LA CORTECCIA CEREBRALE
ORIGINI
E CONSEGUENZE DELLA SUA CONFORMAZIONE
(TERZA PARTE)
2. COME SI FORMANO LE CIRCONVOLUZIONI. Oggi, quando ci si interroga sull’origine della conformazione del cervello, si è portati a pensare ad omeogeni come Emx1 ed Emx2[1] ma, allo stato attuale delle conoscenze, non troviamo nella genetica la risposta a questa domanda semplice e diretta: come si formano le circonvoluzioni della corteccia cerebrale? Lo studio meccanico di forze che operano durante lo sviluppo sembra fornire elementi per rispondere esaurientemente al quesito.
E’ interessante notare che tale prospettiva metodologica ha avuto degli antecedenti illustri in Wilhelm His e D’Arcy Thompson. His, celebre anatomista svizzero cui si devono importanti osservazioni e scoperte, verso la fine dell’Ottocento sostenne che il cervello si sviluppa secondo una sequenza di eventi guidati da forze fisiche. Thompson, studioso britannico che si occupò di morfogenesi, dimostrò che la forma di molte strutture, biologiche e inanimate, è il prodotto di processi di auto-organizzazione fisica.
Quasi un secolo dopo, le intuizioni di His e le dimostrazioni di Thompson hanno trovato conferma negli studi condotti dal neurobiologo di David Van Essen della Washington University a St. Louis (1997)[2], il quale ipotizzò, sulla base di evidenze sperimentali, che le fibre responsabili dell’associazione funzionale delle diverse regioni ed aree della corteccia, sono portatrici di piccole forze di tensione in grado di esercitare un’azione meccanica variabile sui territori connessi. Secondo tale visione, l’aspetto della superficie corticale è un epifenomeno fisico del pattern di connessione intrinseco della corteccia che agisce, durante lo sviluppo, arricciando il tessuto di consistenza gelatinosa costituito dalla glia contenente i pirenofori delle cellule nervose e le altre componenti vasculo-connettivali in formazione.
Si è infatti osservato che la corteccia del feto, liscia e molle nei primi sei mesi di sviluppo, verso la fine del secondo trimestre comincia a solcarsi ripiegandosi e, nelle settimane successive, continua in progressione fino a raggiungere il suo tipico aspetto poco prima della nascita. Schematicamente si può dire che, nel corso delle prime 25 settimane, i neuroblasti embrionari si differenziano e si accrescono inviando gli assoni che formano le connessioni principali fra aree diverse; successivamente le sinapsi selezionate secondo il piano genetico di sviluppo, consolidano la loro adesione creando dei punti di ancoraggio che, all’aumentare del volume per la continua neurogenesi e migrazione delle cellule negli strati corticali, fissano gli assoni principali tendendoli come elastici, fino ad un limite di resistenza della massa cellulare in formazione, oltre il quale il tessuto si piega. Secondo Van Essen i principali fasci di associazione intracorticali determinano lo schema delle scissure e delle circonvoluzioni principali, al quale si aggiunge il gioco complesso delle forze determinate dalla miriade di connessioni minori che completano il disegno dei giri presente alla nascita.
Questa ricostruzione consente di spiegare così il formarsi di ogni singola piega: due territori prossimi collegati più saldamente per la presenza di un maggior numero di assoni, rimangono vicini durante lo sviluppo e, il loro accrescersi, comprime il volume del complesso cellulare che tende a sporgere formando un rilievo; al contrario, due aree contigue le cui connessioni sono in proporzione più deboli, tendono a rimanere più lontane durante l’embriognesi, formando una trama più lassa che non si solleva, generando un avvallamento.
Il modello proposto dal neurobiologo della Washington University, che risulta compatibile con ogni simulazione che calcoli l’entità delle forze in gioco rispetto al complesso delle caratteristiche fisiche del tessuto embrionario cerebrale, non ha sollevato grandi obiezioni, tuttavia è stato negletto da molti perché la sua rispondenza alla realtà non era sostenuta da chiare prove sperimentali.
In questi ultimi anni, grazie a tecniche che consentono di tracciare le vie nervose con elevata precisione, Claus Hilgetag ed Helen Barbas hanno sottoposto a verifica sperimentale le ipotesi di David Van Essen.
[continua]
Gli
autori della nota ringraziano Giuseppe Perrella, presidente della Società
Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, autore di una relazione su questo
argomento dalla quale è ampiamente tratto il testo “La Corteccia Cerebrale. Origini
e conseguenze dalla sua conformazione”, successivamente suddiviso in parti
per la pubblicazione fra le “Note e Notizie” .
[Tipologia del testo: RELAZIONE DI
AGGIORNAMENTO]
[1] Antonio Simeone, lavorando con Edoardo Boncinelli all’Istituto
Internazionale di Genetica e Biofisica del CNR di Napoli, nel 1991 isolò nel
topo e nell’uomo Emx1, Emx2, Otx1 e Otx2, quattro omeogeni
filogeneticamente correlati con ems e otd che controllano lo
sviluppo della testa di Drosophila. Emx1 è espresso quasi
esclusivamente nella regione della corteccia cerebrale, mentre Emx2 è
espresso in una regione proencefalica un po’ più ampia.
[2] David C. Van Essen,
A Tension-Based Theory of Morphogenesis and Compact Wiring in the Central
Nervous System. Nature 385, 313-318, 1997.