Il nostro cervello non è molto diverso dal cervello di topo e un nuovo enorme set di dati ci dà uno sguardo più da vicino a entrambi.
di Tatyana Woodall
È stata rilasciata la mappa 3D più dettagliata mai realizzata del cervello di un mammifero, creata studiando un animale la cui architettura cerebrale è molto simile alla nostra: il topo.
La mappa e il set di dati che la accompagnano, ora gratuitamente disponibili online, raffigurano più di mezzo miliardo di connessioni neurali tra circa 200.000 neuroni racchiusi in un’area di cervello di topo non più grande di un granello di sabbia.
La nuova ricerca fa parte del programma Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS), avviato nella speranza di migliorare la prossima generazione di algoritmi di apprendimento automatico mediante il reverse engineering della corteccia cerebrale, la parte del cervello che nei mammiferi è responsabile delle funzioni superiori come la pianificazione e il ragionamento. I dati sono stati raccolti da un consorzio di ricercatori guidato da gruppi dell’Allen Institute, del Baylor College of Medicine e della Princeton University.
“C’è chi crede che i segreti fondamentali dell’intelligenza umana siano da ricercare nello studio della corteccia cerebrale”, afferma H. Sebastian Seung, professore di informatica e neuroscienze a Princeton e direttore scientifico di MICrONS. “Ecco perché rappresenta un argomento così misterioso e affascinante nel campo delle neuroscienze”. Man mano che gli scienziati imparano di più sul cervello, le loro scoperte potrebbero portare a un’IA più simile a quella umana.
La creazione della mappa è stato un progetto quinquennale condotto in tre fasi. Il primo prevedeva misurazioni di ciò che faceva il cervello del topo quando l’animale era vivo. Ciò ha prodotto più di 70.000 immagini di cellule cerebrali attive mentre il topo elaborava le informazioni visive. Quindi i ricercatori di MICrONS hanno ritagliato un piccolo pezzo di cervello e lo hanno tagliato in più di 25.000 pezzi ultrasottili. Successivamente, hanno utilizzat microscopie elettroniche per acquisire più di 150 milioni di immagini ad alta risoluzione di quei pezzi.
Ad oggi erano stati mappati in ‘wiring diagrams’, o schemi elettrici, i “connettomi” del moscerino della frutta e del cervello umano. Uno dei motivi di successo del MICrONS è il fatto che il set di dati proposto ha il potenziale di migliorare la nostra comprensione del cervello favorire la cura dei disturbi cerebrali.
Venkatesh Murthy, professore di biologia molecolare e cellulare all’Università di Harvard che studia l’attività neurale nei topi ma non è stato coinvolto nello studio, afferma che il progetto offre a lui e ad altri scienziati “una visione dall’alto” su come i singoli neuroni interagiscono tra loro, procurando un “fermo immagine” ad alta risoluzione che può essere ingrandito.
R. Clay Reid, un ricercatore senior presso l’Allen Institute anch’egli alla direzione del progetto MICrONS, afferma che in passato avrebbe considerato impossibile il livello di ricostruzione ottenuto dal programma.
Reid afferma che con l’apprendimento automatico, il processo di trasformazione degli schemi elettrici bidimensionali del cervello in modelli tridimensionali è migliorato in modo esponenziale. “Si tratta di una divertente combinazione tra un campo di studio molto antico ed un approccio completamente nuovo”, commenta.
Reid ha confrontato le nuove immagini con le prime mappe del genoma umano, in quanto forniscono le conoscenze fondamentali che gli altri possono utilizzare. Li immagina aiutare gli altri a vedere strutture e relazioni all’interno del cervello che prima erano invisibili.
“Lo considero, per molti versi, l’inizio”, afferma Reid. “Questi dati e queste ricostruzioni basate sull’intelligenza artificiale possono essere utilizzati da chiunque disponga di una connessione Internet e di un computer, per porre una straordinaria gamma di domande sul cervello”.
(lo)
