L’immagine sopra potrebbe sembrare un prato fiorito, un paesaggio onirico, ma anche un’opera d’arte estremamente complessa. In realtà, rappresenta un millimetro cubo di cervello umano ingrandito incredibilmente.

Questo straordinario lavoro è frutto della collaborazione tra ricercatori di Google e neuroscienziati dell’Università di Harvard. Combinando tecniche avanzate di imaging cerebrale con l’elaborazione e l’analisi delle immagini basate sull’intelligenza artificiale, 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 fornire una comprensione più profonda dei disturbi neurologici e rispondere a domande fondamentali sul funzionamento del nostro cervello. Le sei immagini ottenute dai ricercatori, pubblicate su Science e Nature, sono state messe a disposizione della comunità scientifica.

La mappa tridimensionale copre un milionesimo del cervello e contiene circa 50.000 cellule e 150 milioni di sinapsi, le connessioni tra i neuroni. Il frammento è stato prelevato dalla corteccia cerebrale di una donna di 45 anni durante un intervento chirurgico per l’epilessia. Questa regione è coinvolta nell’apprendimento, nella risoluzione dei problemi e nell’elaborazione dei segnali sensoriali. Il campione è stato conservato in soluzioni di fissaggio e colorato con metalli pesanti per rendere le cellule più visibili.

Un’immagine mostra un neurone (bianco) con 5.600 assoni (prolungamenti che trasmettono i segnali nervosi, in blu) e le sinapsi (verde), che rappresentano le connessioni tra i neuroni. Jeff Lichtman, neuroscienziato di Harvard, e i suoi colleghi hanno tagliato il campione in circa 5.000 sezioni, ognuna dello spessore di 34 nanometri, poi fotografate con microscopi elettronici. Il team di Viren Jain, neuroscienziato di Google, ha sviluppato modelli di intelligenza artificiale per “ricucire” le immagini, ricostruendo così l’intero campione in 3D. Jain ha descritto l’esperienza come “una sorta di sensazione spirituale” quando ha osservato una sinapsi del cervello della donna e poi ha zoomato su milioni di pixel.

Analizzando il modello in dettaglio, i ricercatori hanno scoperto neuroni “annodati” su sé stessi e altri capaci di creare fino a 50 connessioni tra loro, un fenomeno mai osservato prima. Jain ha commentato: “In generale, tra due neuroni si trovano al massimo un paio di connessioni. Nessuno aveva mai visto niente del genere prima. È quasi un po’ umiliante: come potremo mai fare i conti con tutta questa complessità?”. Il team ha anche individuato coppie di neuroni che formano immagini speculari, con dendriti che si diramano in direzioni opposte creando simmetrie.

La mappa del cervello è estremamente complessa e gran parte di essa deve ancora essere esaminata. Potrebbe contenere errori dovuti al processo di “cucitura” delle singole immagini. Jain ha ammesso che molte parti sono state corrette, ma si tratta solo di una piccola percentuale rispetto alle 50.000 cellule presenti. L’équipe prevede di produrre mappe simili su campioni di cervello di altre persone, ma è improbabile che si riesca a ottenere una mappa completa del cervello umano nei prossimi decenni.

Autore: Redazione

Fonti:

https://scitechdaily.com/nanoscale-3d-mapping-reveals-revolutionary-insights-into-brain-structure/

https://www.designboom.com/technology/google-ai-harvard-researchers-images-human-brain-3d-mapping-05-13-2024/

https://www.scientificamerican.com/article/a-cubic-millimeter-of-a-human-brain-has-been-mapped-in-spectacular-detail/