Connectome cerebrale

de Reus MA, Saenger VM, Kahn RS, van den Heuvel MP. An edge-centric perspective on the human connectome: link communities in the brain. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2014 Oct 5;369(1653).

La funzione cerebrale dipende da un efficiente processamento e integrazione delle informazioni in una complessa rete di interazioni neuronali, conosciute come connectome (connettone). Un aspetto importante del connectome è l’esistenza di una struttura comune, che costituisce la base anatomica per l’insorgenza della specializzazione funzionale, attraverso legami di interconnessione tra la sostanza bianca di diverse aree cerebrali. Sono state identificate undici cosiddette comunità di collegamento: cinque che attraversano la fessura della linea mediana, tre attraverso l’emisfero sinistro e tre attraverso l’emisfero destro. Sono state identificate, inoltre aree (hubs) con elevato numero di connessioni (rich club) sostenendo l’idea che questi hub svolgono un ruolo chiave come zone di confluenza in cui si fondono informazioni neurali provenienti da domini diversi.

RAPPORTO CON LE REGIONI DEL CERVELLO: SOVRAPPOSIZIONE COMUNITARIA

Un importante vantaggio nella identificazione delle comunità di collegamento, invece dei nodi, è che la partecipazione della comunità delle regioni cerebrali non è limitata ad una singola comunità. Infatti, le proiezioni della sostanza bianca delle regioni cerebrali possono essere divise in sottosistemi multipli. Studiando il modo in cui i risultati incentrati sui bordi siano associali ai nodi centrali delle connessioni, è stato esaminato il numero di comunità che si uniscono in ogni singolo nodo, fornendo una misura per la diversità dei collegamenti delle regioni cerebrali.

La figura sottostante illustra la distribuzione di questi numeri di partecipazione tra le diverse arre cerebrali. È stato trovato che circa il 56% delle regioni cerebrali (38 su 68) partecipa in comunità di collegamento multiple, con un numero di partecipazione nodale compreso tra due e un massimo di otto comunità per nodo. Una partecipazione della comunità di collegamento relativamente diversificata dei nodi può essere correlata a recenti osservazioni che mostrano che molte regioni del cervello partecipano a più domini funzionali e quindi sono, in una certa misura, coinvolte in processi neurali multimodali.

Tra le diverse regioni analizzate, sono state trovate regioni hub putative come l’insula, il precuneus e la corteccia frontale superiore coinvolte in una varietà di comunità di collegamento. Questa diversa partecipazione della comunità di collegamento delle regioni del cervello potrebbe riflettere un’organizzazione interna multimodale che emerge da diverse sottoparti (funzionali). A favore di questa ipotesi, è stato dimostrato che la parte anteriore dell’insula si proietta verso la corteccia temporale media e inferiore, verso le regioni frontali e verso la corteccia cingolata anteriore, mentre l’insula mediano-posteriore proietta verso le regioni premotoria e sensomotoria e la parte posteriore corteccia medio-cingolata. Anche la corteccia frontale superiore, che ha mostrato il maggior numero di partecipazione, può presentare diverse sottoparti funzionalmenti distinte sottolineando una possibile relazione tra il coinvolgimento della comunità di collegamento e l’eterogeneità interna delle regioni cerebrali.

Il marcato coinvolgimento delle regioni hub in un’ampia varietà di comunità di collegamento supporta anche l’ipotesi che gli hub cerebrali possano svolgere un ruolo chiave come zone di confluenza in cui si fondono informazioni neurali provenienti da domini diversi.