Stefano Sergente
Un gruppo di scienziati inglesi hanno creato la mappa dell’intero cervello di un moscerino della frutta: una rappresentazione 3D che mostra chiaramente tutte le 548.000 sinapsi presenti nell’organo del minuscolo insetto.
La mappa mostra tutti i neuroni e le sinapsi del sistema nervoso centrale del moscerino, rivelando il complessissimo e strabiliante funzionamento che si annida anche dietro queste piccolissime testoline.
Svelata la prima mappa completa del cervello di un insetto
La mappa completa, chiamata connettoma, ha richiesto 12 anni di meticoloso lavoro per essere conclusa, e mostra la posizione di tutti i 3.016 neuroni nel cervello di un moscerino della frutta in stato larvale: il Drosophila melanogaster.
Tra queste cellule cerebrali ci sono 548.000 punti di connessione, o sinapsi, attraverso il quale le cellule possono inviare messaggi chimici che, a loro volta, innescano segnali elettrici che viaggiano attraverso il cablaggio delle cellule. La ricerca, pubblicata il 9 marzo su Science, fornisce per la prima volta un diagramma del cablaggio cerebrale, noto come connettoma, di un animale complesso.
Piccolissimo e complessissimo: il cervello del moscerino della frutta
La nuova mappa di cablaggio è infatti il più complesso connettoma completo mai realizzato fino ad oggi. Prima del moscerino sono stati mappati i cervelli di altri organismi, come il nematode Caenorhabditis elegans, lo scricciolo marino larvale Ciona intestinalis e il verme marino Platynereis dumerilii.
A differenza del connettoma dei ricercatori di Cambridge, gli organismi appena elencati presentano solo poche centinaia di neuroni ciascuno e – come ha dichiarato il co-autore dello studio Joshua Vogelstein – non hanno gli emisferi cerebrali distinti visti negli insetti e nei mammiferi. Ebbene sì, persino allo stadio larvale i moscerini della frutta hanno comportamenti molto più complessi di tutti questi organismi.
Più di 80 persone hanno contribuito alla costruzione del nuovo connettoma, ha spiegato a Live Science in un’e-mail il primo autore dello studio, Michael Winding, ricercatore associato presso il Dipartimento di Zoologia dell’Università di Cambridge. Per farlo, gli scienziati hanno tagliato a fette sottilissime il cervello del moscerino in 5.000 sezioni e hanno scattato immagini microscopiche di ciascuna fetta.
Hanno poi messo insieme queste immagini per assemblare il modello 3D del cervello, e successivamente il team ha analizzato le immagini, identificato le singole cellule al loro interno e tracciato manualmente tutti i conduttori. La mappa realizzata dai ricercatori di Cambridge è una risorsa preziosa per comprendere come il cervello elabora il flusso di informazioni sensoriali e le traduce in azioni: “Ora abbiamo un cervello di riferimento”, afferma Marta Zlatic, neuroscienziata dell’Università di Cambridge e coautrice del lavoro. “Possiamo esaminare cosa succede alla connettività in modelli di Alzheimer e Parkinson e di qualsiasi malattia degenerativa”.
Il moscerino che pensa come gli umani e le intelligenze artificiali
La larva del moscerino della frutta, ovviamente, non è una mosca, ma è già una creatura sofisticata, con comportamenti adattivi, strutture analoghe al cervello dei moscerini adulti, memoria a breve e lungo termine e altre funzioni cerebrali previste. Parliamo di esseri viventi in grado di seguire l’odore del cibo rimanendo lontani dalla luce: già solamente queste azioni richiedono inevitabilmente strutture cerebrali in grado di convertire varie e numerose informazioni sensoriali in movimento.
Pur non essendo coinvolti direttamente nel progetto, Nuno Maçarico da Costa e Casey Schneider-Mizell, membri del gruppo Neural Coding dell’Allen Institute for Brain Science di Seattle, hanno dichiarato con forte entusiasmo: “Questo studio è il primo in grado di mappare l’intero cervello centrale di un insetto e quindi di caratterizzare tutti i percorsi sinaptici di tutti i neuroni”.
Analizzando il cervello del moscerino, i ricercatori hanno notato che alcune reti cerebrali dell’insetto presentano delle “scorciatoie”, che aumentano la capacità computazionale del cervello e compensano il numero limitato di neuroni, inoltre il 41% dei neuroni cerebrali forma degli “anelli ricorrenti”. Queste scorciatoie e questi anelli assomigliano alle reti neurali artificiali di ultima generazione, utilizzate nella ricerca sull’intelligenza artificiale: “È interessante che il campo delle scienze informatiche stia convergendo verso ciò che l’evoluzione ha scoperto”, afferma Cardona.
Arrivati a questo punto, concludiamo con le parole del co-autore Joshua Vogelstein: “gli esseri umani prendono decisioni, imparano, navigano nell’ambiente, mangiano, ma lo stesso vale per i moscerini, e ci sono buone ragioni per pensare che i meccanismi che hanno i moscerini, per implementare questo tipo di funzioni cognitive, siano presenti anche negli esseri umani”.
Fonte: Techcrunch, Nature