Cosa dicono la forma e la complessità del cervello sullo sviluppo di un neonato

Ricercatori della Charité – Universitätsmedizin Berlin, dell’Università Humboldt di Berlino e di altri istituti hanno recentemente condotto uno studio volto a esplorare ulteriormente come la forma e la dimensione complessive del cervello umano, così come le dimensioni di diverse regioni, siano legate allo sviluppo e alla maturità del neonato.

Il periodo neonatale, definito come i primi 28 giorni dopo la nascita, è noto come una fase cruciale nello sviluppo del cervello umano. Durante questa fase, si sa che il cervello cresce significativamente di dimensioni, con miliardi di nuove connessioni che si formano tra neuroni e supportano le funzioni fisiologiche di base.

“L’obiettivo del nostro studio era comprendere i cambiamenti dinamici nella struttura cerebrale che avvengono durante il periodo neonatale”, hanno detto a Medical Xpress il dottor Stephan Krohn, primo autore dell’articolo, e il professor Carsten Finke, autore senior.

“In particolare, ci siamo chiesti come il cervello sviluppi la sua forma—oltre ad aumentare di dimensioni. Studi precedenti su cervelli adulti avevano dimostrato che tali caratteristiche della forma portano importanti informazioni biologiche in età avanzata, ma lo sviluppo della forma cerebrale nelle primissime età rimane in gran parte poco chiaro.”

Studiare il cervello neonato oltre la sua dimensione

Piuttosto che concentrarsi sulla dimensione del cervello neonatale, come hanno fatto la maggior parte degli studi passati, Krohn e i suoi colleghi volevano esaminarne la forma e la complessità (cioè la morfologia).

Il loro obiettivo era determinare se la forma del cervello fornisse indizi sulla maturità, il profilo genetico e persino la nascita prematura di un neonato.

Per farlo, hanno analizzato dati di risonanza magnetica (MRI) disponibili pubblicamente raccolti da quasi 800 neonati umani nell’ambito dello sviluppo del Human Connectome Project (dHCP). Utilizzando un metodo matematico chiamato analisi frattale, cercarono di delineare la forma del cervello dei neonati.

“Questo approccio produce una misura geometrica chiamata dimensionalità frattale (FD) che descrive la forma di una regione cerebrale in termini della sua complessità strutturale,” ha spiegato Krohn.

“Per esempio, la corteccia cerebrale dei neonati molto piccoli è piuttosto liscia e regolare, riflessa da valori di FD più bassi.

“Al contrario, la corteccia dei neonati più grandi diventa sempre più irregolare con una maggiore ripiegatura, risultando in valori di FD più alti. L’analisi frattale fornisce quindi una spiegazione numerica della forma cerebrale, che poi abbiamo collegato a variabili biologiche chiave come l’età del neonato e fattori genetici.”

FD, la misura ottenuta con questo approccio matematico, si è rivelata un miglior predittore della maturità infantile rispetto alle misure della struttura cerebrale su cui si concentravano studi precedenti, come la dimensione del cervello, lo spessore della curvatura o il numero di pieghe nel cervello.

Concentrandosi solo sulla forma del cervello, i ricercatori sono riusciti a prevedere l’età dei neonati con grande precisione semplicemente analizzando le risonanze magnetiche, con un errore medio di quattro giorni.

Curiosamente, Krohn e colleghi hanno scoperto che i cervelli dei neonati imparentati tra loro, come i gemelli, erano più simili nella forma rispetto a quelli dei neonati non imparentati.

La forma dei cervelli dei gemelli identici, che condividono quasi il 100% dei geni, si è rivelata più simile a quella dei gemelli fraterni, che condividono circa il 50% dei geni.

“Sulla base di questa relazione, siamo riusciti a prevedere quali bambini sono gemelli dalla forma del loro cervello con grande precisione (~77% complessivo, ~97% in gemelli identici), superando ancora una volta tutte le altre misure cerebrali studiate,” ha detto Krohn

. “Questi risultati suggeriscono che la formazione precoce della forma cerebrale rappresenti un processo di maturazione fondamentale nello sviluppo cerebrale umano.”

Affrontare lo sviluppo cerebrale precoce da una nuova prospettiva

I recenti sforzi di Krohn e dei suoi collaboratori potrebbero aprire nuove possibilità per lo studio dello sviluppo cerebrale precoce, poiché introducono un approccio promettente all’esame della forma del cervello.

In futuro, i loro metodi proposti potrebbero anche essere utilizzati per studiare specifici disturbi neuroevolutivi e psichiatrici, nonché il legame tra morfologia cerebrale e genetica.

“Un ambito importante per la ricerca futura riguarda la traduzione clinica del nostro quadro,” ha aggiunto Finke.

“In particolare, stiamo attualmente conducendo una serie di studi clinici per esplorare se l’analisi della forma cerebrale possa essere utilizzata per derivare biomarcatori diagnostici o di imaging prognostico.”

La ricerca in corso del team potrebbe raccogliere nuove intuizioni che potrebbero guidare la creazione di strumenti più affidabili per diagnosticare disturbi e condizioni specifiche caratterizzate da differenze nello sviluppo cerebrale.

Immagine: Charité | Stephan Krohn

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