Ottenuta la prima mappa completa di un cervello adulto con tutte le sue connessioni, neurone per neurone: realizzata con l'aiuto dell'intelligenza artificiale, mostra il 'cablaggio' del cervello del moscerino della frutta che, pur essendo molto più semplice di quello umano, è comunque formato da 140.000 neuroni con oltre 50 milioni di sinapsi ed è in grado di svolgere funzioni complesse, tanto da essere utilizzato in tutto il mondo come modello di studio nella ricerca biomedica. Questo risultato cruciale per le neuroscienze, descritto in nove articoli su Nature e al quale la rivista dedica la copertina, si deve al consorzio di ricerca FlyWire, guidato dall'Università di Princeton, che ha contribuito con cinque articoli e composto da quasi 300 ricercatori di 76 laboratori di tutto il mondo.
Gli articoli sono stati coordinati inoltre d Università di Cambridge, Università della California a Berkeley, Università di Princeton, Università della California a Santa Barbara, Istituto Max Planck per le Neuroscienze
"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".
Questa è la prima volta che viene realizzata la mappa completa delle connessioni (connettoma) del cervello adulto di un animale in grado di camminare e vedere. In precedenza era stato ottenuto il connettoma di cervelli molto più piccoli, come quello della larva del moscerino della frutta (che ha 3.016 neuroni) e quello del verme nematode (con 302 neuroni).
I ricercatori del consorzio FlyWire sono riusciti a compiere questo balzo in avanti grazie all'intelligenza artificiale, con cui hanno analizzato oltre 100 terabyte di dati ottenuti scansionando al microscopio elettronico il cervello di una femmina di moscerino della frutta (Drosophila melanogaster), tagliato in settemila fettine ciascuna spessa solo 40 nanometri.
"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. "
Siccome l'intelligenza artificiale commette ancora molti errori su set di dati così imponenti - continua l'esperto - i ricercatori del consorzio FlyWire hanno pensato di verificare i risultati ottenuti sottoponendoli al controllo manuale non solo di neuroscienziati esperti ma anche di cittadini comuni che, iscrivendosi alla piattaforma online 'EyeWire', contribuiscono 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.
"Questi risultati hanno due importanti ricadute", sottolinea Haase. "Per prima cosa, ci dicono 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, gettano le basi per applicare questi metodi di indagine e analisi dei dati a cervelli più complessi: mi riferisco ad esempio a quello del topo, mentre credo sia ancora troppo presto per pensare di mappare il cervello umano".
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