HCP - L'approccio "macro" alla connettomica

In numerosi post precedenti si è parlato di connettomica (ad esempio qui e qui). In queste occasioni abbiamo sempre definito il connettoma come una "mappa" delle migliaia di miliardi di connessioni tra i neuroni di un cervello. Questo tipo di connettoma a livello di singoli neuroni e sinapsi viene spesso chiamato connettoma "neurale". Le potenzialità scientifiche insite nello studio di questo tipo di connettoma, come già abbiamo detto più volte sono immense, tuttavia, almeno al momento, la mappatura del cervello con una risoluzione spaziale sufficiente all'acquisizione di un connettoma neurale rimane una sfida tecnologica ardua. Esiste un altro tipo di connettoma, più facilmente accessibile con la tecnologia attuale, il connettoma "regionale". Un connettoma di questo tipo anziché mappare le connessioni tra singole cellule neurali specifica i collegamenti tra le varie macro-regioni (come ad esempio le varie "aree" della corteccia celebrale") di un cervello. La risoluzione di un simile connettoma può variare molto, da frazioni di centimetro a qualche micrometro: un singolo pixel (o meglio "voxel", perché stiamo parlando di pixel tridimensionali) di un connettoma regionale può rappresentare migliaia o addirittura centinaia di migliaia di neuroni. Un simile "schema di connessione", nonostante la sua risoluzione relativamente bassa, promette di regalarci una vera e propria svolta nella comprensione del cervello. Infatti molti neuroscienziati pensano che numerosi processi di elaborazione dell'informazione alla base dell'intelligenza e delle funzioni cognitive superiori si svolgano proprio tra quelle micro-regioni del cervello dette "colonne corticali". Queste strutture di cui è composta l'intera neocorteccia costituirebbero una sorta di "unità funzionale universale" della corteccia cerebrale. Poiché la loro larghezza si aggira proprio sui proprio 500 µm, esse risultano distinguibili in un connettoma regionale. E' chiaro quindi come studiarne le interconnessioni sia di grande interesse, permettendo di scoprire quali "circuiti cerebrali" siano alla base di specifiche funzioni cognitive. Inoltre i connettomi regionali, a differenza di quelli neurali, sono realizzabili in vivo in modo "non distruttivo", rapido ed economico, tramite comuni scanner a risonanza magnetica. Questo permette di studiarne comodamente l'evoluzione nel tempo su modelli umani. Per chi fosse interessato ad approfondire questi discorsi è disponibile online (a questo indirizzo) lo storico ed interessante articolo, pubblicato su "PLoS Computational Biology", che nel 2005 ha coniato il termine "connettoma".

Attualmente è in corso di svolgimento un grande progetto di connettomica regionale: lo "Human Connectome Project" (HCP). Finanziato dall'americano "National Institute of Health", il suo scopo è proprio quello di accelerare il progresso della connettomica (regionale) umana migliorando le capacità di imaging e di analisi dei dati. Lo HCP inoltre mapperà completamente i macrocircuiti regionali di 1200 adulti sani usando metodi di neuroimaging all'avanguardia. Raccogliendo in contemporanea dati genetici e comportamentali su questi soggetti sarà anche possibile chiarire meglio la relazione tra comportamento, caratteristiche genetiche e struttura dei circuiti regionali. Il progetto verrà svolto in due fasi da un consorzio di 11 istituzioni. Nella fase I(della durata di due anni, dall'autunno 2010 alla primavera 2012), attualmente in corso, stanno venendo sviluppate ed ottimizzate le tecniche di acquisizione ed elaborazione dati. Nella fase II (della durata di circa quattro anni, a partire dall'estate 2012) inizierà la raccolta dati che si svolgerà in parallelo con la loro elaborazione. I risultati saranno pubblicati ad intervalli regolari fino al completamento del progetto.