Le forze fisiche che modellano il cervello
La formazione di giri e dei solchi tipici del cervello umano è prodotta solamente da forze meccaniche, senza l'intervento di fattori biochimici: lo dimostra un nuovo modello in gel realizzato con una stampante 3D, che per la prima volta conferma sperimentalmente una teoria elaborata negli anni settanta.
Se si confronta la superficie di un cervello umano con quello di un altro mammifero, ci si rende conto immediatamente di una caratteristica peculiare: quello umano ha un numero di solchi e giri molto più alto. E' il risultato di un meccanismo fondamentale, noto come girificazione cerebrale, che consente di massimizzare il numero di neuroni corticali e minimizzare la distanza tra di essi. Secondo una teoria elaborata nel 1975, la girificazione avviene sulla base di sole forze fisiche, senza l'intervento di processi biochimici. Ora per la prima volta, questa teoria ha trovato una conferma sperimentale grazie al lavoro, ora pubblicato sulla rivista “Nature Physics”, di Tuomas Tallinen dell'Università di Jyvaskyla, in Finlandia, e colleghi di un'ampia collaborazione internazionale. In media, il cervello umano adulto ha un volume di 1200 centimetri cubi, un'area superficiale di 2000 centimetri e uno spessore corticale di 2,5 millimetri. Contiene 100 miliardi di neuroni, 20 miliardi dei quali si trovano nello strato più esterno, la corteccia cerebrale. Ciascun neurone corticale è connesso a 7000 altri neuroni, per complessivi 150.000 chilometri di fibre nervose. Negli esseri umani la girificazione inizia alla 23° settimana di gestazione, e il cervello continua a crescere fino all'età adulta, fino ad aumentare di 20 volte in volume e 30 volte nell'area superficiale, mentre lo spessore corticale rimane virtualmente inalterato.
Partendo da una serie di scansioni di risonanza magnetica di cervelli umani allo stadio fetale, Tallinen e colleghi hanno realizzato un modello di cervello costituiti da diversi strati realizzati con differenti gel, che si espandono ciascuno in modo diverso quando immersi in un solvente. Questa espansione riproduce in modo fedele l'espansione del cervelloreale e mostra che le compressioni di tipo meccanico sono in grado da sole di portare alla formazione dei tipici ripiegamenti che si osservano negli esseri umani. Il risultato, ulteriormente confermato da un modello numerico, dimostra che le forze fisiche hanno un ruolo essenziale nello sviluppo del sistema nervoso centrale: questo dato potrebbe essere utile per la diagnosi e il trattamento di diversi disturbi neurologici. “Per la comunità dei neuroscienziati, la mancanza di prove sperimentali è stata il principale problema di questo modello”, ha spiegato Ellen Kuhl, in un articolo di commento pubblicato sullo stesso numero di “Nature Physics”. “Questo lavoro fornisce il collegamento essenziale che finora mancava tra modellizzazione, prove sperimentali e simulazione”.
