Un millimetro cubo di cervello umano, 150 milioni di sinapsi

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I ricercatori hanno costruito un’immagine 3D di quasi tutti i neuroni e delle loro connessioni all’interno di un piccolo pezzo di tessuto cerebrale umano. Questa versione mostra i neuroni eccitatori colorati in base alla loro profondità rispetto alla superficie del cervello. I neuroni blu sono quelli più vicini alla superficie, mentre i neuroni fucsia segnano lo strato più interno. Il campione è largo circa 3 mm. Tradotto con DeepL.com (versione gratuita) D. BERGER/GOOGLE RESEARCH E LICHTMAN LAB/HARVARD UNIVERSITY

Si tratta di una prima mondiale a questo livello di precisione. Un team internazionale ha mappato le reti e le connessioni neuronali, la connettomica, in un millimetro cubo di cervello umano. I risultati pubblicati il ​​10 maggio sulla rivista Scienza farti venire le vertigini. In questo campione di corteccia, le cui dimensioni possono sembrare ridicole, l’équipe ha contato ben 57.000 cellule (neuroni e cellule gliali), 23 centimetri di vasi sanguigni e soprattutto quasi 150 milioni di sinapsi, queste connessioni tra neuroni che assicurano la trasmissione di informazione.

Questo lavoro fa parte del progetto Brain Science Initiative, lanciato nel 2014 dall’Università di Harvard (Cambridge), che ha già dato origine a numerose pubblicazioni. In questo studio sono stati coinvolti i team di Google, guidati da Jeff Lichtman, professore di biologia molecolare ad Harvard, e il cui primo firmatario, Alexander Shapson-Coe, è ora ricercatore di neurologia presso il Royal Hospital di Londra.

La ricetta utilizzata dalla squadra Sembra semplice, ma il risultato è una quantità di dati tale da far indigestione anche al più avido dei neuroscienziati: prendete un pezzo di cervello apparentemente sano, di circa un millimetro cubo, di un soggetto vivente ; sottoporlo a una soluzione rapida utilizzando resina e una soluzione di metalli pesanti, che forniscono anche un po’ di colore; poi tagliarlo in 5.019 strisce con uno spessore medio di 33,9 nanometri, circa 2.000 volte più sottili di un capello umano; e allinearli attentamente sul nastro adesivo (non su un nastro adesivo qualsiasi). Non resta che esaminare ciascuna lamella sotto una lente di ingrandimento, o più precisamente con un microscopio elettronico a scansione multiraggio. Ottieni un set di dati per un totale di 1,4 petabyte, l’equivalente di un libro con più di 700 miliardi di pagine.

Una materia prima estremamente rara

E non è finita! Con queste osservazioni ottenute ad un livello di dettaglio senza precedenti, i ricercatori hanno potuto esaminare su scala nanometrica la forma dei neuroni e la loro distribuzione, le connessioni tra loro, la proporzione di cellule gliali che circondano queste cellule nervose, ecc. Ma non avendo il tempo di leggere questi miliardi di pagine una per una, hanno quindi utilizzato l’apprendimento automatico per ricostruire la struttura volumetrica di questo granello di corteccia ricostituendo ogni connessione tra le cellule dalle lamelle di sovrapposizione modellate.

Per rassicurare il lettore, ricordiamo che gli scienziati non prelevare campioni di cervello negli esseri umani viventi in ogni momento. È una materia prima estremamente rara. In questo caso, l’occasione è stata fornita da un intervento chirurgico su una donna di 45 anni affetta da epilessia in cui è stato necessario rimuovere questo millimetro cubo di corteccia temporale per accedere a una lesione sottostante nell’ippocampo. Jeff Lichtman e i suoi team, che hanno già mappato l’intera corteccia di una mosca e hanno l’ambizione di fare lo stesso, entro pochi mesi o anni, con un topo, non intendono effettuare l’esercizio sull’intero corpo di un essere umano cervello. Ciò è stato fatto da altri team su cervelli post-mortem, ma non è paragonabile.

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