La prima mappatura di un cervello adulto grazie all'intelligenza artificiale

Un nuovo traguardo cruciale è stato raggiunto nel campo delle neuroscienze: è stata ottenuta la prima mappa completa delle connessioni neuronali di un cervello adulto, precisamente quello di un moscerino della frutta (Drosophila melanogaster). Questo risultato, reso possibile grazie all’intelligenza artificiale e al lavoro del consorzio di ricerca FlyWire, rappresenta una pietra miliare per lo studio del cervello. Sebbene il cervello della Drosophila sia più semplice rispetto a quello umano, è comunque formato da ben 140.000 neuroni con oltre 50 milioni di sinapsi. Numeri che confermano la complessità dell'organo, rendendolo un prezioso modello di studio nella ricerca biomedica globale.

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La prima mappatura di un cervello adulto grazie all'intelligenza artificiale
La pubblicazione di questi risultati, riportati sulla rivista Nature, coinvolge 300 ricercatori provenienti da 76 laboratori internazionali, coordinati da prestigiose università come Princeton, Cambridge, e l’Istituto Max Planck. Perché proprio il moscerino della frutta? Perché questi minuscoli insetti condividono circa il 60% dei geni presenti negli esseri umani. Insomma, partendo da loro si possono scoprire molte cose sul funzionamento del nostro cervello.

La creazione di questo "connettoma", ovvero la mappa delle connessioni neuronali, è stata descritta come una sorta di Google Maps per il cervello, come ha spiegato Philipp Schlegel, uno degli autori dello studio: «Avere un diagramma delle connessioni tra i neuroni è come sapere quali strutture nelle immagini satellitari della Terra corrispondono a strade ed edifici». E ha aggiunto: «Annotare i neuroni è come aggiungere alla mappa i nomi di strade e città, orari di apertura dei negozi e recensioni. Servono entrambi perché la mappa sia davvero utile».

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Nel cervello di un moscerino una quantità di dati enorme
Questo è il primo cervello adulto di un animale complesso a essere mappato in maniera così completa. Precedentemente erano state realizzate mappe di cervelli più piccoli, come quello della larva del moscerino della frutta e del verme nematode, ma nessuno di questi studi aveva mai raggiunto un tale livello di dettaglio. Il processo è stato reso possibile grazie a 100 terabyte di dati raccolti attraverso la microscopia elettronica, che ha sezionato il cervello del moscerino in oltre 7.000 fette sottili come pochi nanometri.

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L'uso dell’intelligenza artificiale ha permesso l'analisi di questo immenso dataset, tuttavia, non senza difficoltà. «Questa enorme mole di dati era già stata pubblicata da alcuni anni, ma nessuno era stato in grado di usarla per estrarre informazioni utili sul cervello», ha spiegato Albrecht Haase, professore associato all'Università di Trento. «Ora è diventato possibile perché abbiamo finalmente gli strumenti di bioinformatica per farlo».

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Mappare quello umano, la sfida del futuro?
Gli errori commessi dall'IA sono stati corretti grazie all’intervento umano, sia di neuroscienziati esperti che di cittadini comuni. Questi ultimi hanno potuto contribuire attraverso la piattaforma online EyeWire, trasformando la mappatura cerebrale in una sorta di gioco interattivo. Lo studio ha portato a due risultati principali: una comprensione dettagliata della morfologia del cervello della Drosophila, utilizzata da oltre 60 anni come modello di studio, e la possibilità di estendere tale approccio a cervelli più complessi: «Mi riferisco ad esempio al cervello del topo, mentre credo sia ancora troppo presto per pensare di mappare il cervello umano», ha concluso Haase.