Potrebbe sembrare un prato fiorito, un paesaggio onirico o persino un’opera d’arte complessa. E in effetti, l’immagine qui sopra è davvero un’opera d’arte incredibile: si tratta di un millimetro cubo di cervello umano ingrandito all’inverosimile. Questo straordinario lavoro di mappatura del cervello è stato realizzato da un team congiunto di ricercatori di Google e neuroscienziati dell’Università di Harvard, che hanno combinato l’imaging cerebrale con l’elaborazione e l’analisi delle immagini basate sull’intelligenza artificiale.
Il Progetto della Mappatura del Cervello: Un’Impresa Senza Precedenti
Mezzo Chicco di Riso
Il team ha ricostruito le cellule e le connessioni all’interno di un volume di tessuto cerebrale grande quanto mezzo chicco di riso. Questa visione senza precedenti del cervello umano potrebbe aiutare a comprendere meglio i disturbi neurologici e rispondere a domande fondamentali sul funzionamento della nostra «materia grigia». Le immagini ottenute sono state pubblicate su riviste prestigiose come Science e Nature e sono ora a disposizione della comunità scientifica.
Oltre 50mila Cellule
La mappa 3D copre un milionesimo di un cervello e contiene circa 50mila cellule e 150 milioni di sinapsi, le connessioni tra i neuroni. Il frammento analizzato proviene dalla corteccia di una donna di 45 anni, prelevato durante un intervento chirurgico per curare l’epilessia. Questo campione è stato trattato con conservanti e colorato con metalli pesanti per rendere le cellule più visibili.
Una Foresta Intricata e Misteriosa
La Struttura del Neurone
Un millimetro cubo di cervello umano appare come una foresta intricata e misteriosa. Un neurone (bianco) con 5.600 assoni (prolungamenti che trasmettono i segnali nervosi, in blu) si presenta come un nodo complesso di connessioni. In verde, le sinapsi rappresentano le connessioni tra i neuroni, evidenziando la complessità della struttura cerebrale.
Intelligenza Artificiale al Servizio della Neuroscienza
Jeff Lichtman, neuroscienziato dell’Università di Harvard, e i suoi colleghi hanno tagliato il campione in circa 5mila fette, ognuna dello spessore di 34 nanometri. Queste fette sono state fotografate con microscopi elettronici, e il team di Viren Jain, neuroscienziato di Google, ha sviluppato modelli di intelligenza artificiale per ricostruire l’intero campione in 3D. Jain descrive l’esperienza di osservare una sinapsi del cervello come una sensazione quasi spirituale.
Una Complessità Estrema
Scoperte Sorprendenti
Esaminando il modello in dettaglio, i ricercatori hanno scoperto neuroni «annodati» su sé stessi e altri in grado di creare fino a 50 connessioni. Questo livello di complessità era inaspettato e umiliante, come spiega Jain: «In generale, tra due neuroni si trovano al massimo un paio di connessioni. Nessuno aveva mai visto niente del genere prima d’ora».
La Simmetria dei Neuroni
Il team ha anche individuato coppie di neuroni che formano immagini speculari, con dendriti che si ramificano in direzioni diverse creando una sorta di simmetria. Questa scoperta aggiunge un ulteriore livello di complessità e bellezza alla struttura del cervello umano.
La Mappa del Cervello
Sfide e Prospettive Future
La mappa del cervello è estremamente complessa e, per la maggior parte, deve ancora essere esaminata. Potrebbero esserci errori creati dal processo di «cucitura» delle immagini, ma il team continua a lavorare per produrre mappe simili su campioni di cervello di altre persone. Tuttavia, ottenere una mappa completa dell’intero cervello umano potrebbe richiedere decenni di ricerca.
Conclusione sulla Mappatura del Cervello
Potrebbe sembrare un prato fiorito, ma quello che vediamo è un millimetro cubo di cervello umano, una scoperta che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione del cervello. Grazie all’intelligenza artificiale e alla collaborazione tra Google e Harvard, siamo ora in grado di esplorare la complessità della nostra «materia grigia» come mai prima d’ora.
FAQ – Mappatura del Cervello
Quali sono i vantaggi di questo studio?
Questo studio permette una comprensione più profonda dei disturbi neurologici e del funzionamento del cervello umano.
Come è stato ottenuto il campione di cervello?
Il campione è stato prelevato dalla corteccia di una donna durante un intervento chirurgico per epilessia.
Quante cellule e sinapsi contiene la mappa 3D?
La mappa 3D copre un milionesimo di un cervello e contiene circa 50mila cellule e 150 milioni di sinapsi.
Quali tecnologie sono state utilizzate per creare la mappa?
Sono stati utilizzati microscopi elettronici e modelli di intelligenza artificiale per ricostruire il campione in 3D.