Prima harta a conexiunilor cerebrale

O echipa stiintifica americano-elvetiana, compusa din cercetatori de la Spitalul universitar al cantonului elvetian Vaud (CHUV, spitalul principal din Lausanne) si de la Şcoala politehnica federala din Lausanne (EPFL), a reusit sa cartografieze prin metode neinvazive conexiunile structurale din creierul uman, la scara macroscopica, scrie ziarul elvetian Le Temps.

in 1993, co-descoperitorul structurii moleculei de ADN, scria ca este rusinos faptul ca stiinta neurologiei face progrese din ce in ce mai rapide, fara a avea o harta a conexiunilor din creier, care sa permita o imagine clara a functionarii vastei retele neuronale. Aceasta lacuna a fost eliminata luni, in momentul cand echipa americano-elvetiana a reusit prin metode neinvazive sa elaboreze prima harta de inalta rezolutie a conexiunilor structurale din creierul uman, la scara macroscopica, structura denumita „conectom”, trimitere la „genom”, termen care desemneaza ansamblul materialului genetic al unui individ. Rezultatele cercetarii sunt publicate in revista PLoS Biology si deschid campuri de explorare in scopul mai bunei intelegeri a patologiei unor boli precum epilepsia sau schizofrenia.

Savantii au realizat modele neuro-informatice ale conexiunilor existente in cortexul cerebral la animale precum pisici, macaci sau sobolani, in timp ce experiente vechi deja de un secol au reusit, prin folosirea de coloranti, sa furnizeze o imagine de baza a organizarii creierului uman. insa descrierea finei panze de paianjen formate din cele 100 de miliarde de neuroni si bilioanele de conexiuni ale acestora este o sarcina imposibila, daca este sa ne gandim ca un astfel de studiu, realizat pe o rama, al carei sistem nervos contine 300 de celule, a durat un deceniu.

Din fericire insa, sistemul nervos uman este in asa fel organizat incat unele conexiuni sunt redundante, afirma Patric Hagmann, medic secundar la departamentul de radiodiagnostic si radiologie de la spitalul din Lausanne si autorul numarul unu al studiului. Acest lucru face posibila studierea conexiunilor unor fibre neuronale groase de unu sau doi milimetri in locul unor celule separate, ceea ce echipa sa a si facut, utilizand metoda imagisticii cu rezonanta magnetica nucleara (RMN). Din anii ’90, aceasta tehnica non-invaziva si neiradianta permite detectarea activitatii cognitive a zonelor cerebrale. Dat fiind ca inca tot nu s-a reusit sa se inteleaga rolul subiacent al structurilor anatomice cerebrale in generarea acestei activitati, s-a recurs la o versiune si mai sensibila a metodei si anume imagistica cu spectru de difuziune (DSI). Pentru a explica fenomenul, Hagmann a folosit o metafora gastronomica, invitand pe cei interesati sa-si imagineze macaroane in apa. Moleculele lichide circula in interiorul acestor mici tuburi de paste fainoase si difuzeaza mai mult in directie longitudinala decat laterala. Neuronii si prelungirile lor, axonii, functioneaza intr-o maniera similara, lasand sa circule si ei molecule de „apa”. in acest fel se poate cuantifica difuzia apei cu ajutorul metodei DSI si deci traiectoria pachetelor de informatii transmise de neuroni. Interesul este mai putin legat de orientarea axonilor si mai degraba de a sti care arii cerebrale sunt cele mai folosite. Pentru a afla acest lucru cortexul este divizat in mici careuri de 1,5 centimetri patrati, fiind masurata densitatea conexiunilor intre aceste arii. Pentru a studia proprietatile globale ale arhitecturii cerebrale se aplica instrumente matematice sofisticate, provenite din zona telecomunicatiilor.

in mod surprinzator, in creierul fiecaruia din cei cinci subiecti examinati se gasea o structura inalt conectata, nucleul conexiunilor aflandu-se in regiunea mediana posterioara a creierului, incalecand cele doua emisfere, asa cum arata Olaf Sporns, coresponsabil pentru acest studiu la universitatea din Indiana (California), si unul din parintii notiunii de „conectom”, impreuna cu Hagmann. in aceasta regiune este localizat asa numitul „default network” (retea standard in traducere aproximativa), o zona mai putin activa atunci cand este vorba de solicitarea creierului pentru operatiuni mentale dar care utilizeaza in mod paradoxal mai multa energie metabolica decat un organ in repaos, fara a se descoperi pana acum cauza acestui fenomen. Un lucru care i-a intrigat pe cercetatori a fost corespondenta dintre harta conexiunilor si imaginea RMN a acestei retele standard, motiv care a dus la continuarea cercetarilor. Ideea era aceea de a aplica in cazul hartilor de conexiuni cerebrale descoperite la un individ modele informatice ale activitatii neuronale, pentru a simula rezultatul unei masuratori realizate prin RMN-ul functional clasic. Rezultatele preliminare arata faptul ca exista o corelare mai degraba buna intre simulare si realitate, afirma Hagmann. Potrivit acestuia, aceste studii reprezinta un pas enorm catre o mai buna intelegere a creierului, ele sugerand ca structura retelei de conexiuni nervoase defineste functionalitatile creierului, lucru la prima vedere evident, dar care trebuie demonstrat.

Ambitia cercetatorilor de la Lausanne si din alte parti, in acest nou domeniu stiintific denumit „conectomie”, este aceea de a extinde cercul subiectilor analizati pentru a descoperi in hartile de conexiuni cerebrale particularitati ce ar putea fi puse in legatura cu unele stari patologice precum autismul, epilepsia sau schizofrenia. Savantii intentioneaza sa observe functionarea creierului in diferite stadii ale dezvoltarii individului pentru a vedea cum evolueaza conexiunile din creier in cursul dezvoltarii organismului si procesului de imbatranire, adauga Hagmann.

Sursa: Agerpres