Cervello: sara' possibile osservarlo in 3D

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Produrre immagini tridimensionali di tutto il cervello nel tempo di un millisecondo: è possibile grazie all'innovativa tecnica messa a punto da un'equipe di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell'Università di Vienna.

Gli studiosi hanno in pratica elaborato un sistema per immagini che svela l'attività neuronale attraverso il cervello di animali viventi. Questa tecnica può aiutare gli scienziati a scoprire come le reti neuronali elaborino i dati sensoriali, determinando poi i comportamenti. Il gruppo di ricercatori ha utilizzato questo sistema per descrivere l'attività dei neuroni nel verme Caenorhabditis elegans, e quella di tutto il cervello della larva di pesce zebra, fornendo in tal modo il più completo quadro dell'attività del sistema nervoso che sia mai stato disponibile.

"Se vogliamo capire come l'informazione venga elaborata e tradotta in azione a partire dal dato sensoriale, dobbiamo osservare l'intero cervello" commenta Ed Boyden, Professore associato al MIT e membro del McGovern Institute for Brain Research. Il nuovo approccio, descritto su Nature Methods, può anche aiutare i neuroscienziati ad apprendere più nozioni in merito alle basi biologiche dei disturbi cerebrali.

"In realtà non conosciamo, per ogni tipo di disturbo cerebrale, l'esatto gruppo di cellule coinvolte - afferma Boyden, che prosegue – La capacità di monitorare l'attività cerebrale può aiutare ad indicare con esattezza le cellule che sono coinvolte in un disturbo del cervello, offrendo anche nuove idee per le terapie". Finora non è stato possibile rappresentare l'attività neuronale su larga scala, in 3D e ad alta velocità.

La scansione del cervello con un raggio laser può produrre immagini tridimensionali dell'attività neuronale, ma ci vuole molto tempo per catturare un'immagine, perché ogni punto deve essere scansionato singolarmente. Il gruppo di ricercatori ha voluto acquisire simili immagini tridimensionali ma è riuscito ad accelerare il processo, in modo tale da vedere, se necessario, l'attivazione dei neuroni che dura solo millisecondi. Il nuovo metodo è basato su una tecnologia ampiamente diffusa, che crea immagini in 3D misurando l'angolo dei raggi di luce che arrivano.

IL MIT ed i ricercatori austriaci hanno ottimizzato un particolare microscopio detto "a campo di luce" e lo hanno applicato, per la prima volta, alla rappresentazione dell'attività neuronale. Con questo tipo di dispositivo, la luce emessa da un campione di riferimento viene inviata attraverso un insieme di lenti, che rifrangono la luce in varie direzioni. Ogni punto del campione genera circa 400 differenti punti di luce che possono essere ricombinati utilizzando un algoritmo al computer per ricreare la struttura tridimensionale.

"Se si ha nel campione di riferimento una molecola che emette luce, piuttosto che rifocalizzare in un singolo punto come fanno i microscopi tradizionali, queste sottili lenti proietteranno la luce in molte direzioni. Da ciò è possibile comprendere la posizione tridimensionale in cui si trovava la molecola" spiega ancora Boyden.

I ricercatori hanno utilizzato questa tecnica per rappresentare l'attività neuronale nel verme Caenorhabditis elegans, noto per essere l'unico organismo del quale sia conosciuto l'intero schema di collegamento neurale. Questo verme, di appena un millimetro, ha 302 neuroni, dei quali i ricercatori hanno osservato, tra l'altro, la risposta a stimoli sensoriali, come ad esempio gli odori.

Il lato negativo del microscopio a fascio di luce, chiarisce Boyden, è che la risoluzione non è ottimale. La risoluzione corrente è abbastanza alta da consentire di vedere l'attività dei singoli neuroni, ma i ricercatori stanno ora lavorando per migliorarla, in modo tale che il microscopio possa essere utilizzato per individuare parti dei neuroni, come i lunghi dendriti che si ramificano dal corpo principale dei neuroni stessi. Gli studiosi sperano inoltre di accelerare il processo di calcolo, che attualmente richiede alcuni minuti per analizzare un solo secondo di dati raccolti e di combinare questa tecnica con l'optogenetica, una scienza che si serve di metodologie ottiche ad alta velocità utili a controllare geneticamente ed in modo mirato i neuroni. Stimolando un neurone con la luce ed osservando il risultato in un'altra parte del cervello, gli scienziati potrebbero determinare quali neuroni stiano prendendo parte a determinati compiti.

Francesca Di Giorgio

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