I ricercatori hanno prodotto il primo schema elettrico di un intero cervello di un moscerino della frutta, una svolta che promette di rivoluzionare il campo delle neuroscienze e aprire la strada a conoscenze senza precedenti su come il cervello produce il comportamento.
Raramente tanti sforzi scientifici sono stati diretti verso così poco materiale, e agli scienziati ci sono voluti anni per mappare i meandri di tutti i 139.255 neuroni e 50 metri di connessioni racchiusi nel cervello di una mosca, grande quanto un seme di papavero.
Nel processo, i ricercatori hanno classificato più di 8.400 diversi tipi di cellule, rappresentando il primo elenco completo delle parti necessarie per costruire il cervello di una mosca.
“Ci si potrebbe chiedere perché dovremmo preoccuparci del cervello del moscerino della frutta”, afferma Sebastian Seung, professore di informatica e neuroscienze all’Università di Princeton e co-leader del gruppo di ricerca. Progetto Flywire. “La mia semplice risposta è che se riusciamo veramente a capire come funziona un cervello, inevitabilmente ci dirà qualcosa su tutti i cervelli”.
Il complesso groviglio di neuroni, che se sbrogliato raggiungerebbe i 150 metri, è stato mappato attraverso un meticoloso processo iniziato tagliando il cervello di una mosca della frutta femmina in 7.000 fette sottili. Ogni sezione è stata ripresa con un microscopio elettronico per rivelare strutture piccole fino a quattro milionesimi di millimetro.
I ricercatori si sono poi rivolti all’intelligenza artificiale (AI) per analizzare milioni di immagini e tracciare il percorso di ogni connessione neurale e sinaptica in tutto il minuscolo organo. Poiché l’IA ha commesso così tanti errori, è stato reclutato un esercito globale di scienziati e volontari per aiutare a correggere gli errori e finalizzare la mappa.
Il lavoro ha già dato i suoi frutti. Armati del progetto, i ricercatori hanno scoperto neuroni “afferenti” che sembrano raccogliere vari tipi di informazioni e “ancore” che possono inviare segnali per coordinare l’attività attraverso diversi circuiti neurali. È stato osservato anche uno specifico circuito neurale che, se stimolato, fa fermare i moscerini della frutta mentre camminano.
In preparazione a ciò che verrà, i ricercatori hanno utilizzato uno schema elettrico, noto come rete neurale, per costruire una simulazione al computer di una parte del cervello della mosca. I loro esperimenti di simulazione li hanno portati a identificare i circuiti neurali utilizzati per elaborare il gusto, suggerendo che le simulazioni future potrebbero far più luce su come i collegamenti cerebrali portano al comportamento animale.
“Le tecnologie della comunicazione rappresentano l’inizio della trasformazione digitale delle neuroscienze”, ha affermato Seong. “Questa trasformazione si estenderà alla simulazione del cervello”. “Questa sarà una rapida accelerazione del modo in cui facciamo neuroscienza”.
I dettagli del progetto, che ha coinvolto ricercatori provenienti da Canada, Germania, dal Laboratorio di Biologia Molecolare dell’MRC e dall’Università di Cambridge nel Regno Unito, sono stati pubblicati online. Nove foglie in natura. In un articolo di accompagnamento, la dottoressa Anita Devineni, neuroscienziata della Emory University di Atlanta, ha definito lo schema elettrico un “risultato fondamentale”.
È già iniziato il lavoro per produrre uno schema elettrico completo del cervello del topo, che i ricercatori sperano di completare entro cinque-dieci anni. Ma replicare questa impresa su un intero cervello umano, con i suoi 86 miliardi di neuroni e trilioni di connessioni, è un’altra questione. Il cervello umano è circa un milione di volte più complesso di quello di un moscerino della frutta, rendendo uno schema elettrico completo fuori dalla portata pratica con la tecnologia odierna. Richiederebbe anche una memoria enorme: gli scienziati stimano che ammonterebbe a uno zettabyte di dati, l’equivalente di tutto il traffico Internet mondiale per un anno.
Un approccio più realistico consiste nel mappare le connessioni neurali in alcune parti del cervello umano, una ricerca che potrebbe eventualmente far luce sulla possibilità che le connessioni errate siano alla base dei disturbi neuropsichiatrici e di altri disturbi cerebrali. “Semplicemente non possiamo risolvere ciò che non comprendiamo, ed è fondamentalmente il motivo per cui crediamo che questo sia un momento importante oggi”, ha affermato il dottor John Ngai, direttore della Brain Initiative del National Institutes of Health degli Stati Uniti.
“Chiaramente abbiamo un grande compito davanti a noi.”
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