Ospedale universitario di Uppsala, Radiologia. Mikael Häggström, 2008

Abbiamo tabelle di crescita per l’altezza e per il peso, persino per la circonferenza del cranio, ma non per la crescita del cervello. Almeno fino ad oggi. Un gruppo di neuroscienziati dell’università di Pennsylvania, a Philadelphia (Usa), e dell’università di Cambridge, in Regno Unito, ha messo insieme più di 120.000 immagini di scansioni del cervello di oltre 100.000 individui, coprendo un intervallo di età che va dai 4 mesi dopo il concepimento ai 100 anni. Il lavoro è stato pubblicato su Nature.

Il dataset è ad oggi il più ampio al mondo e il lavoro statistico compiuto dagli autori ha permesso di avere una traiettoria della crescita del cervello umano che fornisce a medici e pediatri uno strumento di confronto per individuare eventuali anomalie in pazienti piccoli, adulti e anziani.

The team behind these brain charts aggregated 123,894 MRI scans from 101,457 people, who ran the gamut from fetuses 16 weeks after conception to 100-year-old adults https://t.co/gRcYGHbUat

— nature (@Nature) April 16, 2022

Partendo dai dati delle immagini, i ricercatori sono stati in grado di costruire una mappa che mostra il percorso temporale di alcuni parametri di crescita del cervello. In estrema sintesi, si potrebbe dire che il cervello cresce molto, e molto rapidamente, nei primi anni di vita, mentre in tarda età diversi parametri subiscono una perdita di volume.

Ad esempio, lo spessore della corteccia cerebrale raggiunge il suo massimo piuttosto presto, tra il primo e il secondo anno di età, un periodo in cui il cervello dell’infante è bombardato da informazioni che deve elaborare per sviluppare funzioni di ogni tipo, da quelle motorie a quelle linguistiche. I ricercatori hanno anche registrato un dato che fino ad ora non era noto: la massima velocità di crescita dello spessore della corteccia si ha addirittura in fase pre-natale, tra il terzo e il quarto mese dopo il concepimento.

Il volume della materia grigia raggiunge il suo massimo tra i 5 e i 6 anni di età, per poi diminuire lentamente e progressivamente. La velocità di crescita della materia grigia è ai suoi ritmi massimi tra i 5 e i 6 mesi di età.

La materia grigia è un termine che indica vari tipi di corpi cellulari neuronali, quali dendriti, sinapsi, glia e altri, che abbondano nella corteccia. La materia bianca è invece caratterizzata dalla presenza di assoni, quei prolungamenti dei neuroni lungo cui corrono i segnali nervosi. Una componente fondamentale degli assoni è la mielina, che conferisce il caratteristico colore biancastro e che distingue la materia bianca (dove è presente in abbondanza) dalla materia grigia (dove è presente in piccole quantità).

Il volume della materia bianca raggiunge il suo massimo più tardi: continua infatti a crescere ben oltre i 20 anni di età e inizia a calare attorno ai 40. La sua massima velocità di crescita si registra a circa 2 anni e mezzo.

Gli autori dello studio hanno registrato un altro dato sorprendente, quello relativo alla quantità di liquido cerebrospinale che si accumula nel cervello, a ritmi progressivamente crescenti, dopo i 40 anni. Un suo eccessivo accumulo è associato ad atrofia cerebrale.

Brain growth charts, Schizophrenia’s discovery gap, and research papers with funny titles — the week in infographics https://t.co/3xENtA9O32

— nature (@Nature) April 19, 2022

Per ottenere 120.000 scansioni digitali del cervello umano occorrono decenni e una quantità di fondi che supera di gran lunga quelli a disposizione di un progetto di ricerca. Richard Bethlehem e Jakob Seidlitz, primi autori dello studio, hanno infatti chiamato a raccolta colleghi da tutto il mondo chiedendo loro di condividere immagini e dati già disponibili. La collaborazione ottenuta è andata oltre ogni aspettativa: oltre agli ideatori del progetto il paper è firmato da tutti coloro che hanno contribuito inviando dati e immagini, circa 200 autori.

Analizzando la mole di immagini cerebrali raccolte, i ricercatori sono anche stati in grado di stabilire gli intervalli di età in cui compaiono alcuni dei principali disturbi neurologici, cognitivi e psichiatrici, confrontandoli con le fasce di età in cui solitamente vengono diagnosticati.

Ad esempio, nel lavoro viene mostrato che i segni del disturbo dello spettro autistico possono comparire anche molto presto, dopo il primo anno di vita, ma le diagnosi ad oggi vengono fatte in media dopo i 5 anni. Tra le scansioni di cervelli incluse nello studio infatti ci sono anche molti casi clinici che riguardano schizofrenia, che può emergere in adolescenza e prima giovinezza, e malattia di Alzheimer, tipica della tarda età.

Uno dei maggiori limiti dello studio invece, per stessa ammissione degli autori, riguarda il fatto che la stragrande maggioranza dei dati raccolti si riferisce a individui europei o nord americani, per lo più bianchi, scolarizzati e provenienti dalle città. I cervelli del Sud America e dell’Africa compongono solo l’1% del totale. Questa mancanza di diversità non rende generalizzabili a tutta l’umanità i risultati ottenuti. Gli autori tuttavia contano di proseguire sulla strada tracciata, aggiornando e ampliando il dataset, di cui sono disponibili alcune belle visualizzazioni sul sito brain chart.

I pattern di crescita del nostro cervello sono frutto non solo dell’evoluzione biologica, ma anche dell’evoluzione e della diversità culturale che contraddistingue la specie umana. Una crescita lenta e prolungata molti anni dopo la nascita è una caratteristica evolutiva su cui Homo sapiens ha puntato, distinguendosi da altri primati, come lo scimpanzé, ma probabilmente anche dai nostri cugini evolutivi Neanderthal e dai comuni antenati Homo heidelbergensis. Una finestra di apprendimento via via sempre più allungata è ciò che ha consentito all’uomo di imparare tecniche di lavorazione della pietra più sofisticate, di trasmetterle ai propri membri del gruppo con sistemi di comunicazione sempre più raffinati, fino ad arrivare a creare una galassia di comportamenti, diversi regione per regione, che sono appunto le culture.

L’ambiente in cui cresciamo è oggi soprattutto un ambiente culturale: per questo è indispensabile raccogliere i dati e le immagini di scansioni del cervello delle popolazioni di tutte le regioni del pianeta per avere un quadro completo e affidabile di come si sviluppa e cresce, in ambienti e contesti diversi, il cervello umano.