La prima mappa dello sviluppo del cervello offre uno sguardo all'origine dei disturbi mentali.

L'umanità ha osservato la Luna con stupore, persino terrore per la sua presunta influenza malevola, per millenni, finché il polacco Johannes Hevelius , figlio di un ricco birraio, costruì un telescopio artigianale in quella che oggi è Danzica e si sedette ogni notte a scrutare quello strano mondo extraterrestre e a disegnarlo. Nel 1647, pubblicò il primo libro di mappe della Luna . Il neuroscienziatoTomasz Nowakowski , 40 anni, è cresciuto nella stessa città di Hevelius e questo mercoledì sta guidando la prima bozza di una mappa del cervello durante le sue fasi di sviluppo: dall'embrione all'adulto. Il ricercatore afferma di sentirsi uno di quei cartografi pionieri. "Gli esseri umani non avrebbero raggiunto la Luna se non avessimo avuto una mappa della superficie lunare. Tutti i grandi progressi e le conquiste della storia sono iniziati con la creazione di mappe accurate", spiega a EL PAÍS.

Nowakowski è una delle figure chiave della BRAIN Initiative per la mappatura del cervello umano, un progetto statunitense lanciato dal presidente Barack Obama nel 2013 che ha già raccolto un budget colossale di circa 4,5 miliardi di euro . "Il cervello, che dà origine ai nostri pensieri, alle nostre idee e alla nostra immaginazione, rimane l'oggetto inesplorato più importante. Per comprenderlo, dobbiamo iniziare a comprendere l'elenco dei suoi componenti", afferma Nowakowski, dell'Università della California, San Francisco.

Il compito è monumentale. Durante la gravidanza, una singola cellula – l'ovulo fecondato dallo spermatozoo – si moltiplica e, dalla terza settimana in poi, inizia lo sviluppo di un sistema nervoso rudimentale, che culmina in un cervello con 86 miliardi di neuroni e migliaia di miliardi di connessioni tra loro. In questa inimmaginabile coreografia all'interno del cranio del feto, alcune cellule spesso seguono percorsi alternativi. Nowakowski cita stime secondo cui il 15% dei bambini e degli adolescenti convive con un disturbo del neurosviluppo, come autismo, schizofrenia e disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD).

Un consorzio internazionale ha ora utilizzato le tecnologie più recenti, in grado di analizzare quali geni sono attivi in ​​ogni cellula, per creare la prima bozza di una mappa dinamica del cervello in via di sviluppo. "I tessuti umani possono essere ottenuti da procedure chirurgiche o da cervelli post mortem , che normalmente verrebbero scartati. Se le cellule vengono isolate dal tessuto abbastanza rapidamente, possono essere coltivate in vitro per alcune ore o, in alcuni casi, per diversi giorni. Questo ci offre un'opportunità unica per studiare i processi di sviluppo negli esseri umani", afferma Nowakowski. Le cosiddette cellule staminali pluripotenti , ottenute da embrioni in eccesso provenienti da cliniche per la fertilità o da cellule adulte riprogrammate, consentono ora ai ricercatori di imitare le prime fasi dello sviluppo cerebrale in laboratorio .

Le nuove scoperte rappresentano un primo passo verso la comprensione di quali specifici momenti della gravidanza siano più a rischio di sviluppare un tumore al cervello o un'anomalia dello sviluppo neurologico. I geni implicati in disturbi come l'autismo e la schizofrenia, spiega Nowakowski, si attivano più intensamente alla fine della gestazione, proprio durante le fasi che differiscono maggiormente da quanto avviene nei topi o in altri animali da laboratorio. Avere un atlante personale è essenziale per comprendere come si sviluppa il cervello umano.

Il cervello contiene migliaia di sottotipi cellulari, ognuno altamente specializzato nella sua funzione: neuroni responsabili del pensiero, astrociti che forniscono supporto, oligodendrociti che fungono da strato isolante per i percorsi neurali e microglia che rimuove i detriti dal sistema nervoso. Il consorzio ha scoperto che, durante lo sviluppo fetale, le cellule sono notevolmente flessibili nella loro identità, consentendo loro di differenziarsi in altri tipi di cellule presenti nel cervello adulto. Questa flessibilità è anche il loro punto debole. I ricercatori hanno identificato un tipo di cellula progenitrice, presente nel secondo trimestre di gravidanza, che può generare neuroni, oligodendrociti o astrociti. E il glioblastoma , un tumore cerebrale incurabile, contiene cellule simili a questo progenitore, offrendo un indizio sull'origine di questo tumore.

Il consorzio, denominato BRAIN Initiative Cell Atlas Network , ha annunciato mercoledì i suoi risultati in una mezza dozzina di studi pubblicati sulla rivista Nature . L'apertura del testo introduttivo richiama il lavoro dello spagnolo Santiago Ramón y Cajal , l'uomo che, dotato di microscopio e cervelletti di pollo, presentò nel 1888 a Barcellonala prima prova oggettiva che il sistema nervoso è organizzato in singole cellule. "Quasi tutta la neuroscienza moderna si basa sui concetti proposti da Cajal", afferma Nowakowski. "Era un visionario, anche in aspetti che ancora non sappiamo come studiare. Sono convinto che la sua visione continuerà a risuonare per molti anni a venire", aggiunge il professore dell'Università della California.

Il neuroscienziato spagnolo Rafael Yuste era al centro della BRAIN Initiative. Racconta che un giorno di settembre 2011, nella residenza inglese di Chicheley Hall , incontrò una ventina di esperti del cervello o dello studio di strutture che misuravano milionesimi di millimetro, per discutere di possibili collaborazioni. Yuste si alzò e accese un dibattito: propose di analizzare tutti i neuroni, uno per uno. Esaminarne solo alcuni, proclamò, era come cercare di guardare la televisione osservando un singolo pixel. Tra le voci che sostenevano l'impossibilità di questo, il genetista americano George Church , che dal 1984 guidava il progetto per sequenziare il DNA umano, si alzò e dichiarò che, nella scienza, "nulla è impossibile". La Casa Bianca adottò la proposta e, all'inizio del 2013, Obama annunciò solennemente il progetto : "Gli esseri umani possono identificare galassie lontane anni luce, possiamo studiare particelle più piccole di un atomo, ma non abbiamo ancora decifrato il mistero del chilo e mezzo di materia che abbiamo tra le orecchie".

Yuste, professore alla Columbia University (USA), è entusiasta degli ultimi risultati dell'iniziativa. "Questo atlante dei tipi di cellule in via di sviluppo è essenziale non solo per comprendere scientificamente come si sviluppa il cervello – qualcosa di assolutamente affascinante considerando che si assembla e si auto-organizza senza istruzioni esterne – ma anche perché fornisce informazioni fondamentali per comprendere le alterazioni e le patologie che si verificano durante la gravidanza e nelle prime fasi della vita", afferma. "Questi risultati dimostrano quanto sia fondamentale investire costantemente nello sviluppo e nell'applicazione di nuovi metodi per la scienza e la medicina", sottolinea Yuste, motore trainante del futuro Centro Nazionale di Neurotecnologie (Spain Neurotech) di Madrid.

Due anni fa, il team del neuroscienziato Hongkui Zeng ha presentato la mappa più completa del cervello di un topo adulto: un organo delle dimensioni di un pisello , con appena 70 milioni di neuroni e 5.300 tipi di cellule. Zeng e i suoi colleghi dell'Allen Institute for Brain Science di Seattle si sono ora concentrati sulle cellule essenziali per il funzionamento del sistema nervoso: i neuroni GABAergici inibitori , che agiscono come un freno sul cervello, riducendone l'attività per facilitare la trasmissione delle informazioni. Secondo i ricercatori, questi neuroni continuano a svilupparsi dopo la nascita, soprattutto nelle regioni cerebrali coinvolte nell'apprendimento, nelle emozioni e nel processo decisionale. "Questo significa che potrebbe esserci una finestra temporale più lunga di quanto si pensasse in precedenza per intervenire e aiutare il cervello a riorganizzarsi, soprattutto nel caso di bambini con disturbi dello sviluppo", ha sottolineato l'Allen Institute in una nota.

La neuroscienziata Guillermina López Bendito parla di "un salto di qualità" nella sua disciplina. "Finora avevamo a disposizione atlanti cellulari principalmente di cervelli adulti, che fornivano una visione statica dell'identità cellulare. Questa raccolta di articoli trasforma quell'istantanea in un film in movimento: ricostruisce la progressione temporale e le linee cellulari che danno origine al cervello in via di sviluppo", afferma la ricercatrice dell'Istituto di Neuroscienze di Alicante.

López Bendito dirige un laboratorio che cerca di comprendere l'incredibilmente fitta rete di connessioni tra le cellule cerebrali. Sottolinea che il consorzio, a cui non ha partecipato, ha tracciato mappe di diverse specie di mammiferi, dai topi agli esseri umani, identificando caratteristiche specifiche degli esseri umani e di altri primati, come il periodo più lungo di generazione di nuovi neuroni e la diversificazione della corteccia cerebrale dopo la nascita. "Queste differenze temporali potrebbero essere alla base sia delle capacità cognitive umane sia della nostra maggiore vulnerabilità alle mutazioni genetiche o ai disturbi ambientali durante lo sviluppo", sottolinea la neuroscienziata.

Santiago Ramón y Cajal, da solo con il suo microscopio, intraprese nel 1888 l'impossibile missione di mappare il cervello, millimetro per millimetro. Il suo lavoro culminò nel 1904 con la pubblicazione di *Texture of the Nervous System of Man and Vertebrates *, un'opera colossale di 1.800 pagine che includeva un avvertimento: "Il perfetto completamento dell'edificio della neurologia richiederà ancora il lavoro di molti secoli". Tomasz Nowakowski è più ottimista. "Non credo che ci vorranno secoli, o addirittura decenni. Sono rimasto impressionato dalla velocità con cui l'intelligenza artificiale ha fatto progressi, soprattutto negli ultimi anni, per emulare alcuni processi cognitivi attraverso modelli computazionali", riflette il ricercatore. "Penso che ci stiamo rapidamente avvicinando a un punto in cui teoria e modellizzazione faranno previsioni su quali cellule e molecole siano essenziali per la struttura e il funzionamento del cervello. E avremo le tecnologie necessarie per testare queste previsioni", prevede.