Nel cervello umano si trovano centinaia di proteine in grado di spiegare le differenze interindividuali nella connettività funzionale e nella covariazione strutturale dell’organo cerebrale. Questa scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Neuroscience, è stata realizzata da un team di scienziati della State University of New York (SUNY), dell’Upstate Medical University di Syracuse, dell’Università di Birmingham e dell’Università dell’Alabama. Il gruppo, guidato da Jeremy Herskowitz e Chris Gaiteri, ha analizzato le molecole e le strutture cellulari a livello microscopico per comprendere come queste influenzino le interazioni tra le diverse regioni cerebrali a livello macroscopico.
“Uno degli obiettivi principali della neuroscienza – spiega Gaiteri – è quello di sviluppare una comprensione del cervello che descriva in ultima analisi la base meccanicistica della cognizione e del comportamento umani. Il nostro lavoro dimostra la fattibilità dell’integrazione di dati da scale biofisiche molto diverse per fornire una comprensione molecolare della connettività del cervello umano“.
Gli scienziati hanno inizialmente esaminato i dati del Rush Memory and Aging Project (Rosmap), un’indagine condotta su individui religiosi di età pari o superiore a 65 anni, escludendo i casi di demenza. Sono stati analizzati campioni di materia cerebrale post-mortem di 98 partecipanti, i quali erano stati sottoposti a diverse tecniche di imaging. L’età media dei partecipanti al Rosmap era di 82-94 anni al momento della scansione MRI e di 85-97 anni al momento del decesso.
All’interno di questo studio, i ricercatori hanno effettuato una caratterizzazione dettagliata di ciascun tipo di dati omici, cellulari e di neuroimaging, integrando poi questi dati attraverso algoritmi di clustering computazionale. “Inizialmente – riportano gli autori – le misure delle proteine non riuscivano a spiegare la variabilità interpersonale nella connettività funzionale. Poi abbiamo integrato la morfologia delle spine dendritiche per colmare il divario tra molecole e comunicazione tra regioni cerebrali“.
Un dendrite, come spiegano gli studiosi, è un’estensione ramificata di un corpo neuronale che riceve impulsi da altri neuroni. Ogni dendrite può presentare migliaia di piccole protrusioni chiamate spine, e la testa di ciascuna spina può costituire un punto di contatto che riceve l’impulso inviato dall’assone di un altro neurone, dando origine alla sinapsi.
“Integrando i dati a livello genetico, molecolare, subcellulare e tissutale – sostiene Herskowitz – abbiamo collegato specifici cambiamenti biochimici nelle sinapsi alla connettività tra le regioni del cervello. Nel complesso, il nostro lavoro suggerisce che l’acquisizione di dati attraverso le principali prospettive della neuroscienza umana dallo stesso set di cervelli è fondamentale per comprendere come la funzione del cervello umano sia supportata su più scale biofisiche“.
“Saranno necessari ulteriori approfondimenti – concludono gli scienziati – per determinare completamente la portata e i componenti della sincronia cerebrale multi-scala, ma nel frattempo abbiamo stabilito un set iniziale di molecole i cui effetti potrebbero ripercuotersi su varie scale“.
