Connettoma:

“Per conoscere le cose, bisogna conoscerne i dettagli, ma dato che questi sono quasi sterminati, le nostre conoscenze sono sempre superficiali e imperfette.” François de La Rochefoucauld

Il termine “connettoma” è stato introdotto solo recentemente nel lessico scientifico (al punto che il referee di un articolo inviato tre anni fa al Journal of International Neuropsychological Society mi consigliò di specificarne il significato, perché, a suo parere, non comprensibile per la maggioranza dei lettori).

Si intende per connettoma la totalità delle connessioni tra i neuroni di un sistema nervoso.

Alla luce delle attuali conoscenze, il funzionamento cerebrale è determinato più dalle connessioni tra le diverse regioni cerebrali che dall’attività isolata delle singole aree. Come noto, queste connessioni sono assicurate dai fasci di fibre nervose. A differenza dei neuroni che conferiscono alla superficie del cervello il caratteristico colore grigio, le fibre nervose, per le loro caratteristiche costitutive, formano la materia bianca che si riscontra al di sotto della corteccia. I fasci di fibre possono unire - le strutture periferiche con quelle centrali (ad es. le vie ottiche dalla retina al lobo occipitale), - regioni dello stesso emisfero (ad es. il fascicolo arcuato che connette le aree di Wernicke e di Broca) e - regioni dei due emisferi, destro e sinistro (ad es. il corpo calloso).

Il punto cruciale è che mentre i grandi fasci di connessione si formano su base genetica e sono comuni a tutti gli individui, le connessioni neuronali specifiche dipendono dalle esperienze individuali; in altre parole, le connessioni si sviluppano e si organizzano a seconda delle esperienze che viviamo e sono continuamente in evoluzione, come esito delle nostre percezioni, di come ci rapportiamo agli eventi, delle relazioni che instauriamo, dei movimenti che facciamo ecc. In questo modo ogni cervello è unico così come sono uniche le impronte digitali, anche in gemelli identici.

Il patrimonio genetico fornisce le condizioni di partenza del progetto, ma il programma non segue un percorso predeterminato: sono le informazioni ambientali che suggeriscono le modalità di attuarlo. Ad esempio, un bambino, pur possedendo lo stesso programma genetico di tutti gli altri bambini, se per vari motivi cresce in un ambiente privo di esseri umani (come i cosiddetti “bambini selvaggi”), non riuscirà a sviluppare il linguaggio perché non avrà ricevuto stimoli verbali.

Nei primi due anni di vita si assiste ad un fenomeno impressionante di proliferazione cellulare (circa 250.000 nuovi neuroni al minuto) e di parallelo aumento del numero dei contatti fra le singole cellule (circa 10.000 per neurone), contatti che Charles Scott Sherrington nel 1897 definì sinapsi. Successivamente il numero di neuroni e di sinapsi si riduce significativamente. Questa riduzione non è però un fenomeno negativo, come si era pensato in passato; al contrario è una delle armi vincenti dell’essere umano nella sua lotta per la sopravvivenza.

Infatti, in una prima fase ogni neurone si connette con un numero di cellule superiore rispetto a quello che sarà il numero finale: vengono cioè stabilite connessioni in eccesso; nella fase successiva sono le informazioni ambientali a mantenere attive le connessioni utilizzate mentre quelle non utilizzate (che cioè non hanno ricevuto informazioni dall’ambiente), e che quindi sono risultate non necessarie, vengono eliminate. In pratica è come se all’inizio fosse possibile costituire un numero infinito di reti neuronali; poi però alcune connessioni si rafforzano e si stabilizzano mentre altre che sono risultate superflue vengono inibite o perse.

Ne risulta un correlato comportamentale specifico di ogni periodo dello sviluppo. Ad esempio fino agli otto mesi di età un infante è in grado di identificare i suoni con significato linguistico (i fonemi) tipici di qualunque lingua e di differenziarli senza difficoltà dagli altri suoni ambientali non linguistici; successivamente, grazie all’esposizione continuativa ad un contesto specifico, aumenta la capacità di riconoscere i suoni della lingua madre ma contemporaneamente viene persa la padronanza sugli altri suoni, come nel caso della erre nei parlanti in lingua cinese: l’apprendimento comporta una eliminazione.

In pratica il modo di procedere sembra essere quello di produrre strutture neuronali grezze e poi attendere informazioni dall’ambiente. È una modalità che somiglia all’opera di uno scultore che affina sempre meglio i contorni togliendo la materia superflua piuttosto che a quella di chi per costruire un edificio utilizza tanto più materiale quanto più alto è l’edificio. Come scriveva Michelangelo “la scultura è quella che si fa per forza di levare”, cioè eliminando il “soverchio”! In altre parole, le informazioni ambientali agiscono sul sistema nervoso come un giardiniere che pota un cespuglio di rose: selezionano fra tutte quelle possibili proprio le reti neuronali che risultano più appropriate a svolgere una determinata funzione.

A questo meccanismo di continuo rimaneggiamento dell’organizzazione funzionale delle strutture cerebrali l’essere umano deve la sua straordinaria flessibilità comportamentale e l’incredibile capacità di acquisire sempre nuovi apprendimenti. 

Si comprende allora quanto sia ambizioso l’obiettivo di definire la totalità delle connessioni tra i neuroni che costituiscono il sistema nervoso, il cosiddetto “connettoma”. Per il momento, un primo risultato è stato ottenuto con la mappatura del connettoma del Caenorhabditis elegans, un verme lungo un centimetro il cui sistema nervoso è costituito da 302 neuroni per un totale di 7000 connessioni. Studiare il connettoma di C. elegans ha richiesto molti anni e un grande investimento economico pur essendo il suo cervello 100 miliardi di volte più piccolo di quello umano. Sono poi state ricostruite le connessioni della retina e della corteccia visiva primaria del topo e in modo parziale (25.000 neuroni su un totale di 100.000) di una drosofila melanogaster (il cosiddetto moscerino della frutta).

Bisogna inoltre considerare che la descrizione anatomica delle connessioni non fornisce informazioni sul loro funzionamento e ancor meno sui reciproci rapporti di causa effetto. Bisognerà cioè passare dallo studio della connettività strutturale a quello della connettività funzionale. Il connettoma non è infatti un sistema statico e immutabile, ma, come si è accennato, un sistema dinamico, in costante interazione con l’ambiente, naturale, culturale e sociale. 

Il cammino è ancora lungo, ma, per quanto complesso, il progetto appare in grado di fornire informazioni preziose sulle basi neurobiologiche del comportamento. Inoltre, solo così si potranno comprendere meglio le modificazioni indotte dall’esperienza sul sistema nervoso e verificare come al profilo di ogni singolo “connettoma” corrisponda l’unicità ed irripetibilità dei singoli individui: è ipotizzabile, infatti, che lo schema generale dettato dall’ereditarietà genetica si concretizzi proprio nella singolarità dello schema di connessioni specifiche di ogni individuo.