Il cervello umano, con la sua intricata rete di quasi cento miliardi di neuroni e una quantità uguale di cellule non neuronali, ha sempre affascinato e sfidato la comunità scientifica per secoli. Comprendere come i circuiti neurali permettano di percepire il profumo di un fiore, di provare empatia o di manifestare comportamenti complessi come la creatività e la presa di decisioni etiche richiede una comprensione approfondita della struttura e della funzione dei vari tipi di cellule cerebrali e delle loro interazioni.
Tuttavia, individuare così tante cellule cerebrali è stata una sfida scientifica e tecnologica monumentale. Ma finalmente, un progetto ambizioso ha portato al successo di un vero e proprio censimento delle cellule cerebrali umane.
Il progetto BICCN
Nel 2017, è stata creata la Brain Initiative Cell Census Network (BICCN), una rete di ricerca dedicata al censimento delle cellule cerebrali. Questa rete coinvolge oltre trenta laboratori di diverse discipline, con l’obiettivo di identificare, caratterizzare e mappare ogni tipo di cellula cerebrale presente nell’uomo, nei primati non umani e nei topi.
Grazie all’impiego delle più avanzate tecnologie, precedentemente applicate solo ai modelli animali, gli studi della BICCN hanno dato i loro primi frutti: hanno svelato la dettagliata composizione cellulare del cervello umano, sia in età adulta che durante lo sviluppo. Questi risultati sono stati descritti in una serie di ventiquattro articoli scientifici, la maggior parte dei quali pubblicati sulle prestigiose riviste Science e Science Advances.
L’approccio di ricerca della BICCN è triplice, concentrandosi su tre diversi livelli di studio: il livello trascrizionale, che rivela la funzione delle cellule attraverso l’espressione dei loro geni; il livello epigenetico, che svela come questi geni vengono attivati o disattivati dall’età e da fattori ambientali; e il livello funzionale, che si riferisce, ad esempio, a come le cellule nervose eccitano o inibiscono altre cellule nervose.
L’atlante delle cellule cerebrali
Un risultato straordinario di questo progetto è la creazione di due atlanti: uno delle cellule cerebrali umane individuali e l’altro delle cellule cerebrali individuali di primati non umani adulti, come scimmie e tamarini. Questi atlanti rappresentano una risorsa inestimabile per la comunità scientifica e aprono nuove prospettive per la comprensione del cervello umano.
Ma cosa hanno rivelato questi atlanti?
La diversità nel cervello umano
Uno dei risultati più significativi è la scoperta che il cervello umano è tutto tranne che omogeneo. Sebbene tutte le cellule cerebrali condividano lo stesso DNA, ognuna di esse utilizza diversi geni in quantità variabili. Questo crea un livello di diversità e specializzazione cellulare assolutamente sorprendente. Ogni regione cerebrale ospita un insieme specifico di tipi di cellule in diversi stati funzionali. Questa eterogeneità è fondamentale non solo per comprendere come funziona il cervello, ma anche per il progresso nella ricerca e nel trattamento di malattie cerebrali come tumori cerebrali, epilessia o sclerosi multipla.
Curiosamente, le cellule nervose più uniche sono state individuate nella corteccia visiva primaria (V1), che è diventata il fulcro di affascinanti scoperte sulla percezione visiva. Questa regione cerebrale non è solo un elaboratore di immagini, ma anche un mosaico impressionante di cellule che insieme creano il ricco tessuto della nostra esperienza visiva, consentendoci di distinguere forme, colori e movimenti con straordinaria precisione.
Questo lavoro getta le basi per comprendere come le variazioni nella struttura cellulare possono influenzare la nostra capacità di elaborare informazioni e svolgere diverse funzioni cognitive.
Differenze con i primati
Ulteriori ricerche hanno rivelato sorprendenti differenze nelle cellule cerebrali umane rispetto a quelle dei nostri parenti più stretti, come scimpanzé e gorilla. Sebbene condividiamo una struttura cellulare cerebrale di base, le nostre cellule nervose utilizzano geni diversi per connettersi e formare circuiti nel cervello. Questo dettaglio suggerisce che piccole modifiche nelle connessioni neurali potrebbero aver favorito l’evoluzione delle nostre capacità cognitive, come il ragionamento complesso e lo sviluppo di linguaggi avanzati.
Lo sviluppo del cervello umano
Per comprendere appieno il cervello umano, è fondamentale esplorare il suo sviluppo. Questo progetto ha analizzato attentamente più di 700.000 cellule provenienti da 169 campioni di tessuto cerebrale prelevati da 106 donatori. Questo approccio dettagliato ci ha permesso di tracciare il percorso del cervello umano dalla fase prenatale fino ai primi anni dopo la nascita.
In questo contesto, è possibile comprendere come si sviluppano e si differenziano le diverse cellule cerebrali, comprese quelle che trasmettono segnali elettrici, quelle che li regolano, le cellule gliali che “curano” l’ambiente neurale e le cellule che costituiscono i nostri vasi sanguigni cerebrali. Ognuna di queste cellule svolge un ruolo fondamentale nella struttura complessa del nostro cervello.
Implicazioni nei disturbi dello sviluppo
Uno degli aspetti più interessanti di questa ricerca riguarda le implicazioni per i disturbi del neurosviluppo, come l’autismo. Questo lavoro offre una prospettiva su come piccole modifiche in questa complessa danza dello sviluppo cellulare possano portare a condizioni che influenzano profondamente l’interazione sociale e comunicativa.
Comprendere come le cellule nervose e le cellule gliali si sviluppano e comunicano tra loro potrebbe aiutarci a svelare i misteri di perché, in alcune persone, questo processo differisce e come ciò possa influenzare il modo in cui percepiamo e interagiamo con il mondo.
Inoltre, questa ricerca ha evidenziato sottili ma significative differenze nell’espressione genica tra maschi e femmine in relazione all’autismo. Questo fornisce un’importante lente attraverso la quale esaminare le diverse incidenze e manifestazioni del disturbo tra i generi.
Il futuro della ricerca sul cervello umano
Questo ambizioso progetto non solo ha fornito risultati straordinari, ma ha anche dimostrato il valore della collaborazione interdisciplinare nell’ambito della scienza. La ricerca sul cervello è un campo complesso che richiede competenze e risorse diverse, e il lavoro della BICCN ha dimostrato che unendo le forze, è possibile fare progressi significativi nella comprensione del cervello umano.
Questi risultati aprono le porte a una nuova era nella ricerca sulle malattie neurologiche e promettono di gettare una luce inesplorata sull’origine di disturbi cerebrali complessi. Il primo atlante delle cellule cerebrali umane è un passo importante in avanti verso il nostro obiettivo comune di svelare i segreti del cervello umano e di migliorare la salute cerebrale per tutti. La strada verso una comprensione completa del cervello umano è ancora lunga, ma questo progetto ci ha portato molto più vicini alla meta. Siamo pronti a continuare questo straordinario viaggio nell’interno del cervello, scoprendo sempre nuovi dettagli su ciò che ci rende umani.
