Un nuovo studio mostra come l’invecchiamento del cervello segua principi simili nei topi e negli esseri umani. Analizzando le reti funzionali con risonanza magnetica, il gruppo di ricerca ha osservato una progressiva perdita di specializzazione delle connessioni cerebrali, un fenomeno legato al declino cognitivo. Le differenze tra specie restano, ma si aprono nuove possibilità per studiare i meccanismi dell’invecchiamento e delle malattie neurodegenerative
I topi sono il modello animale per eccellenza nella ricerca scientifica. Per strano possa apparire, questo dipende soprattutto dalle molte somiglianze tra le nostre specie, come abbiamo spiegato in questo approfondimento. Spesso anche su aspetti tutt’altro che scontati – compreso, come mostra un recente studio, l’invecchiamento cerebrale.
La ricerca, guidata dal Center for Vital Longevity dell’Università del Texas e pubblicata a fine marzo su PNAS, mostra come alcune reti funzionali cerebrali nel topo cambino con l’età, in modo analogo a quanto avviene negli umani.
Come cambiano le reti cerebrali con l’età
L’organizzazione del cervello cambia con l’età. Nella nostra specie, è noto che alcune reti funzionali, cioè aree che “collaborano” tra loro, si facciano nel tempo meno specializzate. «Il processo di de-differenziazione delle reti neurali è associato al declino della funzione mnemonica nelle persone anziane e prognostico della malattia di Alzheimer», spiega in un comunicato Gagan Wig, professore associato della School of Behavioral and Brain Sciences e coordinatore dello studio. «Sappiamo anche che fattori ambientali, come per esempio lo stress cronico, la dieta e l’esercizio fisico, influenzano il rischio di demenza, e abbiamo iniziato a vedere il loro impatto in termini di cambiamento delle reti funzionali cerebrali. Negli esperimenti sugli umani, però, è limitata la possibilità di solare fattori e meccanismi specifici che guidano i cambiamenti cerebrali nel corso della vita. È difficile controllare tutte le possibili fonti dei cambiamenti individuali che possono accelerare l’invecchiamento cerebrale».
Ecco quindi entrare in gioco i topi. «Con il modello animale possiamo testare ciò che rende più vulnerabili o più resilienti all’invecchiamento, indagare come i processi patologici e i possibili trattamenti, inclusi quelli dell’Alzheimer, influenzano le reti funzionali cerebrali in un modo che può essere direttamente comparabile nell’essere umano», continua Wig.
Finora mancava però una descrizione chiara e a larga scala delle reti funzionali coinvolte nell’invecchiamento. Il gruppo di ricerca ha quindi analizzato 82 topi dai 3 ai 20 mesi, cioè per la loro intera età adulta, con una risonanza magnetica funzionale (fMRI). Si tratta di una tecnica di neuroimaging non invasiva che consente di valutare l’attivazione delle diverse aree cerebrali misurando le variazioni del flusso sanguigno legate all’attività neuronale. In questo modo non solo è possibile avere informazioni sul funzionamento cerebrale, ma anche di farlo con animali svegli, senza la necessità di un’anestesia che può alterare i risultati.
Questo ha permesso di costruire una sorta di mappa delle connessioni tra le diverse regioni cerebrali, che sono poi state confrontate con i dati umani. Questi ultimi venivano da ampi database, che raccolgono le informazioni da oltre 1.000 persone di età compresa tra i 18 e i 90 anni. Quindi, in base a informazioni e calcoli precisi (basati per esempio sul numero di “nodi” delle reti funzionali e alla correlazione con gli altri), il gruppo di ricerca ha stimato la system segregation delle reti funzionali umane e di topo. In altre parole, ha stimato quanto siano specializzate e ben separate (seppur in grado di collaborare con le altre), e quanto invece perdano differenziazione con l’età.
Il topo come modello importante, ma non identico
Questo ha permesso di verificare come anche nei topi si verifichi una de-differenziazione delle reti funzionali con l’invecchiamento, secondo un pattern analogo a quello umano. Questo non significa, come ci si può attendere, che non manchino anche delle differenze. Per esempio, nella nostra specie le reti funzionali rimangono più integrate tra loro, perché sono maggiori le connessioni a lunga distanza; nei topi, dove tali connessioni sono più deboli, la segregazione è maggiore. Inoltre, nei topi il declino delle reti funzionali, seppur presente, è meno rapido del nostro.
«I nostri risultati mostrano che i topi hanno un’organizzazione delle reti funzionali più modulare rispetto a quella umana nella prima età adulta e che, facendo le proporzioni con l’arco di vita, gli umani presentano un più rapido declino legato all’invecchiamento», specifica Wig. «Queste sono differenze importanti da considerare per capire i limiti del modello animale e identificare le caratteristiche dell’invecchiamento proprie della specie umana».
Anche con queste considerazioni, il topo si conferma sotto un aspetto in più un valido modo di indagare alcuni meccanismi cerebrali, compresi quelli legati alla neurodegenerazione, che sarebbero estremamente complessi – se non impossibili – da studiare negli esseri umani. Anche perché, specifica il gruppo di ricerca, se è vero che confrontare il cervello di specie diverse presenta degli aspetti problematici (in particolare, non è chiaro quale area del topo corrisponda a quale area umana), la system segregation rappresenta una misura più astratta e generale. «Alcuni sistemi cerebrali umani sottostanno a capacità come il linguaggio, la pianificazione o processi cognitivi complessi, che non possiamo assumere siano presenti anche nel topo», specifica Ezra Winter-Nelson, primo autore dello studio. «Ma noi ci siamo focalizzati sulle reti funzionali come un insieme», per il quale quindi non importa tanto il ruolo specifico, quanto come ciascuna rete è organizzata rispetto alle altre. In altre parole, se non è sempre possibile confrontare direttamente parti del cervello tra specie diverse, è possibile però confrontare la struttura generale delle loro reti.