Il cervello come su Google Maps, la mappa della rete neurale che può farci capire come funziona
Il cervello come su Google Maps, con tutti i suoi neuroni e connessioni al posto dei nomi di strade, città, negozi e le altre informazioni di cui disponiamo nell’app che usiamo per spostarci da un posto all’altro: la prima mappa della rete neurale dell’intero cervello, chiamata in gergo connettoma, è la nuova impresa che promette di rivoluzionale il campo delle neuroscienze e di aprire la strada a intuizioni senza precedenti su come funziona il cervello. L’intricata rete neurale, per adesso, è quella di Drosophila melanogaster, o moscerino della frutta, l’organismo modello per eccellenza nella ricerca scientifica, il cui studio ha portato ad alcune delle più importanti scoperte, in particolare nel campo della genetica.
La nuova risorsa, disponibile online, è stata ottenuta con l’aiuto dell’intelligenza artificiale (AI), che ha analizzato milioni di immagini ottenute al microscopio elettronico, esaminando strutture di milionesimi di millimetri di larghezza. Per ogni neurone – circa 140.000 quelli mappati – l’AI ha tracciato le connessioni sinaptiche, ma ha commesso molti errori, che sono stati individuati e corretti dal team di scienziati del consorzio di ricerca FlyWire, guidato dall’Università di Princetown, nel New Jersey (Stati Uniti).
Questo lavoro ha portato alla classificazione di più di 8.400 diversi tipi di cellule e oltre 50 milioni di connessioni neurali, ovvero al primo connettoma cerebrale completo per Drosophila, i cui dati possono essere consultati in 3D grazie al visualizzatore di FlyWire sviluppato dagli ingegneri di Google Research. Su Nature, i ricercatori hanno pubblicato nove studi con i dettagli del progetto.
La mappa della rete neurale di Drosophila può farci capire come funziona il cervello, anche umano
“Qualcuno potrebbe chiedersi perché dovremmo interessarci del cervello di un moscerino della frutta – ha osservato Sebastian Seung, professore di informatica e neuroscienze alla Princeton University e co-leader del progetto FlyWire – . La risposta è semplice: se riusciamo a capire veramente come funziona un qualsiasi cervello, è inevitabile che ci dica qualcosa su tutti i cervelli”.
La prima mappa della rete neurale di Drosophila ha già dato i suoi frutti: grazie al connettoma, i ricercatori hanno già scoperto neuroni “interrogatori” che sembrano combinare diversi tipi di informazioni e neuroni “trasmettitori” che potrebbero inviare segnali per coordinare l'attività attraverso diversi circuiti neurali. E individuato anche uno specifico circuito neurale che, quando attivato, fa sì che i moscerini della frutta si fermino di colpo mentre camminano.
In un’anticipazione della ricerca futura, gli studiosi hanno inoltre mostrato come il connettoma può essere impiegato in simulazioni al computer del funzionamento di una parte del cervello, il che gli ha portati a identificare i circuiti neurali utilizzati per elaborare il gusto, suggerendo che le simulazioni future potranno far luce su come la rete neurale dia origine al comportamento.
Il connettoma cerebrale di Drosophila, accolto dagli esperti come un traguardo storico che potrebbe trasformare le neuroscienze, ha inoltre spinto gli studiosi a intraprendere un lavoro analogo sul cervello del topi, che i ricercatori sperano di completare in almeno cinque anni. Più difficile sarà ripetere l’impresa per un intero cervello umano, che con i sui 86 miliardi di neuroni e trilioni di connessioni, è circa un milione di volte più complesso del cervello del moscerino della frutta, il che rende il connettoma completo un progetto ancora fuori portata con la tecnologia odierna.
“Richiederebbe anche una memoria considerevole – hanno osservato gli studiosi – . Servirebbe almeno uno zettabyte di dati, equivalente a tutto il traffico internet mondiale per un anno”. Un approccio più realistico potrebbe essere quello di mappare solo alcune parti del cervello umano, il che potrebbe far luce sulle reti neurali alla base dei disturbi neuropsichiatrici e dello sviluppo delle diverse forme di demenza.
