Gli scienziati mappano la sostanza bianca cerebrale nell'intero arco della vita umana in 54.000 persone

Comprendere come la sostanza bianca del cervello cambia nel corso dell'intera vita umana è fondamentale per rilevare i segnali precoci di malattie neurologiche e psichiatriche; eppure, fino a oggi, non esisteva alcun riferimento normativo su larga scala per la microstruttura della sostanza bianca. Questo studio colma tale lacuna con il modello normativo della microstruttura cerebrale più completo mai realizzato, aggregando dati di diffusion MRI provenienti da 54.583 individui appartenenti a 19 coorti internazionali con un'età compresa tra 4 e 91 anni.

Il gruppo di ricerca ha applicato la regressione bayesiana gerarchica (HBR) — un metodo in grado di compensare le differenze nell'hardware degli scanner, nella forza del campo magnetico, nei b-value e nei protocolli di acquisizione tra i vari siti — per modellare la distribuzione statistica di quattro metriche DTI: l'anisotropia frazionaria (FA), la diffusività media (MD), la diffusività radiale (RD) e la diffusività assiale (AD). I modelli sono stati costruiti per 21 regioni profonde della sostanza bianca, oltre a un indice composito globale della sostanza bianca. Per ciascuna regione e metrica, il metodo ha generato curve centilari (2°, 10°, 25°, 75°, 90°, 98° percentile) separatamente per maschi e femmine, consentendo il calcolo di punteggi di deviazione a livello individuale.

Dalle curve normative sono emersi risultati chiave sulle traiettorie. La FA globale della sostanza bianca segue un andamento a U invertita con picco a 29 anni, riflettendo la mielinizzazione durante lo sviluppo seguita da un declino progressivo. Le tre metriche di diffusività seguono invece curve a U con valori minimi che si manifestano più tardi: RD a 37 anni, MD a 43 anni e AD a 53 anni — a indicare che diversi aspetti dell'integrità microstrutturale maturano e declinano secondo tempi distinti. Anche la variazione regionale è risultata considerevole, con le fibre associative e i tratti a mielinizzazione tardiva che mostrano un declino più precoce e più marcato rispetto alle vie sensitive-motorie primarie.

Per validarne l'utilità clinica, i modelli normativi sono stati applicati per rilevare deviazioni della sostanza bianca in tre contesti patologici. Nel caso della malattia di Alzheimer e del deterioramento cognitivo lieve, le anomalie diffuse della sostanza bianca erano concentrate nel ginocchio del corpo calloso e nelle fibre associative, con i pazienti affetti da Alzheimer che mostravano deviazioni maggiori rispetto a quelli con deterioramento cognitivo lieve. Nella sindrome da delezione 22q11.2 — una condizione neurogenetica che conferisce un elevato rischio di schizofrenia — sono state rilevate anomalie dello sviluppo della sostanza bianca, in particolare nel fascicolo longitudinale superiore e nel cingolo. Queste mappe di deviazione individualizzate hanno rivelato pattern invisibili alle tradizionali analisi caso-controllo a livello di gruppo.

Lo studio ha inoltre testato le ipotesi di retrogènesi «last-in first-out» e «gain-predicts-loss», esaminando se i tratti a mielinizzazione tardiva degenerino per primi durante l'invecchiamento. Le traiettorie normative hanno fornito un supporto parziale a entrambe le ipotesi, con le regioni a sviluppo più tardivo che mostrano un declino più ripido con l'età. I modelli normativi e i punteggi centilari sono disponibili pubblicamente, progettati per essere estesi man mano che emergono nuovi dataset e compatibili con l'ecosistema PCNPortal — diventando così uno strumento pratico sia per la clinica sia per la ricerca.