Connettoma, dove si nasconde la nostra identità

di L’INTELLETTUALE DISSIDENTE ()

Sebastian Seung esperto di neuroscienze e bioinformatica, professore all’MIT dice che pur vivendo un’epoca caratterizzata scientificamente dalle ricerche sul genoma possiamo invece affermare che “noi siamo più del nostro DNA, noi siamo il nostro connettoma”. È il connettoma a definire ogni singolo individuo più del DNA. Infatti anche gemelli geneticamente identici hanno connettomi diversi, modificatisi nel corso della vita da esperienze, pensieri, emozioni. Per navigare nel cervello come nella rete ed esplorare il connettoma, servono immagini ad altissima risoluzione che mostrino le connessioni fra i neuroni e le mappe che derivano da queste connessioni. Vie di comunicazione che collegano le divere aree del cervello e le fanno parlare tra loro. La metodica usata è la dMR, Risonanza Magnetica di diffusione.

La dMR, è basata sulla misura del moto delle molecole di acqua all’interno di un tessuto. Nel cervello, strutture come membrane cellulari, organelli e guaine mieliniche guidano le molecole d’acqua in una direzione parallela alle fibre nervose. La presenza di danni ai tessuti limita il movimento dell’acqua. Le immagini di dMR sono generate da un contrasto che varia a seconda della direzione dell’acqua nel cervello. Con direzioni diverse abbiamo contrasti diversi. Se analizziamo una sfera di direzioni, abbiamo un quadro completo sul movimento dell’acqua. Mettendo assieme tutte le informazioni e rielaborando le varie immagini è possibile stabilire in quale direzione preferenziale vanno le molecole durante un’attività cerebrale in quella specifica parte di cervello. Ma quella descritta è solo la prima parte del lavoro. Per ottenere immagini più complete dobbiamo poi connettere i diversi tratti, costruendo una linea. Per fare ciò si usa una tecnica chiamata trattografia che collegando i punti di diffusione delle molecole d’acqua, traccia le linee di orientamento delle fibre nella sostanza bianca. Le linee colorate che vediamo nelle immagini di dMR rappresentano le varie direzioni in cui scorrono le informazioni lungo le fibre nervose: verde per la direzione anteroposteriore (naso-nuca), blu per inferiore-superiore (mento-fronte), rosso per destra sinistra. Immagini molto suggestive che i MUSE hanno usato come copertina del loro album “The 2nd law”.

Cos’è stato scoperto finora? Il layout in 3D del cervello mostra un flusso organizzato in direzioni su e giù e destra sinistra ed è stato paragonato ad un piano urbano fatto di strade che corrono in 2 direzioni e ascensori che vanno su e giù. C’è ancora moltissimo da capire, ma cominciano ad uscire le prime evidenze. Uno studio ha rivelato una forte correlazione tra comportamenti positivi e negativi e il cablaggio del cervello. Soggetti con stile di vita positivo, livello di educazione, capacità mnemoniche e linguistiche mostrano connessioni più forti tra le aree del cervello associate ad abilità cognitive superiori come memoria, immaginazione, capacità decisionali e navigazione spaziale. Al contrario i soggetti ribelli, irascibili o con storie di abuso e di dipendenze, si caratterizzavano per un C. più debole. Non è ancora noto se la maggiore o minore connettività cerebrale sia la causa o la conseguenza di questi diversi tratti comportamentali. Quando lo si capirà, si potrà “addestrare” il cervello in direzione positiva.

Un altro articolo uscito su Molecular Psychiatry, ipotizza, interpretando immagini di trattografia, che alla base di alcuni disturbi psicopatici come la serialità negli omicidi o stupri ci siano difetti di connessione con il centro della paura, l’amigdala e zone della corteccia che governano decisioni consapevoli. Una dimostrazione che alla base di questi disturbi ci sarebbe un cervello diverso, non nella morfologia, ma nelle connessioni. La sfida che attende i ricercatori non è per nulla facile. Il nostro Connettoma è molto complesso. Le cellule nervose sono circa 100 miliardi e sono collegate tra loro da forse 1000 trilioni di connessioni sinaptiche, organizzate in un numero elevatissimo di reti neurali. Ma è anche in continuo mutamento. Un bersaglio mobile. La configurazione di queste reti è dinamica, cambia istante per istante a velocità dell’ordine di millesimi di secondo, in funzione dei compiti: programmazione ed esecuzione di movimenti, ricezione ed elaborazione di sensazioni o emozioni. Ma è anche plastica, per consentire di fissare alcuni mutamenti nei circuiti nervosi per un tempo più o meno lungo (processi di apprendimento o memoria). Seung paragona il C. a un letto fluviale. Come l’acqua di un fiume, l’attività neurale è in continua evoluzione, non rimane mai ferma. C. è il letto allo stesso tempo guida l’attività neurale ma ne è anche modificato nel corso del tempo. Sono le esperienze, emozioni, pensieri ed altre attività dei neuroni a modificare continuamente il C.

L’unica mappa completa di C. ad oggi ottenuta è quella di un verme ermafrodita, il Caenorhabditis elegans, un verme nematode fasmidario, lungo circa 1 mm, che vive nel suolo, in regioni temperate. Molto usato per lo studio della biologia dello sviluppo.  C. elegans ha 302 neuroni nel suo sistema nervoso. Il lavoro per mappare le sue connessioni ha preso 12 anni. Sarà possibile portare a termine questa ricerca? E’ sempre difficile rendersi conto dei grandi numeri e della incredibile potenza dei sistemi combinatori. Alla base c’è un fatto molto semplice: il numero di combinazioni è sempre molto più grande di quello che istintivamente riusciamo ad immaginare. C’è una storia che ci aiuta a capire questo fatto. La racconta il poeta persiano Ferdowsi nel suo Libro dei Re. Sissa ibn Dahir il sapiente che ha inventato il gioco degli scacchi, ne fa dono a un grande re indiano. Il re ammirato e grato, chiede al sapiente come può ricompensarlo, e il sapiente risponde: «Dammi un chicco di grano per la prima casella della scacchiera, due per la seconda, quattro per la terza, otto per la quarta e così via fino all’ultima casella della scacchiera». Il re, stupito da tanta modestia e ordina subito di esaudire la richiesta, ma dopo due settimane di calcoli, i contabili si presentano dal re e gli dicono che non è possibile accontentarlo. “Perché, non abbiamo abbastanza grano nei granai reali per accontentarlo?» I contabili spiegano: «Per dare al sapiente tutto il grano che ha richiesto, dovremmo spianare tutte le montagne, tagliare tutte le foreste, riempire di terra tutti i mari, prosciugare tutti i fiumi, radere al suolo tutte le città, e coltivare a grano l’intera superficie della Terra per 1500 anni consecutivi.» Il conto è presto fatto: solo per l’ultima casella, che è la sessantaquattresima, serve un numero di chicchi pari a due moltiplicato 64 volte per sé stesso, e questo fa 18 miliardi di miliardi di chicchi.

Abbiamo detto che il nostro cervello contiene circa 100 miliardi di neuroni e ciascuno di questi è legato ad altri neuroni dalle sinapsi. Ogni neurone ha alcune migliaia di sinapsi. Quindi ciascuno di noi ha in testa centinaia di migliaia di miliardi di sinapsi. Ma non è questo il numero che determina lo spazio possibile dei nostri pensieri. Lo spazio dei nostri pensieri è anche lo spazio delle combinazioni possibili nel caso in cui ciascuna sinapsi sia attiva o no. E questo numero è 2 moltiplicato per sé stesso non 64 volte come nella fiaba del sapiente persiano, bensì centinaia di migliaia di miliardi di volte. Per arrivare a scrivere questo numero ci servirà molto tempo, molte cifre e molte immagini.

Iscriviti al nostro canale Telegram