La rete neurale del cervello, che include sia la materia grigia che quella bianca. Libreria fotografica Pasieka/Scienza tramite Getty Images
Chi non ha contemplato come si forma un ricordo, una sentenza generata, un tramonto apprezzato, un atto creativo compiuto o un crimine efferato commesso?
Il cervello umano è un organo di tre libbre che rimane in gran parte un enigma. Ma la maggior parte delle persone ha sentito parlare del cervello materia grigia, che è necessario per funzioni cognitive come l'apprendimento, il ricordo e il ragionamento.
Più specificamente, la materia grigia si riferisce alle regioni del cervello in cui le cellule nervose - conosciuti come neuroni – sono concentrati. La regione considerata più importante per la cognizione è la corteccia cerebrale, un sottile strato di materia grigia sulla superficie del cervello.
Ma l'altra metà del cervello - la sostanza bianca – è spesso trascurato. La materia bianca si trova al di sotto della corteccia e anche più in profondità nel cervello. Ovunque si trovi, la materia bianca collega tra loro i neuroni all'interno della materia grigia.
Io sono un professore di neurologia e psichiatria e il direttore della sezione di neurologia comportamentale presso la University of Colorado Medical School. Il mio lavoro prevede la valutazione, il trattamento e l'indagine sugli anziani con demenza e sui giovani con trauma cranico.
Scoprire come questi disturbi influiscono sul cervello ha motivato molti anni del mio studio. Credo che la comprensione della materia bianca sia forse una chiave per comprendere questi disturbi. Ma finora, i ricercatori generalmente non hanno prestato alla materia bianca l'attenzione che merita.
I circa 100 miliardi di neuroni nel cervello umano sono collegati tra loro da assoni, molti dei quali sono circondati dalla guaina mielinica. Questi assoni, insieme alla loro mielina, costituiscono la sostanza bianca, che aiuta a facilitare la comunicazione tra i neuroni in tutto il cervello.
Capire la sostanza bianca
Questa mancanza di riconoscimento deriva in gran parte dalla difficoltà nello studio della materia bianca. Poiché si trova sotto la superficie del cervello, anche l'imaging più high-tech non può risolverne facilmente i dettagli. Ma recenti scoperte, rese possibili dai progressi nell'imaging cerebrale e negli esami autoptici, stanno iniziando a mostrare ai ricercatori quanto sia critica la materia bianca.
La materia bianca è composta da molti miliardi di assoni, che sono come lunghi cavi che trasportano segnali elettrici. Pensali come code allungate che agiscono come estensioni dei neuroni. Gli assoni collegano i neuroni tra loro in giunzioni chiamate sinapsi. È qui che avviene la comunicazione tra i neuroni.
Gli assoni si uniscono in fasci, o tratti, che scorrono in tutto il cervello. Posizionati da un capo all'altro, la loro lunghezza combinata in un singolo cervello umano è di circa 85,000 miglia. Molti assoni lo sono isolato con mielina, uno strato principalmente di grasso che accelera la segnalazione elettrica, o la comunicazione, tra i neuroni fino a 100 volte.
Questa maggiore velocità è fondamentale per tutte le funzioni cerebrali ed è in parte il motivo per cui l'Homo sapiens ha capacità mentali uniche. Mentre non ci sono dubbi i nostri grandi cervelli sono dovute all'aggiunta di neuroni da parte dell'evoluzione nel corso di eoni, ce n'è stata una ancora maggiore aumento della sostanza bianca nel tempo evolutivo.
Questo fatto poco noto ha profonde implicazioni. L'aumento del volume della sostanza bianca, principalmente dalle guaine mieliniche che circondano gli assoni, migliora l'efficienza dei neuroni nella materia grigia per ottimizzare la funzione cerebrale.
Immagina una nazione di città che funzionano tutte in modo indipendente, ma non collegate ad altre città da strade, cavi, Internet o altri collegamenti. Questo scenario sarebbe analogo al cervello senza sostanza bianca. Funzioni superiori come il linguaggio e la memoria sono organizzate in reti in cui le regioni di materia grigia sono collegate da tratti di materia bianca. Più estese ed efficienti sono queste connessioni, meglio funziona il cervello.
Sostanza bianca e Alzheimer
Dato il suo ruolo essenziale nelle connessioni tra le cellule cerebrali, sostanza bianca danneggiata può disturbare qualsiasi aspetto della funzione cognitiva o emotiva. La patologia della sostanza bianca è presente in molti disturbi cerebrali e può essere abbastanza grave per provocare la demenza. Il danno alla mielina è comune in questi disturbi e quando la malattia o la lesione è più grave, anche gli assoni possono essere danneggiati.
Più di 30 anni fa, io e i miei colleghi abbiamo descritto questa sindrome come demenza della sostanza bianca. In questa condizione, la sostanza bianca disfunzionale non funziona più adeguatamente come connettore, il che significa che la materia grigia non può agire insieme in modo continuo e sincrono. Il cervello, in sostanza, è stato disconnesso da se stesso.
Altrettanto importante è la possibilità che la disfunzione della sostanza bianca svolga un ruolo in molte malattie che attualmente si pensa abbiano origine nella sostanza grigia. Alcune di queste malattie sfidano ostinatamente la comprensione. Ad esempio, sospetto che il danno alla sostanza bianca possa essere critico nelle prime fasi del morbo di Alzheimer e del trauma cranico.
L'Alzheimer è il tipo più comune di demenza negli anziani. Può compromettere la funzione cognitiva e derubare le persone della loro stessa identità. Non esiste una cura o un trattamento efficace. Da allora Osservazioni del 1907 di Alois Alzheimer di proteine della materia grigia – chiamate amiloide e tau – i neuroscienziati hanno creduto all'accumulo di queste proteine è il problema centrale dietro l'Alzheimer. Eppure molti farmaci che rimuovono queste proteine non fermarti il declino cognitivo dei pazienti.
Recenti scoperte suggeriscono sempre più quel danno alla sostanza bianca – che precede l'accumulo di quelle proteine – potrebbe essere il vero colpevole. Quando i cervelli invecchiano, spesso subiscono una graduale perdita di flusso sanguigno a causa del restringimento dei vasi che convogliano il sangue dal cuore. Un flusso sanguigno inferiore ha un forte impatto sulla sostanza bianca.
Sorprendentemente, ci sono anche prove che anche le forme ereditarie dell'Alzheimer siano presenti anomalie precoci della sostanza bianca. Ciò significa che le terapie volte a mantenere il flusso sanguigno alla sostanza bianca possono rivelarsi più efficaci del tentativo di rimuovere le proteine. Un semplice trattamento che potrebbe aiutare è controllare la pressione alta, poiché ciò può ridurre la gravità delle anomalie della sostanza bianca.
Dalla Loma Linda University Salute: nuove scoperte per aiutare milioni di persone con lesioni cerebrali traumatiche.
Sostanza bianca e trauma cranico
I pazienti con trauma cranico, in particolare quelli con lesioni moderate o gravi, possono avere una disabilità permanente. Uno dei risultati più inquietanti di TBI è encefalopatia traumatica cronica, una malattia del cervello che si ritiene causi demenza progressiva e irreversibile. Nei pazienti con trauma cranico è evidente l'accumulo di proteina tau nella sostanza grigia.
I ricercatori hanno da tempo riconosciuto che il danno alla sostanza bianca è comune nelle persone che hanno subito un trauma cranico. Osservazioni dal cervello di quelli con lesioni cerebrali traumatiche ripetitive - giocatori di football e veterani militari sono stati studiati frequentemente - hanno dimostrato che il danno alla sostanza bianca è prominente e può precedere la comparsa di proteine aggrovigliate nella materia grigia.
Tra gli scienziati, c'è una crescente eccitazione per il nuovo interesse per la sostanza bianca. I ricercatori stanno ora iniziando a riconoscere che la tradizionale attenzione allo studio della materia grigia non ha prodotto i risultati sperati. Imparare di più sulla metà del cervello conosciuta come sostanza bianca potrebbe aiutarci negli anni a venire a trovare le risposte necessarie per alleviare la sofferenza di milioni di persone.
Circa l'autore
Cristoforo Filley, Professore di Neurologia e Psichiatria, Università del Colorado Anschutz Medical Campus
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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