Cervello umano. Prima mappatura neuronale dell’area del linguaggio

Effettuata la prima mappatura neuronale in alta risoluzione della porzione del cervello umano preposta al linguaggio, l’area di Broca. La ricerca è stata realizzata da un team di istituzioni di ricerca internazionali fra cui, come unità italiana, il Laboratorio Europeo di Spettroscopie Non Lineari (Lens) con sede a Sesto Fiorentino (Firenze). I ricercatori italiani, associati al Lens, sono afferenti ai dipartimenti di Biologia, Fisica ed Astronomia, e Medicina Sperimentale e Clinica dell’Università di Firenze, oltre che all’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle ricerche (Cnr-Ino). I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.

Il team – il cui responsabile scientifico per l’unità italiana è Francesco Saverio Pavone, docente di Fisica della materia presso il dipartimento di fisica dell’Ateneo fiorentino, e associato al Lens e al Cnr-Ino, ha creato un atlante cellulare completo della corteccia cerebrale del cervello umano a livello di singola cellula.
Gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di tecniche avanzate di imaging e analisi dati per ricostruire in maniera congiunta l’architettura cellulare di una regione del lobo frontale del cervello, nota come area di Broca.

La comprensione approfondita dei tipi di cellule cerebrali e la loro distribuzione spaziale – spiega una nota del Cnr – è essenziale per capire come i circuiti neurali generano percezioni e comportamenti complessi. Il cervello umano, infatti, è un organo estremamente articolato, che abbraccia una gamma sorprendente di scale spaziali, e per comprenderne le proprietà e la funzionalità è essenziale studiarne la struttura in dettaglio, nelle sue numerose classi di neuroni, e visualizzarne la distribuzione nell‘intero volume del cervello.

Il team ha sviluppato un nuovo modo per documentare e quantificare l’organizzazione cellulare dei neuroni a livello micrometrico mantenendo il riferimento spaziale macroscopico del cervello intero. Questo approccio, applicato ad oggi a una singola area del cervello, potrà essere applicato a varie aree, perfino a interi emisferi, consentendo in futuro di ottenere informazioni fondamentali sulla struttura, e quindi funzione, del cervello umano.

I risultati del progetto di ricerca, inserito all’interno del programma di ricerca del National Institutes of Health (NIH) americano sulla mappatura cerebrale e supportato localmente anche dall’Ente Cassa di Risparmio di Firenze col progetto “Human Brain Optical mapping”, sono stati ottenuti grazie a uno sforzo congiunto a cui hanno partecipato, oltre al Lens, prestigiosi centri di ricerca: il Dipartimento di Radiologia dell’Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging del Massachusetts General Hospital, Il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Boston University, il Nash Family Department of Neuroscience e il Friedman Brain Institute presso l’Icahn School of Medicine at Mount Sinai (NY-USA), e il Dipartimento di Medical Physics e Biomedical Engineering dell’University College (London – UK).

Avendo dimostrato che è possibile realizzare un atlante cellulare di una regione corticale identificabile, il team di ricerca internazionale ha anche ottenuto un nuovo importante finanziamento di circa 4,5 milioni di dollari dal National Institutes of Health (NIH) per un progetto della durata di tre anni all’interno del programma americano “Brain connects” (the Brain Initiative Connectivity Across Scales). I metodi sviluppati saranno utilizzati per studiare la connettività del cervello, in particolare della zona del tronco encefalico, risolvendo a livello microscopico non solo i tipi di cellule presenti, ma anche i percorsi e le reti neurali che la caratterizzano e le connessioni che stabiliscono il funzionamento cervello-corpo.