Nuove immagini ad altissima risoluzione del cervello

I ricercatori della Boston University School of Medicine hanno rivelato le immagini del cervello create con la risoluzione più elevata mai ottenuta precedentemente.
Osservando le strutture del cervello ad un livello di dettaglio precedentemente non raggiungibile è stato possibile non solo rappresentare i singoli neuroni e vasi sanguigni del cervello di un topo, ma, sorprendentemente, le singole giunzioni intracellulari e le vescicole sinaptiche di tipo chimico.

“La complessità del cervello è di molto maggiore di quanto avessimo mai immaginato” ha affermato Narayanan Kasthuri, che è stato co-autore del documento pubblicato su Cell. “Avevamo candidamente l’idea che ci fosse un piacevole ordine nel modo in cui i neuroni si connettono tra di loro, ma osservando il materiale raccolto ci si accorge che non è così. Le connessioni sono così disordinate che difficilmente si può immaginare siano strutturate secondo un piano predefinito, ma dopo attente ricerche abbiamo stabilito che esiste sicuramente un piano che non può essere spiegato dal caso”.

Il cervello umano è l’oggetto più complesso dell’universo conosciuto ed è costituito da un numero stimato di 86 miliardi di neuroni, quindi si conosce ben poco riguardo alla sua struttura e funzioni sottili. I precedenti tentativi di riprodurre le immagini ad alta definizione avevano incontrato diversi problemi, il che comportava riuscire ad ottenere solo immagini 2D ad alta risoluzione oppure immagini 3D a bassa risoluzione, ma con il nuovo tool, che può rappresentare per la ricerca sul cervello quello che un telescopio fa per la ricerca spaziale, si possono ricostruire immagini 3D ad alta definizione.

“Sono un forte sostenitore della scienza costruita su delle basi, che è un modo per dire che preferisco generare delle ipotesi sulla base dei dati e quindi poterle testare” ha detto Jeff Lichtman dell’Harvard University, uno dei principali autori dello studio. “Per le persone che sono più portate alla visualizzazione è fantastico poter vedere tutti questi dettagli e stiamo per acquisire la possibilità di scrutare dentro a qualcosa che è rimasto intrattabile per così tanto tempo. Ce l’abbiamo quasi fatta ed è questo che dovrebbe fare la gente con le cose che non riusciamo a comprendere”.

I ricercatori hanno deciso di concentrarsi sulle zone del cervello dei topi deputate a ricevere i segnali sensoriali che provengono dai baffi. Prendendo migliaia di minuscole fettine spesse appena 29 nanometri, il trucco è stato quello di saper utilizzare un microscopio elettronico per scattare automaticamente foto di ogni singola fettina, con una risoluzione così fine da poter distinguere tra le diverse molecole. Le foto raccolte sono poi state unite insieme per formare le fantastiche immagini tridimensionali. Per comprendere le proporzioni, un pixel di una risonanza magnetica corrisponde a un miliardo di pixel di queste immagini, ha spiegato Kashturi al The Guardian.

La sezione nel video è solo una piccola parte del cervello del topo per la quale sono state ricostruite tutte le connessioni, infatti misura solo 1,5mm cubi. L’obiettivo di mappare l’intero cervello sarebbe monumentale e non solo richiederebbe almeno 5 anni, secondo le stime, ma genererebbe miliardi di gigabyte di dati. Gli scienziati sperano di poter rappresentare i cervelli delle persone con condizioni fisiologiche particolari, come la schizofrenia, e compararle con i neurotipi sani per trovare come differiscono le connessioni.
Nonostante i costi e lo spazio necessario per l’archiviazione dei dati siano ancora elevati, i ricercatori si aspettano che le spese scendano nel tempo (come è stato per la ricerca delle sequenze genetiche). Per facilitare la condivisione dei dati è stata instaurata una partnership con l’Argonne National Laboratory con la speranza di creare nel giro di pochi anni un laboratorio nazionale sul cervello a cui possano accedere tutti gli scienziati del mondo.

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