In uno studio che ha confrontato le reti di comunicazione del cervello umano con quelle di macachi e topi, i ricercatori dell’EPFL hanno scoperto che solo il cervello umano trasmette informazioni attraverso molteplici percorsi paralleli, fornendo nuove informazioni sull’evoluzione dei mammiferi.
Nel descrivere le reti di comunicazione cerebrale, la ricercatrice post-dottorato senior dell’EPFL Alessandra Griffa ama usare metafore di viaggio. I segnali cerebrali vengono inviati da una fonte a un bersaglio, stabilendo un percorso polisinaptico che interseca più regioni del cervello “come una strada con molte fermate lungo il percorso”.
Spiega che sono già stati osservati percorsi di connettività strutturale del cervello basati su reti (“strade”) di fibre neuronali. Ma come scienziato del Medical Image Processing Lab (MIP:Lab) della School of Engineering dell’EPFL e coordinatore della ricerca presso il Leenaards Memory Centre del CHUV, Griffa voleva seguire i modelli di trasmissione delle informazioni per vedere come i messaggi vengono inviati e ricevuti. In uno studio recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla natura, ha lavorato con il capo del MIP:Lab Dimitri Van de Ville e il membro del SNSF Ambizione Enrico Amico per creare “mappe del traffico cerebrale” che potessero essere confrontate tra gli esseri umani e altri mammiferi.
Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno utilizzato dati di diffusione open source (DWI) e di risonanza magnetica funzionale (fMRI) di esseri umani, macachi e topi, raccolti mentre i soggetti erano svegli e a riposo. Le scansioni DWI hanno permesso agli scienziati di ricostruire le “mappe stradali” del cervello e le scansioni fMRI hanno permesso loro di vedere diverse regioni del cervello illuminarsi lungo ciascuna “strada”, il che indicava che questi percorsi trasmettevano informazioni neurali.
Hanno analizzato i dati MRI multimodali utilizzando le informazioni e la teoria dei grafici, e Griffa afferma che è stata questa nuova combinazione di metodi a fornire nuove intuizioni.
“La novità del nostro studio è l’uso di dati multimodali in un unico modello che combina due rami della matematica: la teoria dei grafi, che descrive le “roadmap” polisinaptiche; e la teoria dell’informazione, che mappa la trasmissione delle informazioni (o “traffico”) attraverso le strade Il principio di base è che i messaggi passati da una fonte a un destinatario rimangono immutati o vengono ulteriormente degradati ad ogni fermata lungo la strada, come il gioco del telefono che facevamo da bambini.”
L’approccio dei ricercatori ha rivelato che nei cervelli non umani, le informazioni venivano inviate lungo un’unica “strada”, mentre negli esseri umani esistevano più percorsi paralleli tra la stessa fonte e destinazione. Inoltre, questi percorsi paralleli erano unici come le impronte digitali e potevano essere utilizzati per identificare gli individui.
“Tale elaborazione parallela nel cervello umano è stata ipotizzata, ma mai osservata prima a livello dell’intero cervello”, riassume Griffa.
Potenziali intuizioni per l’evoluzione e la medicina
Griffa afferma che la bellezza del modello dei ricercatori è la sua semplicità e la sua ispirazione per nuove prospettive e percorsi di ricerca nell’evoluzione e nelle neuroscienze computazionali. Ad esempio, i risultati possono essere collegati all’espansione del volume del cervello umano nel tempo, che ha dato origine a modelli di connettività più complessi.
“Potremmo ipotizzare che questi flussi di informazioni paralleli consentano molteplici rappresentazioni della realtà e la capacità di eseguire funzioni astratte specifiche per gli esseri umani.”
Aggiunge che sebbene questa ipotesi sia solo speculativa, poiché il Comunicazioni sulla natura Lo studio non prevedeva test sulle capacità computazionali o cognitive dei soggetti, queste sono domande che vorrebbe esplorare in futuro.
“Abbiamo esaminato il modo in cui viaggiano le informazioni, quindi un interessante passo successivo sarebbe quello di modellare processi più complessi per studiare come le informazioni vengono combinate ed elaborate nel cervello per creare qualcosa di nuovo.”
In qualità di ricercatrice in materia di memoria e cognizione, è particolarmente interessata a utilizzare il modello sviluppato nello studio per indagare se la trasmissione parallela di informazioni possa conferire resilienza alle reti cerebrali e potenzialmente svolgere un ruolo nella neuroriabilitazione dopo una lesione cerebrale o nella prevenzione del declino cognitivo. nelle patologie dell’età avanzata.
“Alcune persone invecchiano in modo sano, mentre altre sperimentano un declino cognitivo, quindi vorremmo vedere se esiste una relazione tra questa differenza e la presenza di flussi di informazioni paralleli, e se potrebbero essere addestrati a compensare i processi neurodegenerativi”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
