Sezioni assiale e sagittale dell'area di Broca vista con la risonanza magnetica (a.u.=arbitrary units). Credit: Costantini I, Morgan L, Yang J, Yael Balbastre Y, et al., Science Advances, 9, 41 (2023).
L'atlante è stato pubblicato su Science Advances1, e fa parte di un pacchetto di 21 studi di neuroscienze su varie riviste. Queste pubblicazioni rientrano tutte nell'ambito della BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) del National Institutes of Health, lanciata nel 2017 per creare un atlante a livello cellulare del cervello umano e di quello di primati non umani.
Conoscere il funzionamento di diversi tipi e sottotipi di cellule cerebrali e la loro distribuzione nel volume del cervello è essenziale per capire come i circuiti neurali generano percezioni e comportamenti complessi. Il team italiano ha sviluppato una nuova tecnica per analizzare e quantificare l'organizzazione cellulare dei neuroni a una risoluzione micrometrica, mantenendo al tempo stesso la visione macroscopica dell'organizzazione spaziale dell'intero cervello. Lo hanno fatto combinando quattro tecniche sperimentali: la risonanza magnetica e la tomografia a coerenza ottica hanno fornito immagini anatomiche tridimensionali su scala macroscopica, mentre la microscopia a fluorescenza e la stereologia sono state utilizzate per riprendere e contare i tipi di cellule.
"Abbiamo messo insieme un'infrastruttura di imaging multimodale per colmare il divario di risoluzione tra le tecniche macroscopiche e quelle microscopiche, ottenendo una piattaforma che integra le informazioni cellulari all’interno di uno spazio di riferimento che comprende l'intero cervello", spiega Francesco Saverio Pavone, direttore del LENS e tra gli autori principali dello studio.
Questo approccio ha permesso ai ricercatori di produrre un censimento cellulare dei diversi tipi di neuroni dell'area di Broca, situandolo all’interno della risonanza magnetica di un intero emisfero di un cervello umano post-mortem. "Ora possiamo approfondire come cambia l'architettura cellulare a causa delle patologie, e possiamo aumentare la risoluzione della tecnica di risonanza magnetica utilizzata nelle applicazioni cliniche", spiega Pavone. Le immagini accurate di un cervello post-mortem ottenute dal team, sottolinea, potrebbero infatti essere utilizzate come riferimento per interpretare le scansioni cliniche su pazienti o per addestrare algoritmi di apprendimento automatico.
Pavone suggerisce che il metodo, in questo caso applicato a una singola area cerebrale, può essere esteso a più aree cerebrali per avere accesso a informazioni fondamentali sulla loro struttura e funzione. Questo aiuterà anche a valutare la variabilità tra individui e nello stesso individuo nel corso tempo, ad esempio a causa dei cambiamenti patologici che si verificano nelle malattie neurodegenerative e psichiatriche. Inoltre, spiega Pavone, si potrebbero fornire dati utili ai ricercatori che sviluppano interfacce cervello-macchina per i pazienti che hanno perso il linguaggio, e che potrebbero usare un dispositivo che decodificasse i segnali dell'area di Broca e poi li ricodificasse sotto forma di parole.
