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Come neuroscienziato e madre di due bambini, ho sempre voluto sapere come funzionano i cervelli dei più piccoli. Secondo alcuni siti web che avevo letto, l’attività elettrica era stata registrata dal cervello di un feto umano solo sei settimane e tre giorni dopo il concepimento (1). Ciò sarebbe solo tre settimane dopo che il cuore fetale inizia a battere (2) e una settimana dopo i movimenti fetali registrati prima (3)., Ma, come qualsiasi neuroscienziato ti dirà, è difficile registrare l’attività elettrica dal cervello umano adulto usando l’elettroencefalografia (EEG) a causa dell’interferenza dei muscoli del cuoio capelluto e delle ossa craniche. Come potrebbe un bambino delle dimensioni di un’uva produrre abbastanza attività elettrica da essere rilevato?

Ho deciso di trovare la ricerca originale e determinare se è stata fatta bene. Mi aspettavo che i segnali elettrici provenienti dai muscoli della madre avrebbero mascherato quelli provenienti dal cervello del nascituro., Peggio ancora, la maggior parte dei ricercatori usa EEG fetali per registrare l’attività cerebrale nei bambini durante il parto o nell’ultimo trimestre di gravidanza. In effetti, tutti i documenti pubblicati pubblicamente online citavano la ricerca sul cervello sui bambini nel primo trimestre di seconda mano. Ho cominciato a temere che l’affermazione che un feto di 45 giorni mostra l’attività cerebrale era sbagliato.

Per trovare la risposta, ho dovuto visitare la Library of Congress e rispolverare un documento scientifico così vecchio che non è pubblicamente disponibile su Internet., Nel 1955, Winslow Borkowski e Richard Bernstine, medici del Jefferson Medical College Hospital, conservarono temporaneamente un piccolo bambino non ancora nato rimosso 45 giorni dopo il concepimento durante una gravidanza ectopica e registrato dalle aree frontali e occipitali del suo cervello. Il team ha utilizzato elettrodi ad ago per registrare l’attività cerebrale a 3 millimetri e 1 centimetro sotto la superficie cerebrale (4)., Questi elettrodi penetrano nel tessuto cranico, che risolve il problema delle interferenze elettriche dai muscoli vicini. A 45 giorni dal concepimento, il cervello è piegato in avanti ed è grande quasi quanto l’intero corpo del feto, consentendo queste registrazioni profonde (5).

In genere, i medici registrano l’attività cerebrale, o EEG, utilizzando elettrodi posizionati sul cuoio capelluto., Utilizzando un elettrodo che in realtà va all’interno del cervello, medici e scienziati ottenere una registrazione più accurata perché gli elettrodi rilevano più attività neurale di attività muscolare quando l’elettrodo è circondato da tessuto neurale. La tecnica di registrazione di Borkowski e Bernstine è il metodo più affidabile per la registrazione di EEG, ma causa anche danni cerebrali permanenti e quindi viene utilizzata solo in animali o esseri umani con convulsioni incontrollabili. In questo caso, il feto aveva solo pochi minuti per vivere, quindi la tecnica scientifica invasiva non era considerata immorale., In particolare, l’uso di questa tecnica sui bambini nati troppo presto per sopravvivere si è concluso, a mia conoscenza, nel 1961 (6).

I medici hanno iniziato a registrare dal feto di 45 giorni 10 minuti dopo l’intervento chirurgico che lo ha separato dall’apporto di sangue materno e hanno continuato a registrare per quasi 90 minuti fino alla completa morte cerebrale, determinata dalla completa mancanza di attività EEG (4)., Mentre può sorprendere che l’attività cerebrale del feto sia continuata per così tanto tempo dopo la separazione dal flusso sanguigno ossigenato della madre, i neuroni neonatali hanno meccanismi protettivi per aiutarli a sopravvivere al disagio metabolico e agli ambienti a basso contenuto di ossigeno (7).

Convinto che l’evidenza dell’attività cerebrale umana a 45 giorni dal concepimento fosse forte, mi sono rivolto alla domanda su cosa possiamo imparare da queste registrazioni EEG fetali.

Gli elettroencefalogrammi (EEG) registrano l’attività elettrica spontanea generata dai neuroni attivi nel cervello., In generale, il cervello produce attività elettrica divisa in due parti – componenti ritmiche simultanee, spesso chiamate onde cerebrali, e potenziali legati agli eventi, legati alla stimolazione sensoriale o al pensiero correlato alle attività. Gli scienziati che osservano un EEG non possono dire ciò che una persona sta pensando e sentendo, ma i potenziali legati agli eventi mostrano che il cervello sta percependo e percependo il suo ambiente. I potenziali eventi sono anche facili da rilevare dal cuoio capelluto o, nel caso di un bambino non ancora nato, dagli elettrodi sulla superficie della pancia di sua madre., Dalla misurazione esterna, sappiamo che un feto di 26 settimane dopo il concepimento risponde ai suoni con potenziali legati agli eventi (8), ma le limitazioni tecniche impediscono ai ricercatori di ottenere dati chiari in età gestazionale precedente.

Al contrario, le onde cerebrali possono essere difficili da rilevare utilizzando metodi non invasivi. Quando possono essere misurati, alcuni ritmi delle onde cerebrali possono indicare lo stato di coscienza di una persona, ad esempio negli adulti:

• L’attività a onde lente si osserva durante il sonno profondo.,
• Si osservano brevi raffiche di attività ritmica ad alta frequenza chiamate “mandrini del sonno”

durante il sonno più leggero.

• L’attività ritmica più veloce può essere vista durante il movimento e le attività che richiedono attenzione.

Infine, l’assenza di qualsiasi attività EEG indica la morte cerebrale.

Quando Borkowski e Bernstine hanno studiato il cervello del feto di 45 giorni, hanno osservato modelli di attività cerebrale che hanno descritto come simili a quelli osservati nei feti più vecchi (6)., I feti normalmente in via di sviluppo, i neonati prematuri sani e i neonati a termine mostrano due modelli EEG principali: attività” discontinua “e attività” trace-alternant” (9). L’attività discontinua è una miscela di attività a onde lente e raffiche che assomigliano a potenziali correlati agli eventi. L’attività trace-alternante si riferisce a forti raffiche di attività elettrica seguite da ritmi multipli con ampiezza elevata. Gli scienziati hanno ipotizzato che l’attività trace-alternante rappresenti il sonno tranquillo e l’attività discontinua rappresenti la veglia o il sonno rapido del movimento degli occhi (10)., I neonati pretermine più anziani mostrano più attività trace-alternant rispetto ai neonati pretermine più giovani, suggerendo che l’attività trace-alternant aumenta con la maturità fetale (11).

Dal 1955 al 1961, Borkowski e Bernstine hanno studiato gli EEG da un totale di sei feti, di età compresa tra 43 e 120 giorni dopo il concepimento e rimossi durante la gravidanza ectopica o l’isterectomia. Bernstine descrisse le onde cerebrali (6):

“L’attività elettrica era costituita da onde a bassa tensione (da 10 a 20 microvolt) che si verificavano da ½ a 2 al secondo. L’attività più rapida (2-8 onde al secondo) era presente quasi altrettanto frequentemente., Il ritmo da otto a dodici onde al secondo era decisamente meno frequente così come l’attività a più di dodici onde al secondo.”

È importante sottolineare che il fatto che questi scienziati abbiano osservato più tipi di ritmi rivela che le reti di neuroni hanno mostrato più di un modello di attività. I neuroni fetali non erano semplicemente sparando in modo casuale, ma la sincronizzazione con i neuroni vicini per piccoli periodi di tempo. Inoltre, i modelli a bassa tensione a onde lente assomigliavano al sonno a onde lente negli adulti, ma non è chiaro se ciò significhi che il feto stesse dormendo., Inoltre, i medici hanno fatto un’osservazione speciale nel feto di 45 giorni (4):

“Esplosioni di attività delle onde veloci (16 al secondo) dalla corteccia superficiale e dalle strutture più profonde del tronco cerebrale sono state osservate in due occasioni. Queste onde assomigliavano mandrini di sonno come osservato nell’elettroencefalogramma adulto.”

Come accennato in precedenza, i” mandrini del sonno ” appaiono comunemente negli EEG degli adulti durante il sonno più leggero. Nell’adulto ,i “fusi del sonno” sono correlati al rafforzamento delle connessioni tra i neuroni e possono aiutare a formare ricordi a lungo termine (12)., È possibile che servano allo stesso scopo nel feto; tuttavia, il cervello fetale non è semplicemente un cervello adulto in miniatura. Si sviluppa dall’interno verso l’esterno. In particolare, le aree sottocorticali profonde si sviluppano per prime. Quando la corteccia inizia a svilupparsi, forma prima i circuiti interni. Le proiezioni anatomiche dalle aree sottocorticali alla corteccia compaiono solo nel secondo trimestre. Le proiezioni che utilizzano monoammine, come la dopamina e la serotonina, si formano prima tra 12 e 16 settimane e le proiezioni eccitatorie si formano più tardi tra 20 e 23 settimane dopo il concepimento (9)., I fusi del sonno derivano tipicamente da connessioni reciproche tra una struttura sottocorticale profonda – il nucleo reticolare talamico – e la corteccia (13). Tuttavia, la connessione tra il nucleo reticolare talamico e la corteccia non si sarebbe ancora sviluppata in un feto di 45 giorni. Dato che le registrazioni EEG fetali provenivano dalle aree frontali e occipitali superficiali, queste registrazioni mostrano probabilmente attività provenienti da regioni cerebrali profonde giustapposte all’attività dei circuiti corticali interni (5).,

Infine, Borkowski e Bernstine hanno concluso le loro registrazioni alla morte cerebrale (4):

“Tutta l’attività elettrica del cervello era completamente scomparsa in 91 minuti dal momento della legatura delle arterie uterine.”

Se l’assenza di attività cerebrale segnala la morte cerebrale, allora la presenza di attività cerebrale indica la vita cerebrale. La scienza mostra chiaramente che un individuo umano unico si forma al momento del concepimento., Se la presenza di attività cerebrale indica una vita degna di intervento medico e protezione in un essere umano al di fuori dell’utero, allora perché non garantisce protezione anche per un essere umano all’interno dell’utero?

In verità, l’attività cerebrale fetale può iniziare molto prima della gestazione di 45 giorni. Conoscere la vita e l’esperienza del giovane feto è una caccia al tesoro: gli scienziati devono mettere insieme indizi da osservazioni fatte durante le gravidanze malsane e le emergenze per ottenere informazioni sullo sviluppo sano del bambino umano., Mentre, come madre, sono ansiosa di sapere quando il mio nascituro inizia ad avere attività cerebrale, sono ancora più grata che la nostra società si preoccupi più della sicurezza del nascituro che del progresso della conoscenza scientifica. Mentre sviluppiamo nuove tecnologie, possiamo imparare molto di più sulle esperienze in utero del feto, ma la prima priorità deve sempre essere la sicurezza della madre e del bambino.

Katrina Furth, Ph. D. è una neuroscienziata e una studiosa associata con l’Istituto Charlotte Lozier.

1. da 6 a 7 settimane / Panoramica prenatale . ., Disponibile da: http://www.ehd.org/dev_article_unit7.php
2. Gittenberger-De Groot AC, Jongbloed MRM, Poelmann RE. Sviluppo cardiaco normale e anormale. In: MD JHM, FRCP JIEHM, editori. Medicina cardiovascolare pediatrica . Nel 2012 . pag. 1-22. Disponibile da:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781444398786.ch1/summary
3. de Vries JIP, Visser GHA, Prechtl HFR. L’emergere del comportamento fetale. I. Aspetti qualitativi. Early Hum Dev. 1982 Dicembre 30; 7 (4): 301-22.
4. Borkowski WJ, Bernstine RL. Elettroencefalografia del feto. Neurologia. 1955 Maggio 1;5(5):362.
5. Sadler, Embriologia medica di T. W. Langman ., 13a ed. Wolters Kluwer Salute; 2015 . Disponibile da:http://archive.org/details/LangmansMedicalEmbryology13E2015GHANIM
6. Bernstine RL. Elettrocardiografia fetale ed elettroencefalografia. Springfield, Ill: Thomas; 1961. 97 p.
7. Pfisterer U, Khodosevich K. Sopravvivenza neuronale nel cervello: meccanismi neuronali specifici del tipo. Morte cellulare Dis. 2017 Mar; 8 (3): e2643.
8. Draganova R, Eswaran H, Murphy P, Lowery C, Preissl H. Studio magnetoencefalografico seriale di risposte evocate discriminative uditive fetali e neonatali. Early Hum Dev. 2007 Mar 1; 83 (3): 199-207.
9. Anderson AL, Thomason ME., Plasticità funzionale prima della culla: una revisione dell’imaging funzionale neurale nel feto umano. Neurosci Biobehav Rev. 2013 Novembre 1;37(9, Parte B):2220-32.
10. Thaler I, Boldes R, Timor-Tritsch I. Analisi spettrale in tempo reale dell’EEG fetale: un nuovo approccio al monitoraggio degli stati del sonno e delle condizioni fetali durante il travaglio. Pediatr Res. 2000 Set;48(3):340-5.
11. André M, Lamblin M-D, d’Allest AM, Curzi-Dascalova L, Moussalli-Salefranque F, Nguyen The Tich S, et al. Elettroencefalografia nei neonati prematuri e a termine. Caratteristiche di sviluppo e glossario. Neurofisiolo Clin Neurofisiolo., 2010 Maggio 1; 40 (2): 59-124.
12. Holz J, Piosczyk H, Feige B, Spiegelhalder K, Baglioni C, Riemann D, et al. L’EEG sigma e l’attività a onde lente durante il sonno NREM sono correlati con il consolidamento della memoria dichiarativa e procedurale durante la notte. J Sonno Res. 2012 Dicembre 1;21(6):612-9.
13. Gardner RJ, Hughes SW, Jones MW. Tempi differenziali di Spike e dinamica di fase delle popolazioni neuronali corticali Reticolare Talamica e prefrontale durante i mandrini del sonno. J Neurosci. 2013 Novembre 20;33 (47): 18469-80.

Figura legenda:

Registrazioni EEG dal feto di 45 giorni rimosso durante una gravidanza ectopica., La morte cerebrale si è verificata per ultima, circa 91 minuti dopo la separazione dalle arterie uterine.