Come il cervello di un bambino si prepara per il mondo esterno

Come il cervello di un bambino si prepara per il mondo esterno

Il cervello in via di sviluppo non è semplicemente una versione ridimensionata di quella di un adulto, ma è progettato in modo univoco per prepararsi al mondo esterno. Ha strutture e funzioni il cui unico ruolo è quello di creare i circuiti di base necessari per la vita dopo la nascita, che poi scompaiono quando hanno fatto il loro dovere. Sappiamo dallo studio dei bambini nati prematuramente che anche in questa fase molto precoce il cervello è estremamente attivo, ma in un modo che è altamente specifico in questo momento della vita.

Studi sugli animali hanno dimostrato che le cellule cerebrali immature sparano via da sole, un po 'come le cellule del pacemaker nel cuore. Il licenziamento di queste cellule è estremamente coordinato in modo che possa fornire le istruzioni iniziali per il cablaggio e la manutenzione dei circuiti neuronali del cervello. Questi sono passaggi iniziali fondamentali, che se interrotti o disturbati, può alterare l'intero processo con cui il cervello matura. Data la loro importanza, volevamo studiare questi passaggi nei neonati prematuri.

Scoppi di attività

Poiché i neuroni all'interno del cervello comunicano tra loro utilizzando segnali elettrici, possiamo misurare questa attività come "onde cerebrali" utilizzando sensori EEG (elettroencefalografia) posizionati sulla testa. Alcuni di noi dell'University College di Londra hanno utilizzato con successo questo metodo negli ultimi anni di 20 attività durante i sequestri e studiare come può elaborare il cervello di un bambino tocco e dolore anche prima del tempo della nascita normale.

L'EEG può anche essere usato per registrare l'attività nel cervello di un bambino prematuro durante il riposo, e ha dimostrato consiste di enormi esplosioni che normalmente non si vedono in nessun altro momento. Ma mentre sappiamo da molto tempo che aspetto ha l'attività con l'EEG e quando accade, non abbiamo mai saputo da dove nel cervello si stia effettivamente verificando l'attività.

La chiave per risolvere questa domanda era combinare le registrazioni EEG con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Quando i neuroni nel cervello si attivano, richiedono carburante (ossigeno e glucosio) che viene portato in un'area "attiva" attraverso il flusso sanguigno.

Usando l'fMRI, è possibile misurare con precisione le variazioni di ossigeno e dei livelli di flusso sanguigno in tutto il cervello, con una precisione di pochi millimetri. Ma questo è solo su una scala cronologica che lo scanner MRI e le variazioni del flusso sanguigno relativamente lente consentono. Pertanto, la combinazione di EEG (che può misurare l'attività elettrica veloce ma fatica a localizzarla) e fMRI (che misura la risposta del flusso sanguigno accoppiato ma può localizzarla con precisione) era ideale per scoprire dove le esplosioni di attività provengono dall'interno di un cervello del bambino prematuro.

Scoperta 'isola'

Questo tipo di esperimento non era mai stato fatto prima e sapevamo che sarebbe stato estremamente impegnativo, quindi abbiamo collaborato con un team del King's College London che aveva una vasta esperienza e conoscenza dei metodi fMRI. Abbiamo registrato l'attività cerebrale di dieci neonati prematuri mentre erano naturalmente addormentati con le due tecniche contemporaneamente.

E i primi dati nel nostro studio, pubblicato su eLife, ha suggerito dove venivano generate le onde cerebrali premature.

Ogni bambino ha avuto frequenti scoppi di attività nel suo EEG e con fMRI siamo stati in grado di vedere che molti di loro provenivano da una regione del cervello a forma di piramide nascosta chiamata l'insula. Questa è un'isola di corteccia ("insula" è latino per isola) che negli adulti copre ruoli molto diversi in quanto mette insieme le informazioni fisiche di base con segnali emotivi, cognitivi e motivazionali.

Nel nostro studio abbiamo dimostrato che questa specifica regione del cervello - a cui finora è stata riservata poca attenzione - svolge anche un ruolo importante nel generare l'attività critica che plasma il cervello in via di sviluppo. Infatti, cresce più velocemente di altre regioni del cervello e forma connessioni con il resto del cervello durante l'ultimo trimestre di gestazione nel grembo materno. Quanto è prematuro un bambino e uso di droghe ricreative in gravidanza hanno un effetto negativo su questa regione del cervello.

Il tasso di nascite premature sta aumentando in molti paesi europei e specialmente nel Regno Unito, dove il numero di bambini nati alla gestazione delle settimane 22-25 e ammesso alle cure intensive negli ultimi anni è aumentato del 44%.

Questi neonati hanno maggiori probabilità di sopravvivere grazie ai moderni progressi nella cura ospedaliera, ma sono esposti a un maggior rischio di problemi di sviluppo neurologico. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che sono nati troppo presto e il loro cervello non è pronto in quanto sta ancora attraversando quei passaggi di sviluppo che avrebbero dovuto accadere nell'ambiente protetto dell'utero. Di conseguenza, il cervello pretermine è più suscettibile alle lesioni che possono portare a disabilità.

The ConversationÈ quindi di fondamentale importanza capire come funziona il cervello in via di sviluppo per informare la cura di questa popolazione vulnerabile. E i nostri risultati possono offrire nuove ed eccitanti opportunità per monitorare come il cervello e la sua attività si sviluppano nei bambini prematuri e una nuova comprensione di come le lesioni precoci portino alla fine alla disabilità.

Riguardo agli Autori

Lorenzo Fabrizi, MRC Research Fellow, UCL e Tomoki Arichi, docente presso il Centro per il cervello in via di sviluppo, Clinical Senior Lecturer, King College di Londra

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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