Il cervello umano, con i suoi miliardi di neuroni e trilioni di connessioni, rimane una delle strutture più complesse dell'universo conosciuto. La comprensione del suo intricato cablaggio è da tempo un obiettivo dei neuroscienziati. Recentemente, uno sforzo collaborativo guidato dal consorzio MICrONS ha fatto un significativo passo avanti in questa direzione, mappando un millimetro cubo della corteccia visiva di un topo con un dettaglio senza precedenti.

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Il progetto MICrONS: Una panoramica

Il progetto Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS) è un'iniziativa di collaborazione che coinvolge oltre 150 ricercatori di varie istituzioni statunitensi. Finanziato dalla BRAIN Initiative e dalla IARPA, l'obiettivo principale del progetto è quello di colmare il divario tra l'osservazione dell'attività neuronale e la comprensione delle connessioni neurali sottostanti.

Nel loro recente studio, il team si è concentrato su una minuscola sezione della corteccia visiva del cervello di topo, un'area responsabile dell'elaborazione delle informazioni visive. Nonostante le sue dimensioni minuscole - paragonabili a un granello di sabbia - questa regione contiene circa 76.000 neuroni e oltre 500 milioni di sinapsi.‍

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Metodologia: Guardare film e mappare i neuroni

Per stimolare la corteccia visiva del topo, i ricercatori gli hanno mostrato spezzoni di vari film, tra cui "Matrix" e "Guerre stellari". Il topo è stato geneticamente modificato in modo che i suoi neuroni diventassero fluorescenti quando venivano attivati, consentendo agli scienziati di registrare l'attività cerebrale in tempo reale con tecniche avanzate di microscopia.

Dopo aver registrato l'attività neuronale, il team ha estratto il tessuto cerebrale e ha utilizzato la microscopia elettronica per acquisire immagini ad alta risoluzione dei neuroni e delle loro connessioni. Utilizzando algoritmi di apprendimento automatico, hanno ricostruito una mappa 3D della rete neurale, descrivendo nel dettaglio l'intricata rete di connessioni all'interno di questa piccola regione cerebrale.

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Risultati e implicazioni principali

Il connettoma risultante è il più dettagliato del suo genere per un cervello di mammifero, superando gli sforzi precedenti sia in termini di scala che di risoluzione. Alcune delle scoperte più importanti includono.

• Connessioni inibitorie a lungo raggio: Lo studio ha rivelato che i neuroni inibitori, che sopprimono l'attività di altri neuroni, possono formare connessioni a distanze maggiori di quanto si pensasse in precedenza, suggerendo un meccanismo di regolazione più complesso nelle reti neurali del cervello.
• Integrazione funzionale e strutturale: Combinando i dati funzionali (attività neuronale) con quelli strutturali (connessioni neurali), la ricerca fornisce una comprensione più completa di come specifici circuiti neurali elaborano le informazioni.

Queste intuizioni hanno implicazioni significative per la comprensione di vari disturbi neurologici, come la malattia di Alzheimer e la sclerosi multipla, in cui le interruzioni della connettività neurale svolgono un ruolo cruciale.

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Il futuro della connettomica

Sebbene questo studio rappresenti un risultato significativo, esso rappresenta solo l'inizio di uno sforzo più ampio per mappare interi cervelli a questo livello di dettaglio. Le tecnologie e le metodologie sviluppate dal progetto MICrONS aprono la strada a future ricerche su regioni cerebrali più ampie e, infine, sui connettomi dell'intero cervello.

Tali mappe complete potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione della funzione, dello sviluppo e dei disturbi del cervello, portando a nuove strategie terapeutiche e interventi.

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Conclusione

Il successo del progetto MICrONS nella mappatura di una regione minuscola ma complessa del cervello di topo sottolinea gli incredibili progressi delle neuroscienze e della tecnologia. Illuminando l'intricata rete di connessioni neurali, questa ricerca ci avvicina a svelare i misteri del cervello e a sviluppare trattamenti mirati per le patologie neurologiche.

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Fonti

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