I ricercatori hanno creato il primo schema elettrico per l’intero cervello di un moscerino della frutta, che promette di rivoluzionare il campo delle neuroscienze e portare a conoscenze senza precedenti su come il cervello genera comportamenti.
Raramente nella scienza è stato dedicato così tanto impegno a oggetti così piccoli, e agli scienziati ci sono voluti anni per mappare gli avvolgimenti 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 caratterizzato più di 8.400 diversi tipi di cellule, pari al primo elenco completo delle parti che compongono il cervello di una mosca.
“Ci si potrebbe chiedere perché dovremmo osservare il cervello del moscerino della frutta”, afferma il co-leader Sebastian Cheung, professore di informatica e neuroscienze all’Università di Princeton. Progetto FlyWire. “La mia semplice risposta è che se riusciamo davvero a capire come funziona un cervello, questo ci dirà molto su tutti i cervelli.”
Districare l’intricato groviglio di neuroni, che può raggiungere i 150 metri, è stato mappato attraverso un processo scrupoloso che è iniziato tagliando il cervello di una mosca della frutta femmina in 7.000 fette sottili. Ogni sezione è stata ripresa in un microscopio elettronico per rivelare strutture piccole fino a quattro milionesimi di millimetro di larghezza.
I ricercatori si sono rivolti all’intelligenza artificiale (AI) per analizzare milioni di immagini e tracciare il percorso di ciascun neurone e connessione sinaptica attraverso 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 della mappa, i ricercatori hanno scoperto neuroni “interrogatori” che integrano diversi tipi di informazioni e “emittenti” che possono inviare segnali per coordinare l’attività in diversi circuiti neurali. Uno specifico circuito neurale, quando stimolato, fa fermare i moscerini della frutta mentre camminano.
Come presagio di quello che sarebbe successo, i ricercatori hanno utilizzato uno schema elettrico chiamato connettoma per creare una simulazione al computer di parte del cervello di una mosca. Gli esperimenti con le simulazioni hanno portato all’identificazione dei 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.
“La Connectomics è l’inizio della trasformazione digitale delle neuroscienze… e questa trasformazione si estenderà alla simulazione del cervello”, ha detto Cheung. “Questa sarà la più rapida accelerazione delle neuroscienze che possiamo ottenere.”
I dettagli del progetto, che ha coinvolto ricercatori provenienti dal Canada, dalla Germania e dal Laboratorio di Biologia Molecolare dell’MRC e dall’Università di Cambridge in Inghilterra, sono stati pubblicati ovunque. Nove fogli 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 creare uno schema elettrico completo per il cervello del topo, che i ricercatori sperano di completare in 5-10 anni. Ma ripetere l’impresa per l’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 del cervello di un moscerino della frutta, rendendo impossibile uno schema elettrico completo con la tecnologia odierna. Richiederebbe molta memoria: gli scienziati stimano che si tratterebbe di uno zettabyte di dati, equivalente a tutto il traffico internet mondiale per un anno.
Un approccio più realistico consiste nel mappare il cablaggio neurale in alcune aree del cervello umano, il che potrebbe eventualmente far luce sulla possibilità che un cablaggio difettoso sia alla base di disturbi neuropsichiatrici e di altri disturbi cerebrali. “In parole povere, non possiamo risolvere ciò che non comprendiamo, e questo è il motivo per cui crediamo che questo sia il momento più importante oggi”, ha affermato il dottor John Nakai, direttore della Brain Initiative del National Institutes of Health degli Stati Uniti.
“Abbiamo un grande compito davanti a noi.”
