità intellettiva.

I bambini nascono con un cervello pre-organizzato in aree dedicate al movimento, alla vista, all’udito e ad altre funzioni, un’infrastruttura critica che li equipaggia per iniziare a conoscere il mondo dal momento in cui fanno i primi respiri. Ma si sa poco su come è costruita l’architettura del cervello a causa delle sfide legate allo studio dello sviluppo del cervello prima della nascita.

Entrano in gioco i dunnart dalla coda grassa, marsupiali simili a topi che nascono dopo soli 13 giorni di gestazione, con il cervello ancora in gran parte non formato. Monitorando lo sviluppo cerebrale dei Dunnart Joey mentre maturavano nel marsupio delle loro madri, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno raccolto informazioni su come la superficie esterna del cervello, conosciuta come corteccia, si organizza e si struttura: un processo processo cruciale che finora è stato quasi impenetrabile alla ricerca scientifica. Comprendere come emerge normalmente la struttura del cervello potrebbe fornire indizi essenziali sul perché e sul come il processo a volte va storto, portando a disturbi neurologici.

Lo studio è disponibile online sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Anche se la corteccia è ancora in formazione, emergono modelli distinti di attività in diverse aree funzionali del cervello", ha affermato l'autrice senior Linda J. Richards, PhD, professoressa di Neurobiologia alla Edison e capo del Dipartimento di Neuroscienze. “Questi modelli possono essere fondamentali per stabilire connessioni tra diverse aree del cervello. Vorremmo sapere come si sviluppa l'attività modellata nel cervello e cosa succede quando va storto. In che modo le alterazioni dell’attività modellata interrompono il modo in cui sono impostati i circuiti cerebrali e quali implicazioni potrebbero avere per condizioni cerebrali come l’epilessia o l’autismo?”

Lo sviluppo del sistema nervoso nei mammiferi, compreso l'uomo, inizia con la comparsa del cosiddetto tubo neurale nelle prime settimane dopo il concepimento. Un'estremità del tubo neurale germoglia nel cervello; l'altro si allunga nel midollo spinale. Nel corso di diverse settimane, le cellule della superficie esterna del cervello nascente si organizzano nella corteccia cerebrale, la superficie esterna accartocciata del cervello responsabile della memoria, del pensiero, dell’apprendimento, della percezione e delle emozioni. Un dunnart nasce subito dopo la formazione del tubo neurale, quindi la sua corteccia cerebrale si sviluppa mentre è nel marsupio della madre. Nelle persone, la corteccia cerebrale inizia a formarsi circa cinque settimane dopo il concepimento e continua a svilupparsi nel secondo trimestre di gravidanza.

Insieme a Richards, il gruppo di ricerca comprendeva il coautore Geoffrey J. Goodhill, PhD, professore di biologia dello sviluppo e di neuroscienze presso la School of Medicine; così come i co-primi autori Rodrigo Suárez, PhD, Tobias Bluett e Michael H. McCullough, PhD, che erano tutti presso l'Università del Queensland in Australia quando è stata condotta la ricerca iniziale.

Quando i neuroni sono attivi, i livelli di calcio aumentano all’interno delle cellule. Per monitorare l'attività neuronale nel cervello dei ragazzi, i ricercatori hanno utilizzato un indicatore fluorescente che si illuminava quando i livelli di calcio aumentavano. Hanno scoperto che i modelli di attività emergevano molto presto, anche se i nuovi neuroni erano ancora in fase di generazione e la struttura a sei strati della corteccia era ancora in costruzione.

"Fin dall'inizio inizi ad avere un po' di attività, che non segue alcun tipo di schema, ma non appena riesci a vedere gli schemi, sono diversi nelle aree somatosensoriali e visive del cervello," Richards ha detto.

Modelli distinti di attività emergono più o meno nello stesso momento in cui si stabiliscono le connessioni tra la corteccia e il talamo, una struttura a forma di uovo al centro del cervello che trasmette segnali motori e sensoriali alla corteccia. I ricercatori stanno ora conducendo ulteriori studi per indagare il ruolo del talamo nello sviluppo della corteccia, ha detto Richards.