Ecco la prima mappa completa di un cervello adulto | VIDEO

È possibile mappare ogni singolo neurone presente nel cervello? Uno studio ce l’ha fatta ed è un grande traguardo per la medicina!

Un team internazionale di ricercatori ha raggiunto un traguardo significativo nella comprensione del cervello: la prima mappa completa del cervello di una mosca adulta, comprendente tutti i neuroni e le connessioni tra di essi. Questo risultato, ottenuto dal FlyWire Consortium, rappresenta un grande passo avanti per la neuroscienza e apre la strada a future ricerche su cervelli più complessi, inclusi quelli dei mammiferi.

Un’impresa monumentale: 139.255 neuroni mappati

Il cervello della mosca adulta mappato è composto da 139.255 neuroni, un numero molto maggiore rispetto agli studi precedenti. In passato, sono stati completati schemi cerebrali di cervelli più piccoli, come quello di una larva di mosca della frutta con 3.016 neuroni e di un verme nematode con soli 302 neuroni. Tuttavia, la mappa del cervello della mosca adulta rappresenta il primo connettoma completo di un animale in grado di muoversi, orientarsi e rispondere a stimoli complessi.

Questo traguardo rappresenta il frutto di anni di lavoro, reso possibile grazie a tecnologie avanzate come la microscopia elettronica e l’intelligenza artificiale (IA). In totale, sono state analizzate oltre 100 terabyte di dati di immagini, un volume di dati troppo vasto per essere gestito manualmente dagli esseri umani. Il team ha quindi utilizzato algoritmi IA sviluppati presso l’Università di Princeton per identificare e mappare i neuroni e le loro connessioni, sebbene fosse necessario un intervento umano per correggere gli errori.

L’importanza della mappa cerebrale

Questo schema elettrico del cervello della mosca fornisce una comprensione meccanicistica del modo in cui i neuroni si connettono e funzionano insieme per generare comportamenti complessi. La mappa non è solo un elenco di connessioni, ma una guida dettagliata che può essere utilizzata per comprendere come i circuiti neurali controllano comportamenti fondamentali come il movimento, l’orientamento nello spazio e la comunicazione.

Il dottor Gregory Jefferis del Laboratorio di Biologia Molecolare del Consiglio per la Ricerca Medica (MRC) e dell’Università di Cambridge, uno dei co-responsabili dello studio, sottolinea che, per comprendere a fondo il cervello, è necessario sapere come ogni neurone si collega agli altri e contribuisce alle funzioni cerebrali.

Un impatto trasformativo per la ricerca neuroscientifica

La dottoressa Mala Murthy dell’Università di Princeton, una delle co-responsabili della ricerca, evidenzia che la pubblicazione di questi dati in un database aperto è un passo cruciale per favorire ulteriori scoperte. Gli scienziati di tutto il mondo possono ora accedere a queste informazioni e utilizzarle per avanzare nella comprensione del funzionamento del cervello, sia in condizioni normali che patologiche. Questo potrebbe avere un impatto significativo nella ricerca su disturbi neurologici e mentali.

Un’altra scoperta importante è che i cervelli non sono “fiocchi di neve”, ovvero non sono unici in modo assoluto. Le somiglianze nel cablaggio cerebrale osservate tra diversi individui di mosca indicano che esistono schemi comuni che potrebbero valere anche per altre specie, compresi gli esseri umani. Tuttavia, circa lo 0,5% dei neuroni presenta variazioni, suggerendo che piccole differenze nel cablaggio potrebbero essere alla base delle individualità o di condizioni patologiche.

Una sfida tecnologica senza precedenti

Il processo di mappatura del cervello della mosca ha richiesto tecnologie estremamente avanzate. Il cervello, grande meno di un millimetro, è stato sezionato in circa 7.000 fette, ciascuna spessa appena 40 nanometri. Ogni fetta è stata poi scansionata con microscopia elettronica ad altissima risoluzione. I dati così ottenuti sono stati analizzati da un team di scienziati e volontari che hanno dedicato complessivamente circa 33 anni di lavoro per controllare e validare il risultato dell’IA.

Il professor Sebastian Seung dell’Università di Princeton ha spiegato che senza l’aiuto dell’intelligenza artificiale sarebbe stato impossibile completare questo progetto. Grazie ai progressi nell’informatica, è stato possibile realizzare una mappa così dettagliata, che rappresenta un primo passo verso la ricostruzione dello schema elettrico del cervello di mammiferi, come quello di un topo.

Verso la simulazione del cervello

Un altro importante sviluppo della ricerca è la capacità di prevedere il funzionamento delle connessioni neurali. Le sinapsi, i punti di contatto tra i neuroni, possono essere eccitatorie o inibitorie, e la mappa ottenuta include queste informazioni. Questo livello di dettaglio è cruciale per simulare digitalmente il funzionamento del cervello, poiché non basta sapere come i neuroni sono connessi: è necessario capire come interagiscono tra loro.

Secondo il dottor Gregory Jefferis, la simulazione digitale del cervello della mosca è solo l’inizio. Altri scienziati hanno già iniziato a utilizzare i dati per comprendere come il cervello della mosca risponde agli stimoli esterni, ma sarà necessario raccogliere molti altri dati per produrre simulazioni affidabili del cervello in condizioni diverse.