ROMA – Scintille rosse che vagano in una nube grigia. Così appare l’attività dei neuroni negli embrioni di pesce zebra osservati dai ricercatori del Janelia Farm Research Campus, associati all’Howard Hughes Medical Institute di Ashburn, in Virginia. Lo studio pubblicato su Nature Methods da Philipp Keller e Misha Ahrens è il primo nel suo genere. I ricercatori sono riusciti ad osservare un intero cervello funzionante e l’attività dei singoli neuroni senza perdere dettagli nella risoluzione dell’immagine. Coordinamento, apprendimento ed elaborazione degli stimoli sensoriali sono solo alcuni dei misteri del cervello umano il cui funzionamento potrebbe essere svelato con questa tecnica.
Keller, microscopista del Janelia Farm Research Campus, ha spiegato: “Abbiamo osservato una grande immagine senza perderne la risoluzione”. La tecnica utilizzata per le spettacolari immagini, che Keller ha elaborato insieme al neurobiologo Ahrens, è la microscopia. Con questa tecnica è possibile registrare i movimenti dell’80% dei 100 mila neuroni che si trovano nel cervello. Il restante 20% rimasto nascosto all’occhio della telecamere riguarda quelle regioni del cervello dove l’attività, anche se visibile, non è in grado di individuare le singole cellule.
Rafael Yuste, neuroscienziato della Columbia University di New York e a capo di un progetto analogo che vuole osservare il cervello umano, che contiene 85mila volte il numero di neuroni di un pesce zebra, ha definito il risultato dei colleghi come “fenomenale”: “E’ un astro nascente nella letteratura scientifica, che suggerisce che non è una follia l’idea di mappare ogni singolo neurone nel cervello di un animale”.
Il risultato ottenuto da Keller e Ahrens con le larve di pesci zebra non sarà però facilmente esportabile ai mammiferi o a grandi animali. A giocare un ruolo chiave infatti è la caratteristica delle larve del pesce di avere una pelle trasparente, che quindi permette di avere un’ottima visibilità su tutto il cervello.
Nel caso di un mammifero invece per ottenere simili risultati sarebbe necessario aprire il cranio e sarebbe dunque visibile solo una regione cerebrale da osservare di volta in volta. Altro aspetto che limita la ricerca negli animali riguarda le limitazioni dovute alla sensibilità del sistema di osservazione: né il sistema né il sensore per le proteine lavorano abbastanza velocemente per comprendere se i lampi sono dovuti alla singola emissione di un neurone o a più emissioni in rapida successione.
L’importanza della ricerca, spiega Ahrens, risiede nel fatto che ora “non si deve immaginare cosa accade nel cervello, ma si può vedere“. Studi di questo tipo pongono le basi per la spiegazione di come il cervello coordina i movimenti, consolida l’apprendimento o elabora gli stimoli sensoriali come l’olfatto.
IL VIDEO
Le immagini nel video mostrano il cervello di una larva di pesce zebra geneticamente modificato. I neuroni del pesce sono stati marcati con una proteina fluorescente che è sensibile alle fluttuazioni di ioni di calcio nei neuroni, fluttuazioni indicati dai “lampi” nelle cellule nervose. Il sistema ha registrato l’attività dell’intero cervello ogni 1,3 secondi. Il video è il frutto di ore di osservazione e 1 terabyte di dati raccolti.