Il cervello ha una impronta digitale


Il cervello ha una impronta digitale

L'estrazione di una impronta digitale dei dati di connettività cerebrale umana è diventata una nuova frontiera nella neuroscienza.

«Ci penso ogni giorno e lo sogno di notte. È stata tutta la mia vita per cinque anni», afferma il dottor Enrico Amico, uno scienziato SNSF Ambizione Fellow at EPFL’s Medical Image Processing Laboratory del EPFL Center for Neuroprosthetics. Egli parla della sua ricerca sul cervello umano in generale, e in particolare le impronte digitali del cervello. Ha imparato che ognuno di noi ha un cervello con una “impronta digitale” e che questa impronta digitale cambia costantemente nel tempo. Le sue scoperte sono state appena pubblicate da Science Advance. (1)

Il dottor Enrico Amico (2) spiega: «La mia ricerca esamina reti e connessioni all'interno del cervello, e in particolare i legami tra le diverse aree, al fine di ottenere maggiori informazioni su come funzionano le cose. Utilizziamo principalmente le scansioni MRI (Magnetic resonance imaging), che misurano l'attività cerebrale per un determinato periodo di tempo». Il suo gruppo di ricerca elabora le scansioni per generare grafici, rappresentati come matrici colorate, che riassumono l'attività cerebrale del soggetto. Questo tipo di tecnica di modellazione è conosciuta nei circoli scientifici come neuroscienze di rete o connessioni cerebrali. «Tutte le informazioni di cui abbiamo bisogno sono in questi grafici comunemente noti come connettori cerebrali funzionali. Essi rappresentano una mappa della rete neurale. Ci informano sulla loro attività durante la loro scansione MRI - se stavano riposando o eseguendo altri compiti, ad esempio. I mutamenti dei connettoni si basano su quale attività è stata eseguita e in quali parti del cervello venivano utilizzati».

Due scansioni sono tutte necessarie

Alcuni anni fa, i neuroscienziati della Yale University studiarono questi connettoni e scoprirono che ogni persona ha un'impronta digitale unica. Confrontando i grafici generati da scansioni della risonanza magnetica degli stessi connettoni scattati a pochi giorni a parte, sono stati in grado di abbinare correttamente le due scansioni di un dato soggetto quasi il 95% delle volte. In altre parole, i ricercatori potrebbero identificare accuratamente un individuo in base alla loro impronta digitale. «È davvero impressionante perché l'identificazione è stata effettuata utilizzando solo connessi funzionali, che sono essenzialmente set di punteggi di correlazione», afferma il dottor Enrico Amico.

Negli studi precedenti, le impronte digitali cerebrali sono state identificate in pochi minuti utilizzando le scansioni MRI. Tuttavia, il dottor Enrico Amico si chiese se queste stampe potessero essere identificate dopo pochi secondi, o se c'era un punto specifico nel tempo in cui appaiono - e in tal caso, quanto tempo potrebbe durare quel momento? «Fino ad ora, i neuroscienziati hanno identificato le impronte digitali del cervello usando due scansioni della risonanza magnetica assunta su un periodo abbastanza lungo. Le impronte digitali appaiono effettivamente dopo solo cinque secondi, ad esempio, o hanno bisogno di più tempo? E cosa succede se le impronte digitali di diverse aree cerebrali sono apparse in momenti diversi nel tempo? Nessuno conosceva la risposta. Quindi, abbiamo testato diverse scale di tempo per vedere cosa sarebbe successo», dice Amico.

Un'impronta digitale in soli 1 minuto e 40 secondi

Il suo gruppo di ricerca ha constatato che sette secondi non era un tempo abbastanza lungo per rilevare dati utili. Hanno accertato che il tempo giusto corrispondeva a circa 1 minuto e 40 secondi. «Ci siamo resi conto che le informazioni necessarie per un'impronta digitale cerebrale da svolgere potrebbero essere ottenute per periodi di tempo molto brevi», afferma Amico. «Non c'è bisogno di una risonanza magnetica che misuri l'attività cerebrale per cinque minuti, per esempio. Anche le scale di tempo più brevi potrebbero funzionare». Il suo studio ha anche dimostrato che le impronte digitali del cervello più veloci iniziano ad apparire dalle aree sensoriali del cervello, e in particolare le aree relative al movimento oculare, alla percezione visiva e all'attenzione visiva. Con il passare del tempo, anche le regioni frontali della corteccia, quelle associate a funzioni cognitive più complesse, iniziano a rivelare informazioni uniche a ciascuno di noi.

Il passo successivo sarà quello di confrontare le impronte digitali del cervello dei pazienti sani con quelli che soffrono della malattia di Alzheimer. «Sulla base dei miei risultati iniziali, sembra che le caratteristiche che rendono un'impronta digitale del cervello unica scompariva costantemente mentre la malattia progrediva», afferma Amico. «Diventa più difficile identificare le persone in base ai loro connettoni. È come se una persona con l'Alzheimer perdesse la sua identità del cervello».

Lungo questa linea, le potenziali applicazioni potrebbero includere la rilevazione anticipata di condizioni neurologiche in cui le impronte digitali del cervello scompaiono. La tecnica del dottor Amico può essere utilizzata in pazienti affetti da autismo o ictus o persino tossicodipendenti. «Questo è solo un altro piccolo passo verso la comprensione di ciò che rende unico il nostro cervello: le opportunità che questa intuizione potrebbero creare non sono illimitate».

Una storia di successo del programma SNSF Ambizione

La ricerca del dottor Enrico Amico è stata resa possibile grazie all'SNSF Ambizione. «Questo programma unico è stato in grado di attirare un giovane ricercatore promettente in Svizzera quando è stato uno studioso post-dottorato presso la Purdue University», menziona il Professor Dimitri Van De Ville, (3) capo del laboratorio di lavorazione delle immagini mediche. «il programma Ambizione gli ha permesso di perseguire in modo indipendente le sue idee di ricerca, ma anche scegliere su collaborazioni di successo con il laboratorio host. È gratificante vedere questi obiettivi raggiunti».

Riferimenti:

(1) When makes you unique: Temporality of the human brain fingerprint

(2) Enrico Amico

(3) Dimitri Van De Ville

Descrizione foto: «Tutte le informazioni di cui abbiamo bisogno sono in questi grafici, che sono comunemente noti come connettori cerebrali funzionali». - Credit: Enrico Amico - CC BY.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Our brains have a “fingerprint” too