Nel numero scorso abbiamo parlato dei considerevoli sforzi computazionali richiesti dalla simulazione di una sola colonna neocorticale. In questo numero guardiamo invece al cervello come all’intricato circuito che costituisce il connectoma.

Questo neologismo, coniato sul calco di genoma o proteoma, indica la mappa di tutte le connessioni neurali nel cervello di un certo organismo. L’ hardware che gestisce la circolazione delle informazioni e rende possibile la sensazione e il pensiero della vita animale. Le immagini che presentiamo visualizzano infatti la materia bianca dell’intero cervello umano. Sono state realizzate con tecniche DTI (Diffusion Tensor Imaging), che sono state sviluppate dalla dMRI (diffusion Magnetic Resonanc Imaging), una specializzazione della risonanza magnetica di cui abbiamo già brevemente parlato nel maggio 2005.

Queste tecniche utilizzano gli atomi di idrogeno, che costituiscono le molecole d’acqua di cui è prevalentemente composto il nostro corpo, come sonde della struttura del tessuto in cui si muovono. Le molecole di un fluido non stanno mai ferme, oscillando continuamente attorno alla loro posizione media a meno che non vengano bloccate da un ostacolo, come la superficie di un assone. L’idea di base della dMRI è che la misura della diffusione degli atomi può essere un modo per sondare la struttura della materia cerebrale con una risoluzione ben più fine di quella (millimetrica) consentita dalla normale MRI.

La DTI misura la direzione del moto diffusivo dell’acqua all’interno dei tessuti per determinarne l’orientazione. Nella materia bianca del cervello i protoni dell’idrogeno si diffondono infatti preferenzialmente lungo l’asse delle fibre nervose. Confrontando numerose acquisizioni ottenute perturbando il campo magnetico con impulsi in diverse direzioni, si riescono a ottenere i valori dei tensori (le matrici di vettori) che caratterizzano la diffusione dell’acqua in ogni voxel. Si possono così produrre dettagliate immagini dell’andamento delle fibre nervose, che risulta dall’interpolazione di diverse immagini DTI e che serve per la ricostruzione dell’orientamento delle fibre. Software dedicati permettono poi la visualizzazione dei dati raccolti con la ricostruzione delle fibre come oggetti tridimensionali visibili con diversi colori e da diverse prospettive. Rispetto a quella presentata 7 anni fa, queste nuove trattografie ci danno molte più informazioni sul fine intreccio tridimensionale che forma la circuiteria del cervello. Le trattografie più recenti riescono anche a discriminare l’intreccio delle direzioni. Ma di questo speriamo di parlare meglio nel prossimo numero.

 

L’immagine, gentilmente concessa da Arthur W. Toga dello Human Connectome Project Consortium UCLA-Harvard, mostra un panorama delle connessioni neurali dell’intero cervello. I diversi colori esprimono le direzioni dei fasci nervosi nelle tre dimensioni dello spazio: rosso per l’asse X (destra/sinistra), verde per l’asse Y (avanti/ dietro), blu per l’asse Z (alto/basso).

2016-05-03T10:51:02+00:00domenica 1 aprile 2012|Categories: cartoline dalla scienza|Tags: , , , , |

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