Storicamente, la materia grigia veniva generalmente considerata la tritacarne dell’organo e la sostanza bianca era solo la scimmia. Ma negli ultimi anni, è diventato chiaro che la scimmia è importante tanto quanto il suo padrone.
La nostra materia grigia squisitamente piegata è stata a lungo il pony mostruoso del cervello; si occupa del pesante numero di calcoli su cui tutti ci affidiamo per dare un senso al mondo. La materia bianca, si pensava, svolgeva semplicemente il compito di trasmettere i messaggi avanti e indietro, come poco più di una raccolta di fili passivi.
Sebbene ci sia un po ‘di verità in questa divisione del lavoro, la questione dei bianchi è un enorme disservizio. Man mano che cresce la conoscenza scientifica, l’importanza della materia bianca viene messa a fuoco. Questa autostrada dell’informazione neurale è ora nota per essere coinvolta in una serie di condizioni e malattie e svolgere ruoli vitali nella funzione cerebrale, nell’apprendimento e nella coordinazione di centri cerebrali remoti.
Cos’è la sostanza bianca?
La sostanza bianca costituisce la maggior parte delle parti profonde del cervello. A differenza della materia grigia, che ha un picco nello sviluppo quando abbiamo 11 o 12 anni, la materia bianca continua a svilupparsi bene nei nostri anni ’20 (e forse, in modo più sottile, nei nostri anni ’50).
Consiste in fasci di assoni, o tratti, che sono le proiezioni lunghe e sottili delle cellule nervose. Come suggerisce il nome, la sostanza bianca è più bianca della materia grigia, e il suo famoso biancore è dovuto a un rivestimento ceroso chiamato mielina, che si trova su ciascuno degli assoni.
La mielina ricopre la superficie di tutte le cellule nervose, lasciando piccoli spazi vuoti – detti anche nodi di Ranvier – ogni millimetro circa.
Nei nervi mielinici, piuttosto che un impulso che viaggia lungo la lunghezza della cellula come fa nella materia grigia, può saltare da un nodo all’altro, aumentando la velocità di conduzione.
Come principale servizio di messaggeria del cervello, la mielinizzazione consente alla sostanza bianca di passare note tra regioni distanti a velocità vertiginosa.
Infatti, i nervi mielinici possono trasportare impulsi fino a 100 volte più veloci rispetto alle fibre non mielinizzate.
Nel cervello, la mielina è costituita da cellule chiamate oligodendrociti. Alla nascita, la copertura della mielina è relativamente scarsa; la mielinizzazione si sposta in un’onda, dapprima ricoprendo la sostanza bianca nella corteccia cerebrale più vicina alla nuca e gradualmente avanzando, ricoprendo infine i lobi frontali a metà degli anni ’20.
I lobi frontali sono importanti per la pianificazione, il ragionamento e il giudizio. Alcuni scienziati teorizzano che la limitata mielinizzazione di queste aree giovanili potrebbe spiegare l’incapacità degli adolescenti di prendere decisioni appropriate per gli adulti.
Poiché è stato profuso più interesse scientifico sulla materia bianca, è diventato chiaro che è ben lungi dall’essere un pezzo passivo di cablaggio; è dinamico – il suo volume cresce e si restringe con l’esperienza, elabora le informazioni – non solo passa inosservato i dati tra i punti.
Materia bianca nella malattia psichiatrica
Alcune condizioni sono state a lungo associate al danneggiamento della guaina mielinica. Per esempio, il sistema immunitario degli individui con la sindrome di Guillain-Barré e la sclerosi multipla attaccano la mielina, causando un progressivo peggioramento della debolezza che può finire nella paralisi.
Ma più recentemente, i cambiamenti nella mielina sono stati collegati a una serie di condizioni psichiatriche, come la schizofrenia, la depressione maggiore, l’autismo, il disturbo da stress post-traumatico, il morbo di Alzheimer, la dislessia, il disturbo da deficit di attenzione-iperattività, il disturbo ossessivo-compulsivo e Tourette . La sostanza bianca è stata persino implicata nella balbuzie e nella sordità del tono.
Una delle condizioni psichiatriche più studiate in relazione alla sostanza bianca è la schizofrenia. Uno studio che ha esaminato 6.000 geni nella corteccia prefrontale di cervelli schizofrenici ha fornito prove schiaccianti: degli 89 geni trovati per essere regolati in modo anormale, 35 sono stati coinvolti nella mielinizzazione.
Altri studi hanno studiato la sostanza bianca post-mortem, con alcune anomalie dimostrative nei tratti della sostanza bianca e un numero ridotto di oligodendrociti in alcune regioni del cervello.
In effetti, più recentemente, è stato dimostrato che i tratti della sostanza bianca nella maggior parte del cervello sono disgregati nella schizofrenia.
La schizofrenia tende a svilupparsi durante l’adolescenza, un periodo in cui al proencefalo viene finalmente dato il rivestimento della mielina. Alcuni scienziati ritengono che questa potrebbe essere più che una coincidenza.
Se questi cambiamenti sono la causa della condizione o una conseguenza della funzione anormale del cervello deve ancora essere capita, ma è probabilmente un percorso bidirezionale intrecciato. La prova è arrivata in un documento pubblicato nel 2007 dal Dr. Gabriel Corfas. Ha dimostrato che interrompere il controllo genetico degli oligodendrociti potrebbe produrre cambiamenti comportamentali sorprendenti simili a quelli osservati nella schizofrenia.
Visualizzazione della materia bianca
Una procedura di imaging denominata Tensore di diffusione (DTI), che si basa sulla tecnologia MRI, traccia il movimento relativo dell’acqua all’interno dei tessuti. Può essere usato per osservare la materia bianca.
La DTI si basa sulla premessa che, nel normale tessuto cerebrale, l’acqua abbia la stessa probabilità di viaggiare in qualsiasi direzione.
Tuttavia, in tratti orientati in parallelo e ricoperti di mielina, è più probabile che si spostino lungo di essi, piuttosto che da un lato all’altro.
Con questa tecnologia, è possibile visualizzare la microstruttura della materia bianca; le fibre più impaccate con strati di mielina più spessi danno segnali DTI più forti. Questa tecnologia relativamente nuova è stata utilizzata per cercare collegamenti tra la materia bianca e gli esiti cognitivi.
Uno studio, ad esempio, ha trovato una relazione tra struttura della materia bianca e QI, i cui autori hanno concluso che “la funzione cognitiva si correla con una maggiore organizzazione delle fibre”. Allo stesso modo, altri scienziati hanno trovato collegamenti tra la qualità della materia bianca nel cervello di un adulto e la sua capacità di lettura.
I ricercatori hanno anche dimostrato che l’uso del nostro cervello in un modo specifico può modificare la struttura della sostanza bianca. Ad esempio, un esperimento ha rilevato che praticare regolarmente uno strumento musicale aumenta il livello di organizzazione all’interno della materia bianca nelle aree importanti per le prestazioni musicali. I ricercatori hanno dimostrato che la quantità di cambiamento era proporzionale al numero di ore praticate dall’individuo. Più lavori, più la materia bianca viene modificata.
In che modo la mielinizzazione si inserisce nella storia
Negli animali che possono camminare e nutrirsi molto presto dopo la nascita – come cavalli e topi – la mielinizzazione è quasi completa per nascita. Tuttavia, come già detto, la mielinizzazione nell’uomo continua nei nostri 20 o 30 anni. Il fatto che ci voglia così tanto tempo è un buon indizio che sta svolgendo più di un semplice ruolo isolante.
Il lungo periodo di tempo che la mielinizzazione assume negli umani si allinea con lo stesso periodo di tempo in cui la corteccia cerebrale umana subisce un’enorme ristrutturazione delle connessioni sinaptiche. Questo rimodellamento è inteso a modificare il cervello in base all’esperienza. Per questo motivo, alcuni ricercatori ritengono che la mielina, e quindi la sostanza bianca, svolga un ruolo nel modellare il cervello attraverso le nostre esperienze mentre sviluppiamo.
Questa teoria suona vera in una serie di studi sugli animali. Ad esempio, uno studio sulle arvicole dei prati dell’Alaska ha rilevato che la mielinizzazione nel cervello è regolata da cambiamenti stagionali nella lunghezza del giorno. Gli animali che erano tenuti in un ambiente con giorni costantemente lunghi avevano più volume di materia bianca.
Nei ratti, lo stress negli ultimi 6 giorni di gravidanza causa un aumento della mielinizzazione nella prole nelle prime 2 o 3 settimane di vita, con livelli che tornano alla normalità entro il giorno 40.
Viceversa, un’esperienza più piacevole può anche alterare la struttura della materia bianca. Gli oligodendrociti aumentano di numero nella corteccia visiva dei ratti che si innalzano in ambienti arricchiti tra cui l’interazione sociale e cose con cui giocare.
Alcuni studi sull’uomo hanno anche trovato un’interazione tra l’esperienza iniziale e il volume della materia bianca. Uno studio pubblicato in relazione al cervello di bambini che erano stati abusati o trascurati con il cervello di bambini che non lo avevano fatto.
Il corpo calloso – cioè la più grande struttura di materia bianca nel cervello, che collega gli emisferi cerebrali destro e sinistro – è risultato essere il 17% più piccolo in coloro che erano stati abusati.
Perché il mantello ceroso è così importante?
In breve, non abbiamo la risposta completa a questa domanda, ma ci sono alcuni argomenti interessanti da scegliere.
La sincronia della materia grigia è importante per lo sviluppo e l’apprendimento neurale. Il proverbio dice: “I neuroni che si accendono insieme, legano insieme”. In altre parole, i neuroni che sparano in sincronia hanno maggiori probabilità di connettersi permanentemente; i nervi che sparano insieme sono considerati importanti e saranno rafforzati e preservati.
Ora, se due nervi che lavorano insieme provengono da distanze diverse e sono identici, i segnali non arriveranno insieme; per coordinare lo sparo, uno degli assoni deve essere accelerato o rallentato.
La precisione millisecondo è vitale.
Quando svolgiamo un compito complesso come suonare uno strumento, le informazioni vengono inviate da una serie di centri cerebrali e fluiscono avanti e indietro. La sincronia è un must, e semplicemente lanciare messaggi alla massima velocità possibile non sarebbe una soluzione praticabile.
Quando le nuove scoperte crescono, sembra chiaro che la mielina svolge un ruolo chiave nello sviluppo della sincronia e può alterare la velocità di conduzione di tratti di sostanza bianca in vari modi.
Ad esempio, la mielina può cambiare fisicamente il diametro dell’assone (i nervi più ampi trasmettono i segnali più velocemente). Inoltre, gli oligodendrociti possono alterare il numero di fogli di mielina che depongono, che può arrivare a 150 fogli per fibra, alterando nuovamente la velocità di conduzione. Inoltre, alterando il numero o la spaziatura dei nodi di Ranvier, le velocità possono essere ottimizzate, con più nodi più vicini che rallentano gli impulsi.
Stiamo solo cominciando a spazzare via i meccanismi che stanno alla base dell’influenza della materia bianca sulla funzione cognitiva, ma già si stanno aprendo potenziali strade.
La materia bianca è parte integrante della funzione cerebrale come il suo vicino grigio; è dinamico, coinvolto nell’apprendimento e ci aiuta a stabilire abilità e ricordi. Senza dubbio, mentre la ricerca continua e il quadro diventa più nitido, l’importanza della mielina e della sostanza bianca continuerà ad aumentare.
La materia bianca conta davvero.
