Filmati 3-D di cervelli nematodi per lo studio del comportamento umano
PRINCETON – Un nuovo strumento informatico ha permesso ai ricercatori dell’Università di Princeton, New Jersey, negli Stati Uniti d’America, di catturare le prime immagini in 3-D dell’attività neurale in quasi tutto il cervello di un animale a movimento libero, il nematode Caenorhabditis elegans. I risultati potrebbero fornire una svolta determinante nella comprensione delle più comuni attività neuronali.
Pubblicata sulla prestigiosa rivista National Academy of Sciences, la tecnica ha permesso di registrare filmati in 3-D del nematode Caenorhabditis elegans, una specie di verme lungo appena un millimetro, con un sistema nervoso contenente solo 302 neuroni. I ricercatori hanno correlato l’attività di 77 neuroni del sistema nervoso dell’animale con comportamenti specifici, come il movimento e la rotazione in avanti o all’indietro. “Questo metodo è straordinario perché fornisce un quadro più dettagliato di attività neurale in tutto il cervello”, ha detto il Dottor Andrew Leifer, ricercatore associato a Lewis-Sigler Institute di Princeton for Integrative Genomics. “In particolare, aiuta a capire come le reti di neuroni si coordinano tra loro per produrre un comportamento”, ha aggiunto.
Le reti neurali sono accordi infinitesimali di segnali chimici e di impulsi elettrici che possono includere, come negli esseri umani, miliardi di cellule. Il sistema nervoso semplice del C. elegans ha fornito un banco di prova più dettagliato per quest’obiettivo. Questo è avvenuto perchè si è scelto di lavorare con un organismo molto piccolo, mentre risulterebbero immensamente più difficili registrazioni integrali negli esseri umani. La tecnologia necessaria per effettuare registrazioni nell’uomo è ancora molto distante. Però studiando come funziona il cervello in un semplice animale è possibile acquisire conoscenze sui meccanismi di lavoro neuronali che sono universali per tutti i cervelli, anche per quello umano.
L’apparecchiatura in questione studia i livelli di calcio nelle cellule cerebrali. Per seguire i movimenti del calcio, i ricercatori hanno indotto una proteina nota come indicatore di calcio, che diventa fluorescente quando viene in contatto con lo stesso. Infine è stato utilizzato un particolare tipo di microscopio per registrare in 3-D l’attività e i livelli del calcio per più di quattro minuti. Per esempio, i ricercatori sono rimasti sorpresi dal numero di neuroni coinvolti nel semplice atto di voltarsi.
Un emozionante passo successivo sarebbe quello di utilizzare le correlazioni di queste registrazioni per costruire modelli matematici e informatici sul funzionamento del cervello. In questo modo si potrebbero generare più attendibili ipotesi su come l’attività neurale genera il comportamento. “Intendiamo quindi verificare queste ipotesi, per esempio, stimolando neuroni specifici in un organismo e osservando il comportamento risultante”, ha infine concluso Leifer.
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