Gli scienziati di Princeton hanno scoperto che molte delle "strade" neurali disponibili nel cervello per la trasmissione dei segnali rimangono sorprendentemente sottoutilizzate, suggerendo che il rapporto tra anatomia cerebrale e comportamento sia molto più complesso di quanto immaginato. Questa scoperta potrebbe avere implicazioni profonde per tutti i progetti internazionali che mirano a decifrare i segreti del cervello umano attraverso la sua architettura.
Un verme che rivoluziona la neuroscienza
Sophie Dvali e il suo team dell'Università di Princeton hanno scelto come soggetto di studio il Caenorhabditis elegans, un verme nematode il cui sistema nervoso conta appena 300 neuroni, una cifra irrisoria se paragonata ai trilioni di connessioni presenti nel cervello umano. Questa semplicità relativa ha permesso ai ricercatori di realizzare qualcosa di straordinario: stimolare individualmente ogni singolo neurone e tracciare con precisione il percorso dei segnali attraverso l'intera rete neurale.
Il confronto tra il connectoma, ovvero la mappa completa delle connessioni neurali, e i flussi effettivi di segnali ha rivelato discrepanze inaspettate. Come spiega Andrew Leifer, coautore dello studio, "siamo abituati a utilizzare il connectoma per guidare le nostre ricerche, ed è spesso molto utile e informativo, ma in molti casi ci sono così tante connessioni che vorremmo avere più informazioni".
Quando le autostrade neurali restano vuote
Immaginando il connectoma come una rete stradale, i ricercatori hanno scoperto che non tutte le "autostrade" neurali vengono utilizzate con la stessa intensità. Alcuni gruppi di neuroni densamente interconnessi dal punto di vista anatomico non mostrano necessariamente un intenso scambio di segnali, mentre altri percorsi meno evidenti strutturalmente risultano molto attivi funzionalmente.
Esistono tuttavia delle eccezioni significative a questa regola generale. I neuroni responsabili dell'alimentazione del verme mostrano una corrispondenza quasi perfetta tra struttura e funzione, così come quelli coinvolti nel movimento all'indietro, una manovra vitale per sfuggire ai pericoli. In questi casi specifici, l'architettura neurale rispecchia fedelmente l'attività funzionale.
Oltre i fili della comunicazione neurale
Le discrepanze osservate potrebbero derivare dal fatto che i segnali neurali non seguono sempre il percorso più breve disponibile, e esistono modalità di comunicazione tra neuroni che vanno oltre le semplici connessioni fisiche mappate nel connectoma. Questa scoperta suggerisce che i neuroni possiedono meccanismi di comunicazione più sofisticati e flessibili di quanto la sola struttura anatomica possa rivelare.
Albert-László Barabási della Northeastern University del Massachusetts sottolinea l'importanza di questa ricerca: "I dati della connettonomica vengono spesso criticati perché forniscono solo la struttura, non il comportamento. Questo studio sta davvero esplorando fino a che punto possiamo collegare i due aspetti".
Verso cervelli più complessi
Il team di Princeton ha già pianificato i prossimi passi della ricerca, che includeranno l'analisi di come i segnali si propagano quando múltipli neuroni vengono stimolati simultaneamente, una situazione molto più vicina alle condizioni reali di funzionamento del cervello. L'obiettivo successivo sarà studiare organismi più complessi, come le larve di moscerino della frutta, che possiedono il connectoma cerebrale completo più grande descritto finora dalla scienza.
Come conclude Barabási, "stiamo vivendo una rivoluzione nella mappatura del cervello", ma questa ricerca dimostra che comprendere la mente richiederà molto più della semplice conoscenza della sua architettura. La strada verso la decodifica del cervello umano appare ancora lunga e piena di sorprese inaspettate.