Ricostruito in 3D un frammento di corteccia cerebrale umana

Per la prima volta è stato ricostruito in 3D, e con una risoluzione a livello nanometrico senza precedenti, un frammento millimetrico di corteccia cerebrale, la parte più evoluta del cervello umano e sede delle funzioni cognitive più complesse: il frammento, dille dimensioni della metà di un chicco di riso, contiene 57.000 cellule, 230 millimetri di vasi sanguigni e quasi 150 milioni di sinapsi, le connessioni tra i neuroni. Si apre così la strada alla possibilità di conoscere in modo più profondo il modo in cui funziona il cervello e le malattie che lo colpiscono. Pubblicato sulla rivista Science da Università di Harvard e Google Research, il risultato è stato ottenuto grazie all'immensa mole di circa 1,400 terabyte di dati (1 terabyte corrisponde a 1.000 miliardi di byte).

L'impresa è l'ultima arrivata da una collaborazione avviata quasi 10 anni fa, che mira a combinare le immagini ad altissima risoluzione ottenute tramite microscopio elettronico con algoritmi di Intelligenza Artificiale che permettono di mappare l'estrema complessità del tessuto cerebrale. L'obiettivo finale della collaborazione è realizzare una mappa dettagliata dell'intero cervello di un topo, che comporterebbe l'elaborazione di una quantità di dati circa 1.000 volte maggiore di quelli utilizzati ora dai ricercatori, coordinati da Jeff Lichtman di Harvard e Viren Jain di Google Research.

"La parola 'frammento' in questo caso suona ironica", commenta Lichtman. "Un terabyte è, per la maggior parte delle persone, gigantesco, eppure un solo minuscolo pezzettino di cervello umano necessita di migliaia di terabyte". I risultati ottenuti sono stati messi liberamente a disposizione della comunità scientifica: "dato l'enorme investimento fatto per questo progetto - aggiunge Jain - era importante presentare i risultati in modo che chiunque altro potesse trarne vantaggio".

Il cervello umano è un organo estremamente complesso e, ad oggi, si sa ancora poco sulla sua struttura a livello cellulare. Questo perché il suo studio dettagliato comporta una serie di sfide, che vanno dalle limitazioni tecnologiche alle difficoltà nell'ottenere e conservare in maniera ottimale i campioni di tessuto. In questo caso, il campione delle dimensioni di un millimetro cubo è stato ottenuto da un paziente affetto da epilessia durante un intervento chirurgico a cui è stato sottoposto per altre ragioni. I ricercatori hanno analizzato ogni sezione di questo frammento tramite microcopio elettronico, ottenendo centinaia di milioni di immagini che sono state poi 'cucite' insieme per ottenere la mappa tridimensionale.

Grazie ai dati così ottenuti, gli autori dello studio hanno portato alla luce nuovi aspetti della corteccia cerebrale umana finora sottovalutati. Ad esempio, la ricostruzione evidenzia il numero sproporzionato delle cosiddette 'cellule della glia', cioè le cellule nervose che nutrono e sostengono i neuroni e che, rispetto a questi ultimi, sono circa il doppio. Dalle migliaia di connessioni analizzate è emerso inoltre che alcuni rari neuroni possiedono assoni, ossia diramazioni della cellula che trasmettono gli impulsi nervosi, che sono in grado di formare fino a 50 sinapsi, un numero elevatissimo e molto più potente di connessioni con altre cellule.