Le cinque età dei punti di svolta del cervello umano

Lo studio “Topological turning points across the human lifespan”, pubblicato su Nature Communications da un team di neuroscienziati della MRC Cognition and Brain Sciences Unit dell’università di Cambridge e dell’università di Pittsburgh, ha confrontato i cervelli di 3.802 persone di età compresa tra zero e novant'anni utilizzando dataset di scansioni di diffusione MRI, che mappano le connessioni neurali monitorando il modo in cui le molecole d'acqua si muovono attraverso il tessuto cerebrale e gli scienziati dicono di aver individuato «Cinque ampie fasi della struttura cerebrale nella vita umana media, suddivise da quattro "punti di svolta" cruciali tra la nascita e la morte, quando il nostro cervello si riconfigura».
La “topologia” del cervello infantile va dalla nascita fino a un punto di svolta all’età di 9 anni, quando si passa alla fase adolescenziale, un’epoca che dura in media fino all’età di 32 anni. All'inizio dei trent'anni, il cablaggio neurale del cervello si sposta verso la modalità adulta. Questa è l'era più lunga, che dura oltre 3 decenni. Un terzo punto di svolta, intorno ai 66 anni, segna l'inizio di una fase di "invecchiamento precoce" dell'architettura cerebrale. Infine, il cervello di "invecchiamento tardivo" prende forma intorno agli 83 anni.
Alexa Mousley, una Gates Cambridge Scholar che ha guidato la ricerca finanziata da Medical Research Council, Gates Foundation e Templeton World Charitable Foundation, spiega: «Sappiamo che il cablaggio del cervello è fondamentale per il nostro sviluppo, ma non abbiamo una visione d'insieme di come cambia nel corso della nostra vita e del perché. Queste epoche forniscono un contesto importante per comprendere in cosa il nostro cervello potrebbe essere più bravo, o a cosa potrebbe essere più vulnerabile, nelle diverse fasi della nostra vita. Potrebbe aiutarci a capire perché alcuni cervelli si sviluppano in modo diverso in momenti chiave della vita, che si tratti di difficoltà di apprendimento durante l'infanzia o di demenza negli anni successivi».
Ecco come alla MRC Cognition and Brain Sciences Unit di Cambridge descrivono questi pinti di svolta cerebrali:
Cervello infantile. Fin dalla prima infanzia, il nostro cervello è caratterizzato da un "consolidamento di rete", poiché la quantità di sinapsi (i connettori tra i neuroni) prodotte in eccesso nel cervello di un neonato si riduce, mentre quelle più attive sopravvivono. In tutto il cervello, le connessioni si riorganizzano seguendo lo stesso schema dalla nascita fino all'età di circa 9 anni. Nel frattempo, la materia grigia e bianca aumentano rapidamente di volume, cosicché lo spessore corticale (la distanza tra la materia grigia esterna e la materia bianca interna) raggiunge un picco e le pieghe corticali, le creste caratteristiche della parte esterna del cervello, si stabilizzano. Al primo punto di svolta, all'età di 9 anni, il cervello subisce un cambiamento radicale nelle capacità cognitive e aumenta il rischio di disturbi mentali.
Cervello adolescente. Nella seconda “epoca” del cervello, quella dell’adolescenza, la materia bianca continua a crescere di volume, per cui l’organizzazione delle reti di comunicazione del cervello è sempre più raffinata, come misurato dalla diffusione dell’acqua nelle scansioni. Questa era è caratterizzata dall'efficienza delle connessioni sia all'interno di regioni specifiche sia dalla rapida comunicazione in tutto il cervello, il che è correlato a prestazioni cognitive migliorate.
«L'efficienza neurale è, come si può immaginare, ben connessa da percorsi brevi, e l'adolescenza è l'unica fase in cui questa efficienza è in aumento», sottolinea la Mousley.
Questi sviluppi raggiungono il culmine in media all'inizio dei 30 anni, che, dicono i ricercatori «Rappresentano il "punto di svolta topologico più forte" dell'intero arco di vita. Intorno ai 32 anni, osserviamo i maggiori cambiamenti direzionali nel cablaggio e il più grande spostamento complessivo nella traiettoria, rispetto a tutti gli altri punti di svolta. Mentre la pubertà fornisce un inizio chiaro, la fine dell'adolescenza è molto più difficile da definire scientificamente. Basandoci esclusivamente sull'architettura neurale, abbiamo scoperto che i cambiamenti nella struttura cerebrale tipici dell'adolescenza terminano intorno ai trent'anni».
Cervello adulto. A 32 anni inizia l'era più lunga, quella dell'età adulta. L'architettura cerebrale si stabilizza rispetto alle fasi precedenti, senza grandi punti di svolta per trent'anni. Questo corrisponde a un «plateau di intelligenza e personalità», come affermano altri studi. La nuova ricerca ha anche scoperto che «La “segregazione” è più evidente durante questa epoca, poiché le regioni iniziano lentamente a diventare più compartimentate».
Invecchiamento precoce del cervello. Il punto di svolta all'età di 66 anni è molto più lieve e non è caratterizzato da grandi cambiamenti strutturali, sebbene i ricercatori abbiano comunque riscontrato «Cambiamenti significativi nel modello delle reti cerebrali in media intorno a questa età». La Mousley aggiunge che «I dati suggeriscono che una graduale riorganizzazione delle reti cerebrali culmina a metà dei 70 anni. Questo è probabilmente correlato all'invecchiamento, con un'ulteriore riduzione della connettività man mano che la materia bianca inizia a degenerare. Questa è un'età in cui le persone corrono un rischio maggiore di contrarre una serie di patologie che possono colpire il cervello, come l'ipertensione».
Invecchiamento tardivo del cervello. L'ultimo punto di svolta si verifica intorno agli 83 anni, quando si entra nell'epoca finale della struttura cerebrale. Sebbene i dati relativi a quest'epoca siano limitati, la caratteristica distintiva è un passaggio dal globale al locale, poiché la connettività dell'intero cervello diminuisce ulteriormente, con una maggiore dipendenza da determinate regioni.
L'autore senior dello studio, Duncan Astle, professore di Neuroinformatica a Cambridge, conclude: «Guardando indietro, molti di noi hanno la sensazione che la propria vita sia stata caratterizzata da fasi diverse. A quanto pare, anche il cervello attraversa queste ere. Molte patologie neurologiche, di salute mentale e dello sviluppo neurologico sono legate al modo in cui è strutturato il cervello. Infatti, differenze nel cablaggio cerebrale predicono difficoltà di attenzione, linguaggio, memoria e una vasta gamma di comportamenti diversi. Capire che il percorso strutturale del cervello non è una questione di progressione costante, ma piuttosto uno dei pochi punti di svolta principali, ci aiuterà a identificare quando e come il suo cablaggio è vulnerabile alle interruzioni».