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Per la prima volta nella storia dell'uomo gli scienziati sono riusciti a ricreare la mappa completa del cervello di un animale. Un risultato straordinario che è stato ottenuto da un team formato per gran parte da scienziati inglesi di Cambridge.
Il team di ricerca è partito dalla scansione dei neuroni e delle sinapsi di una semplice larva di mosca. La notizia è stata pubblicata su Science qualche giorno fa ed è rimbalzata su tutte le riviste scientifiche internazionali di biologia, poiché la costruzione di questo modello – che presenta l'intero connettoma dell'animale (ovvero la mappa complessiva delle sue connessioni neurali) – rappresenta una delle più grandi conquiste della neurobiologia e delle scienze cognitive di tutti i tempi. Un risultato così poco scontato che secondo molti potrebbe essere ricordato in futuro come una di quelle scoperte che dopo anni potrebbe portare all'assegnazione di un Nobel.
La mappa si presenta in maniera semplice, colorata e fornisce così tante informazioni che anche un non esperto può comprendere quali siano le aree nervose più utilizzate dalle mosche. «Era da tempo che cercavamo di produrre questo risultato – ha dichiarato Michael Winding, uno degli autori principali dello studio – A causa però dei vincoli tecnologici, effettuare l'imaging di un intero cervello con la microscopia elettronica e ricostruire successivamente i circuiti nervosi è stata una sfida. Finalmente siamo riusciti a portare a compimento la nostra opera e quello che abbiamo ottenuto è sorprendente».
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Per raggiungere l'obiettivo, gli scienziati si sono concentrati sull'impiego di moderne tecnologie e sulla scelta di una specie di mosca fra le più semplici in assoluto, ovvero il comune moscerino della frutta ( Drosophila melanogaster). Gli scienziati hanno optato per questa specie considerando il ridotto numero di connessioni neurali che presenta il cervello e per la facilità con cui era possibile scansionare i neuroni.
Per quale ragione però la pubblicazione di questo articolo ha fatto esaltare così tanto i biologi e gli esperti? Semplice: a detta degli stessi autori, tale mappa può aiutare gli esperti a comprendere meglio l'origine dell'intelligenza sulla Terra e l'evoluzione di alcune malattie neurodegenerative che sono comuni a molte tipologie di animali, oltre che nell'uomo.
La mappa è in grado di mostrare il flusso di informazioni sensoriali che vengono elaborati dai centri nervosi e che di seguito vengono tradotti come azioni di risposta. «Ora abbiamo un cervello di riferimento per tutti gli studi che dovranno venire – afferma Marta Zlatic, una delle neuroscienziate dell'Università di Cambridge – Possiamo infatti osservare nel dettaglio cosa succede alla connettività delle cellule nervose e prevedere cosa capita quando il cervello è sottoposto a malattie come l'Alzheimer e il Parkinson, riportandoli nei modelli di questi insetti».
Non è però la prima volta in cui si è giunti a produrre un cervello tridimensionale a partire dalla scansione degli impulsi nervosi. Finora infatti erano stati già mappati i connettomi dei vermi Caenorhabditis elegans e Platynereis dumerilii e della larva dell'ascidia Ciona intestinalis, anch'essi organismi molto semplici come il moscerino della frutta. A differenza però degli altri esempi, il cervello di Drosophila melanogaster risulta molto più interessante e complesso da studiare, per diverse ragioni.
Innanzitutto, rispetto a C. elegans, P. dumerilii e C. intestinalis, il moscerino della frutta è una specie molto più moderna, dotata di apparati e più vicina a noi dal punto di vista evolutivo. Inoltre gli scienziati hanno già sequenziato il suo genoma, conoscono i geni Hox connessi allo sviluppo del suo cervello, il suo sistema nervoso è inoltre più simile a quello umano e le larve hanno corpi trasparenti. Infine, rispetto agli altri organismo modello, i moscerini della frutta mostrano comportamenti molto più sofisticati e stratificati che si possono mettere a paragone con altri comportamenti effettuati da altre specie, tra cui ad esempio un comportamento di fuga complesso, l'apprendimento, strategie di navigazione nello spazio e la valutazione dei rischi e dei benefici di un'azione.
«Se mi avessero chiesto negli anni Ottanta, quando i lavori su C. elegans erano solo all'inizio ed ero giovane, se sarebbe stato possibile realizzare questo progetto in futuro, avrei risposto che sarebbe stato impossibile ottenere ciò fino a molti decenni dopo il mio pensionamento», ha affermato Albert Cardona, neuroscienziato e coautore dell'articolo, che spiega anche come è stato possibile affrontare la sfida bio ingegneristica che si cela dietro a questo risultato.
Il ricercatore ha infatti dichiarato di aver trascorso insieme ai suoi colleghi un anno e mezzo in laboratorio, catturando immagini appartenenti al cervello di una singola larva di Drosophila, messa in quiescenza, mentre effettuavano riprese di sei ore con un microscopio elettronico a risoluzione nanometrica. Queste riprese poi sono state utilizzate ed elaborate da un programma che ha individuato i neuroni e le sinapsi, le cui scansioni sono state verificate singolarmente dagli scienziati durante il corso di altri sei mesi successivi. Solo così gli autori della scoperta sono riusciti a identificare circa 548.000 sinapsi e 3.016 neuroni, il 93% dei quali era accoppiato con un neurone partner nell'emisfero cerebrale opposto.
La cosa infine importante che è possibile osservare dai risultati dello studio è che, analizzando il cervello del moscerino, i ricercatori hanno notato delle “scorciatoie” o dei percorsi multipli che permettono di aumentare esponenzialmente la capacità computazionale dei suoi emisferi. Queste scorciatoie inoltre sembrano compensare il ridotto numero di connessioni neurali disponibili e ricordano molto le biotecnologie utilizzate attualmente nello sviluppo di cervelli bionici in grado di sostenere le sfide di una nuova tipologia di intelligenza artificiale.
«È interessante notare come il campo dell'informatica stia convergendo su ciò che l'evoluzione ha scoperto», è la riflessione finale di Cardona.
