Decifrare le misteriose profondità del cervello

[Data: 2011-04-12]

Alcuni ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato una nuova tecnica innovativa in grado, per la prima volta, di mappare le connessioni e le funzioni delle cellule nervose nel cervello, gli scienziati hanno così fatto un passo avanti verso lo sviluppo di un modello computerizzato del cervello.

Lo studio, pubblicato su Nature, è stato condotto da un gruppo di neuroscienziati dell’University College di Londra (UCL) ed è stato in parte finanziato da un contributo iniziale del Consiglio europeo della ricerca nell’ambito del Settimo programma quadro (7° PQ).

Secondo le stime ci sarebbero 100 milioni di cellule nervose („neuroni”) nel cervello, ognuna connessa a migliaia di altre cellule – il che significa un totale di circa 150 miliardi di miliardi di connessioni (o „sinapsi”).

Sul modello della genomica, che mappa la nostra struttura genetica, questo nuovo tipo di ricerca è stato chiamato „connettomica” visto che mira a mappare le sinapsi del cervello. Una volta che gli scienziati avranno compreso tali connessioni, potranno vedere come le informazioni passano attraverso i circuiti del cervello e potranno cominciare a capire come le nostre percezioni, sensazioni e pensieri sono generati.

Queste conoscenze ci aiuterebbero a capire meglio il morbo di Alzheimer, la schizofrenia e gli ictus.

„Come possiamo capire come funzionano i collegamenti neurali del cervello?” chiede il dott. Tom Mrsic-Flogel, uno dei ricercatori dell’UCL. „Prima dobbiamo capire la funzione di ogni neurone e scoprire a quale altra cellula cerebrale è connesso. Se riusciamo a trovare il modo di mappare le connessioni tra le cellule nervose di certe funzioni, saremo poi nella posizione di cominciare a sviluppare un modello computerizzato per spiegare come le complesse dinamiche delle reti neurali generano i pensieri, le sensazioni e i movimenti.

Il team ha usato una tecnica sviluppata nei topi che permette loro di mettere insieme informazioni sulla funzione dei neuroni e i dettagli delle loro connessioni sinattiche. Usando imaging ad alta risoluzione all’interno della corteccia visiva del cervello del topo, che contiene migliaia di neuroni e milioni di diverse connessioni, il team è riuscito a rilevare quali di questi neuroni rispondeva a un particolare stimolo, per esempio una superficie orizzontale.

I ricercatori hanno poi studiato un altro sottogruppo di neuroni per vedere quali neuroni rispondevano allo stesso stimolo; questo ha permesso loro di stabilire se questi neuroni erano sinatticamente connessi al primo gruppo di neuroni.

Hanno scoperto che i neuroni che rispondevano in maniera molto simile allo stesso stimolo visivo, come superfici con la stessa orientazione (cioè una superficie orizzontale o una superficie verticale) o a caratteristiche visive più complesse come visi, tendevano a connettersi di più tra di loro rispetto a quelli che rispondevano a stimoli diversi.

I risultati di questo studio fanno quindi avanzare le nostre conoscenze volte a stabilire se le connessioni locali tra neuroni avvengono sporadicamente a caso e a prescindere dalla funzione o se i neuroni si connettono ad altri neuroni dopo aver risposto a particolari stimoli.

„Stiamo cominciando a capire la complessità del cervello,” dice il dott. Mrsic-Flogel. „Una volta capita la funzione e la connettività delle cellule nervose che si estendono per diversi strati del cervello, potremo cominciare a sviluppare una simulazione al computer del funzionamento di questo straordinario organo. Ci vorranno però molti anni di lavoro in collaborazione tra gli scienziati e un’enorme potenza di elaborazione da parte dei computer prima che ciò possa avvenire.”

La comprensione del complesso funzionamento interno del cervello è adesso più vicina grazie a questo studio che fornisce agli scienziati un nuovo strumento con il quale esplorare più a fondo il più misterioso degli organi umani. Questi risultati hanno anche implicazioni positive per rivelare il circuito funzionale delle zone che stanno alla base di tatto, udito e movimento.

Per maggiori informazioni, visitare:

University College London:

http://www.ucl.ac.uk/