La mappa completa del cervello di un moscerino della frutta: un passo avanti per le neuroscienze
davinci
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Una ‘Google Maps’ per i cervelli
Un gruppo di ricerca internazionale, denominato FlyWire, ha raggiunto un traguardo epocale nel campo delle neuroscienze: la realizzazione della prima mappa completa del cervello di un moscerino della frutta adulto, con tutte le sue connessioni neuronali. Questo risultato, descritto in nove articoli su Nature e che ha conquistato la copertina della rivista, è stato ottenuto grazie all’utilizzo di algoritmi di intelligenza artificiale per analizzare una mole immensa di dati ottenuti da scansioni al microscopio elettronico.
“E’ come una Google Maps per i cervelli”, osserva Philipp Schlegel, uno degli autori dello studio che lavora presso il Laboratorio di Biologia Molecolare del Medical Research Council britannico. “Avere un diagramma delle connessioni tra i neuroni è come sapere quali strutture nelle immagini satellitari della Terra corrispondono a strade ed edifici. Annotare i neuroni è come aggiungere alla mappa i nomi di strade e città, autobus, orari di apertura dei negozi, numeri di telefono, recensioni e quant’altro: servono entrambi perché sia davvero utile.”
Un’impresa senza precedenti
La mappa, che rappresenta il connettoma completo del cervello del moscerino della frutta, è stata realizzata analizzando oltre 100 terabyte di dati ottenuti da scansioni al microscopio elettronico del cervello di una femmina di Drosophila melanogaster, tagliato in settemila fettine ciascuna spessa solo 40 nanometri. Questo è il primo connettoma completo di un cervello adulto di un animale in grado di camminare e vedere, superando le precedenti mappe di cervelli molto più piccoli, come quello della larva del moscerino della frutta (3.016 neuroni) e quello del verme nematode (302 neuroni).
“Questa enorme mole di dati era già stata pubblicata da alcuni anni, ma nessuno era stato in grado di usarla per estrarre informazioni utili sul cervello: ora è diventato possibile perché abbiamo finalmente gli strumenti di bioinformatica per farlo”, spiega Albrecht Haase, professore associato del Dipartimento di Fisica e del Centro Interdipartimentale Mente/Cervello (Cimec) dell’Università di Trento.
L’intelligenza artificiale e il contributo dei cittadini
L’intelligenza artificiale ha svolto un ruolo cruciale in questo progetto, ma la sua precisione non è ancora perfetta su set di dati così imponenti. Per questo motivo, i ricercatori del consorzio FlyWire hanno pensato di verificare i risultati ottenuti sottoponendoli al controllo manuale di esperti e di cittadini comuni. Attraverso la piattaforma online ‘EyeWire’, i cittadini possono contribuire alla mappatura del cervello giocando con i neuroni e seguendo le loro connessioni come in un labirinto.
Questa strategia, applicata a 21 milioni di immagini del cervello del moscerino, ha permesso di identificare più di 8.400 tipi di cellule, di cui 4.581 sconosciuti finora. Si è inoltre scoperto che lo 0,5% dei neuroni presenta variazioni dello sviluppo che possono causare un cablaggio errato delle connessioni.
Implicazioni per le neuroscienze e il futuro
Questo risultato ha due importanti ricadute. Per prima cosa, ci dice tutto della morfologia del cervello della Drosophila, che da 60 anni è il modello di studio più utilizzato nel campo delle neuroscienze. In secondo luogo, getta le basi per applicare questi metodi di indagine e analisi dei dati a cervelli più complessi, come quello del topo.
“Mi riferisco ad esempio a quello del topo, mentre credo sia ancora troppo presto per pensare di mappare il cervello umano”, conclude Haase.
Un passo avanti per la comprensione del cervello
Questa mappa completa del cervello di un moscerino della frutta rappresenta un passo avanti fondamentale per la comprensione del cervello e per lo studio delle malattie neurodegenerative. La possibilità di analizzare in dettaglio le connessioni neuronali di un organismo complesso apre nuove strade per la ricerca biomedica. La combinazione di intelligenza artificiale e controllo manuale ha dimostrato la sua efficacia, e l’utilizzo di piattaforme online per il coinvolgimento dei cittadini è un esempio di come la scienza può essere accessibile a tutti.
