PRECISIONE FINO ALLA
SINGOLA CELLULA DELLE MAPPE CORTICALI
L’estrema
complessità organizzativa dei neuroni cerebrali e l’apparentemente confuso ed
indiscriminato collegamento fra tutti i neuroni della corteccia (vedi Selezione neuronica corticale. BM&L,
Note e Notizie, 24-03-05) ha
indotto alcuni neuroscienziati a sostenere l’ipotesi che l’assemblaggio delle
cellule nervose fosse largamente casuale e le apparenti regolarità avessero un
significato più filogenetico che neurofisiologico. Questa idea ha dato luogo al
modello detto “randomized cortex”.
Contro questa idea
una lunga tradizione teorica, sostenuta da una grande messe di dati
sperimentali, ha proposto modelli funzionali della corteccia cerebrale
caratterizzati da unità o moduli distinti e specializzati.
Dopo l’ingenua
localizzazione delle funzioni psichiche intese come concetti culturali compiuta
dai frenologi dell’Ottocento, si è compreso che la realtà neurale è più simile
ad un livello hardware di un computer che ad un software mentale, pertanto non
è possibile trovare nella corteccia l’area dell’amore o quella dell’odio,
ma ciò non toglie che distinti processi di base abbiano precise corrispondenze
in caratteristici gruppi di neuroni.
Tuttavia, anche i
più convinti assertori dei collegamenti punto-a-punto, la cui maggiore scuola
fu quella che faceva capo a Roger Sperry, di fronte alle innumerevoli prove di
plasticità del manto cerebrale ed alle dimostrate differenze individuali, erano
propensi a ritenere che le mappe corticali fossero definite in maniera
largamente approssimativa.
Un dato ormai
classico dell’anatomo-fisiologia corticale è dato dall’organizzazione in
colonne strutturate in sei strati, che vanno dalla superficie alla sostanza
bianca. All’interno di una colonna le cellule nervose spesso presentano proprietà
comuni, e un complesso di colonne con proprietà condivise formano schemi
ordinati e regolari sulla superficie cerebrale.
Questa
architettura funzionale è stata scoperta principalmente mediante la
registrazione con microelettrodi effettuata con campionamenti dell’attività da
varie aree della superficie encefalica. Le immagini ottiche del voltaggio di
membrana e le misure dell’attività metabolica hanno consentito di studiare la
geometria delle mappe funzionali, ma con una precisione di dettaglio non molto
elevata, essendo la risoluzione maggiore di 100 µm e, quindi, inadeguata alla
definizione dei domini funzionali con una esatta delimitazione dei loro confini.
Kenichi Ohki e collaboratori (Functional imaging with cellular resolution reveals precise micro-architecture
in visual cortex. Nature 433, 597-603, 2005) hanno marcato in vivo migliaia di neuroni della
corteccia visiva con un indicatore calcio-sensibile. In questo modo hanno
potuto ottenere immagini di popolazioni neurali mediante microscopia fotonica
(two-photon microscopy) con una risoluzione che giungeva alla singola cellula,
fino ad una profondità di 400 µm.
Nella corteccia visiva primaria del ratto i neuroni
presentavano una notevole selettività per l’orientamento, ma non vi era una struttura
locale facilmente distinguibile. Nella corrispondente area 18 della corteccia
visiva di gatto le mappe funzionali apparivano molto finemente organizzate. I
neuroni con diverse risposte funzionali all’orientamento erano confinati con
estrema precisione in spazi tridimensionali, con confini colonnari la cui
ampiezza andava dalla singola cellula ad un massimo di due.
Questi risultati indicano che le mappe corticali possono
essere costruite con una precisione che giunge fino al singolo neurone.