Il cervello dei neonati è già organizzato in reti funzionali

Sommario: I cervelli dei neonati contengono già cinque reti critiche, comprese le reti visive e somatosensoriali di alto livello simili a quelle osservate nei cervelli degli adulti. I ricercatori hanno identificato più geni da campioni di tessuto cerebrale che potrebbero aver portato all’organizzazione specifica del cervello nei neonati.

Fonte: Università statale dell’Ohio

Fin dalla nascita, i cervelli umani sono organizzati in reti che supportano funzioni mentali come la vista e l’attenzione, mostra un nuovo studio.

Studi precedenti avevano dimostrato che gli adulti hanno sette di queste reti funzionali nel cervello. Questo studio, il primo ad adottare un approccio a grana fine a tutto il cervello nei neonati, ha rilevato che cinque di queste reti funzionano alla nascita.

Fondamentalmente, lo studio ha anche rilevato la variabilità individuale nelle reti nei neonati, che potrebbe avere implicazioni su come la genetica influenza il comportamento negli adulti.

“Per secoli, gli esseri umani si sono chiesti cosa li rende unici e il ruolo della programmazione genetica rispetto alla nostra esperienza di vita”, ha affermato Zeynep Saygin, autore senior dello studio e assistente professore di psicologia presso la Ohio State University.

“Il nostro studio mostra la variabilità nel cervello alla nascita che può essere correlata ad alcune delle differenze comportamentali che vediamo negli adulti”.

Lo studio, pubblicato di recente sulla rivista Neuroimmagineera guidato da M. Fiona Molloy, una studentessa laureata in psicologia all’Ohio State.

I ricercatori hanno analizzato le scansioni fMRI del cervello di 267 neonati, la maggior parte di meno di una settimana, che facevano parte del progetto Developing Human Connectome. Tutti i bambini sono stati scansionati per 15 minuti mentre dormivano.

Lo studio ha coinvolto l’analisi dei più piccoli frammenti di cervello possibili con la risonanza magnetica – chiamati voxel o pixel volumetrici – per vedere come i segnali di ciascun voxel fossero correlati ad altri voxel nel cervello.

“Anche quando dormiamo, il cervello è attivo e parti diverse comunicano tra loro”, ha detto Saygin.

“Identifichiamo le reti scoprendo quali parti del cervello mostrano schemi di attività simili allo stesso tempo, ad esempio quando un’area si attiva, lo fa anche l’altra. Stanno parlando tra loro”.

I risultati hanno mostrato cinque reti nei neonati che assomigliavano a quelle che si trovano negli adulti: le reti visive, predefinite, sensomotorie, di attenzione ventrale e di visione di alto livello.

Gli adulti hanno due reti aggiuntive che non si trovano nel cervello dei neonati: le reti di controllo e limbiche. Questi sono entrambi coinvolti con funzioni di livello superiore, ha spiegato Saygin.

La rete di controllo consente agli adulti di fare piani per raggiungere gli obiettivi. La rete limbica è coinvolta nella regolazione emotiva.

“I bambini hanno scarso controllo cognitivo e regolazione emotiva, quindi non sorprende che queste reti non siano sviluppate”, ha detto Saygin.

“Ma una possibilità sarebbe stata che fossero nati alla nascita e avessero solo bisogno di essere affinati. Non è quello che abbiamo trovato, però. Queste reti non ci sono ancora e devono svilupparsi attraverso l’esperienza”.

I ricercatori hanno anche esaminato le differenze individuali nelle reti cerebrali dei neonati studiati. I risultati hanno mostrato che la rete di attenzione ventrale ha mostrato la maggiore variabilità nei neonati. Questa è la rete impegnata a dirigere l’attenzione su uno stimolo importante che si incontra nel mondo, soprattutto qualcosa che può essere inaspettato.

“I nostri risultati suggeriscono che la rete di attenzione ventrale è una fonte stabile di variabilità individuale che esiste alla nascita e forse persiste per tutta la vita”, ha detto.

Negli adulti, questa variabilità individuale nell’organizzazione della rete è stata collegata al comportamento ea diversi disturbi.

I risultati hanno mostrato cinque reti nei neonati che assomigliavano a quelle che si trovano negli adulti: le reti visive, predefinite, sensomotorie, di attenzione ventrale e di visione di alto livello. L’immagine è di pubblico dominio

“Vediamo differenze individuali nell’organizzazione della rete già dalla nascita e potrebbe essere interessante vedere se queste differenze predicono il comportamento o il rischio di disturbi psicologici più avanti nella vita”, ha detto Molloy.

In un’altra analisi, i ricercatori hanno utilizzato campioni di tessuto di cervelli umani disponibili attraverso l’Allan Human Brain Atlas per esplorare come le differenze nelle reti cerebrali nei neonati possono essere legate alle differenze nell’espressione genica, il processo di attivazione o attivazione dei geni.

Hanno trovato più geni dai campioni di tessuto cerebrale che potrebbero aver portato alle organizzazioni cerebrali specifiche che hanno trovato nei singoli neonati nello studio.

“Questo potrebbe scoprire una potenziale base genetica per il motivo per cui stiamo vedendo queste differenze nelle reti dei neonati nel nostro studio”, ha detto.

La ricerca futura esaminerà come queste reti si sviluppano nel tempo per ottenere una migliore comprensione del ruolo della programmazione genetica e dell’esperienza nella produzione di variabilità in queste reti.

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“Vogliamo comprendere ulteriormente la traiettoria di sviluppo di queste reti per imparare come i geni e l’esperienza si relazionano al comportamento e ai risultati futuri”, ha affermato Saygin.

A proposito di questa notizia di ricerca sul neurosviluppo

Autore: Jeff Grabmeier
Fonte: Università statale dell’Ohio
Contatto: Jeff Grabmeier – Università statale dell’Ohio
Immagine: L’immagine è di pubblico dominio

Ricerca originale: Accesso libero.
“Variabilità individuale nell’organizzazione funzionale del cervello neonatale” di Zeynep Saygin et al. Neuroimmagine


Astratto

Variabilità individuale nell’organizzazione funzionale del cervello neonatale

Il cervello adulto è organizzato in reti funzionali distinte, che costituiscono la base dell’elaborazione delle informazioni e determinano le differenze individuali nel comportamento. Questa organizzazione di rete è geneticamente determinata e presente alla nascita? E qual è la variabilità individuale in questa organizzazione nei neonati?

Qui, utilizziamo l’apprendimento non supervisionato per scoprire l’organizzazione cerebrale funzionale intrinseca utilizzando la connettività dello stato di riposo da un’ampia coorte di neonati (Developing Human Connectome Project).

Abbiamo identificato un insieme di reti simmetriche, gerarchiche e replicabili: sensomotorio, visivo, modalità predefinita, attenzione ventrale e visione di alto livello.

Abbiamo quantificato la variabilità individuale tra i neonati e abbiamo trovato la variabilità più individuale nelle reti di attenzione ventrale. Fondamentalmente, la variabilità di queste reti non è stata guidata da differenze SNR o differenze rispetto alle reti per adulti (Yeo et al., 2011).

Infine, l’espressione genica differenziale ha fornito una potenziale spiegazione per l’emergere di queste reti distinte e ha identificato potenziali geni di interesse per lo sviluppo futuro e la ricerca sulla variabilità individuale.

Nel complesso, abbiamo scoperto che i connettomi neonatali (anche a livello di voxel) possono rivelare ampie unità di elaborazione delle informazioni specifiche dell’individuo.

La presenza di differenze individuali nei neonati e il quadro per le parcellazioni personalizzate dimostrate qui ha il potenziale per migliorare la previsione del comportamento e dei risultati futuri dai dati del cervello neonatale e infantile.

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