C'è una grande novità nel campo delle neuroscienze: per la prima volta è stata ricostruita la mappa cerebrale di un organismo complesso, nello specifico della larva della Drosophilamelanogaster, conosciuta anche come moscerino della frutta, che ha il cervello più piccolo di un seme di papavero.
Come si può intuire, siamo molto lontani dalla mappatura di un cervello umano, ma questo passo lascia pensare che prima o poi ci si arriverà, e che si tratta solo di attendere con pazienza l'aggiornamento della tecnologia.
Per comprendere come si è svolta la mappatura e per parlare degli sviluppi futuri di questa scoperta abbiamo intervistatoGiorgio Vallortigara, docente di neuroscienze all’università di Trento.
Servizio di Anna Cortelazzo e montaggio di Barbara Paknazar
I ricercatori, che hanno pubblicato la loro ricerca su Science, hanno utilizzato larve di sei ore, ma affermano che grazie al loro lavoro si potrà addestrare l'intelligenza artificiale a creare le mappature più velocemente. In effetti l'ostacolo più importantea tipo di lavoro è quello tecnologico.
"La difficoltà nella mappatura del cervello - spiega Vallortigara - è di tipo quantitativo. Teniamo conto che il cervello umano, secondo le stime attuali, ha 86 miliardi di neuroni e si ritiene che il numero delle connessioni possibili tra neuroni sia di circa 100 trilioni, cioè 100.000 miliardi. La connettomica è la disciplina che mappa come i singoli neuroni sono connessi tra loro a formare delle reti che vengono chiamate reti funzionali. Si pensa di poter imparare molto di come funziona il cervello capendo come è cablata la rete, però è difficile o forse quasi impossibile farlo con la tecnologia attuale per il cervello umano. Questa è la ragione per cui possiamo sfruttare i modelli animali e il moscerino della frutta è un modello classico in biologia, ancora dai tempi degli studi di genetica". In effetti la drosophila è un modello assai funzionale per gli studi sul connettoma, perché gli scienziati hanno già sequenziato il suo genoma e le larve hanno corpi trasparenti.
Con questo lavoro si è fatto insomma un passo avanti, ma una larva di sei giorni ha circa 3.000 neuroni e 500.000 sinapsi: nulla di lontanamente paragonabile agli 86 miliardi di neuroni umani e ai 100 trilioni di connessioni sinaptiche, ma neanche al numero di neuroni e sinapsi di altri animali. Per ora, come dichiarato dai ricercatori, si può ragionevolmente pensare di riuscire a mappare il cervello di moscerini adulti in tempi brevi.
"La drosophila di sei giorni - chiarisce Vallortigara - è comunque capace di comportamenti relativamente sofisticati: può sentire gli odori e avvicinarsi al cibo, o allontanarsi dalla luce. Per farlo deve combinare l'informazione sensoriale in arrivo, visiva o olfattiva, con dei comandi di tipo motorio, quindi il suo comportamento è sufficientemente sofisticato da poter essere messo in relazione con il connettoma".
Ma come è stata creata la mappa nella pratica? "Grazie a sofisticati microscopi elettronici - spiega Vallortigara - si può indagare a livello dei singoli neuroni e per farlo per tutti i neuroni dell'intero cervello della larva sono state create 5.000 lamine, che sono come delle fettine microscopiche e, manualmente, i ricercatori sono andati a vedere come un neurone andava a connettersi con altri neuroni. Un lavoro certosino, che ha richiesto circa cinque anni. In passato erano già stati mappati degli organismi più semplici, per esempio il C. elegans, un verme con 300 neuroni, quindi era stato più facile".
A questo punto sorge spontanea una domanda: come funziona il cervello di un moscerino della frutta? "Ora il connettoma è lì - chiarisce Vallortigara - a disposizione di tutti i ricercatori, che potranno imparare moltissimo. Si sono già scoperte delle cose interessanti, per esempio che la gran parte delle connessioni riguardano assoni che si connettono con dendriti, mentre una parte più piccola sono assoni che si connettono tra di loro formando reti ricorrenti. Studiando le connessioni tra il cervello e i centri motori, si è osservato anche un’altra cosa molto interessante: oltre alla connessione attesa , diretta, c'è una connessione di ritorno, quindi non solo neuroni che partendo dalle informazioni sensoriali inviano il comando ai muscoli, ma anche neuroni che dal sistema motorio re-inviano l'informazione al sistema sensoriale. Si conosceva già questo meccanismo nella drosofila, ma trovarlo così pronunciato anche nelle larve è interessante.Si è osservata anche una connettività ricorsiva: un neurone spedisce informazioni verso gli altri neuroni ma ne riceve a sua volta. Questo tipo di connettività è la stessa che oggi viene usata nelle forme più sofisticate di intelligenza artificiale e si pensa che sia particolarmente importante per i processi di memoria e di apprendimento. In effetti la gran parte dei neuroni con queste caratteristiche di rete ricorrente la si osserva nei cosiddetti neuroni dopaminergici, cioè neuroni che usano la dopamina come trasmettitore, che sono importanti anche nel moscerino della frutta per i processi di apprendimento".
Pur essendo questo terreno di ricerca ancora in fase embrionale, avendo a disposizione questo modello si può andare a vedere come si modifica una sinapsi o come determinati geni possono modificare una porzione del connettoma, mettendo in relazione questi fenomeni con patologie e malattie. "Molti modelli di drosofila - precisa Vallortigara - oggi sono impiegati per studiare per esempio l'autismo: può far sorridere, ma in determinate condizioni anche i moscerini possono presentare delle difficoltà nella loro vita sociale. Queste variazioni dipendono dall'espressione di certi geni, e adesso disponendo del connettoma potremo anche andare a vedere dove e come questi geni mutati ne modificano la struttura, e i dettagli delle reti neurali".
Da questo cervello tutto sommato semplice i ricercatori potrebbero quindi imparare molto, al netto del fatto che i sistemi nervosi delle diverse specie sono a loro volta diversi. Come spiega Vallortigara, alcune caratteristiche del sistema nervoso sono altamente specifiche, per esempio per quanto riguarda l'essere umano abbiamo un sistema di comunicazione che sembra non avere equivalenti nel mondo animale, il linguaggio verbale. Il modello della drosofila probabilmente non ci permetterà di comprendere meglio il linguaggio verbale umano, ma sarà molto importante per comprendere i meccanismi più generali e comuni alle diverse specie, come quelli che riguardano la memoria, la percezione e il controllo motorio e che variano da specie a specie, come dicevamo all'inizio, in termini quantitativi più che qualitativi.
