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È stata creata la più grande ricostruzione 3D di un frammento di cervello umano
Ultima recensione: 02.07.2025
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Un millimetro cubo di tessuto cerebrale può sembrare poco. Ma se si considera che quel piccolo quadrato contiene 57.000 cellule, 230 millimetri di vasi sanguigni e 150 milioni di sinapsi, per un totale di 1.400 terabyte di dati, i ricercatori di Harvard e Google hanno fatto enormi progressi.
Un team di Harvard guidato da Jeff Lichtman, professore di biologia molecolare e cellulare Jeremy R. Knowles e preside di recente nomina della Facoltà di Scienze, e ricercatori di Google hanno creato la più grande ricostruzione 3D del cervello umano fino ad oggi a livello sinaptico, che mostra nei minimi dettagli ogni cellula e la sua rete di connessioni neurali in una porzione della corteccia temporale umana grande quanto mezzo chicco di riso.
Il risultato, pubblicato sulla rivista Science, è l'ultimo di una collaborazione quasi decennale con gli scienziati di Google Research, che combina la microscopia elettronica di Lichtman con algoritmi di intelligenza artificiale per codificare a colori e ricostruire il complesso sistema nervoso dei mammiferi. I tre co-primi autori dello studio sono l'ex postdoc di Harvard Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski di Google Research e il postdoc di Harvard Daniel Berger.
L'obiettivo finale della collaborazione, sostenuta dalla BRAIN Initiative del National Institutes of Health, è creare una mappa ad alta risoluzione della connettività neurale dell'intero cervello del topo, il che richiederebbe circa 1.000 volte più dati di quelli appena ottenuti da un millimetro cubo di corteccia umana.
La parola "frammento" è ironica. Un terabyte è una quantità enorme per la maggior parte delle persone, ma un frammento di cervello umano – solo una minuscola, minuscola parte di un cervello umano – equivale pur sempre a migliaia di terabyte.
Jeff Lichtman, Professore di Biologia Molecolare e Cellulare Jeremy R. Knowles
L'ultima mappa pubblicata su Science contiene dettagli della struttura cerebrale mai osservati prima, tra cui una rete di assoni, sparsa ma potente, connessa da un massimo di 50 sinapsi. Il team ha anche notato alcune peculiarità nel tessuto, come un piccolo numero di assoni che formano spirali estese. Poiché il campione è stato prelevato da un paziente epilettico, non sono certi se queste formazioni insolite siano patologiche o semplicemente rare.
L'area di ricerca di Lichtman è la "connettomica", che, come la genomica, mira a creare cataloghi completi della struttura cerebrale, fino alle singole cellule e connessioni. Queste mappe complete illumineranno la strada verso nuove conoscenze sulla funzione cerebrale e sulle malattie di cui gli scienziati sanno ancora molto poco.
Gli algoritmi di intelligenza artificiale all'avanguardia di Google sono in grado di ricostruire e mappare il tessuto cerebrale in tre dimensioni. Il team ha anche sviluppato una serie di strumenti accessibili al pubblico che i ricercatori possono utilizzare per esplorare e annotare il connettoma.
"Dato l'enorme investimento investito in questo progetto, era importante presentare i risultati in modo che qualcun altro potesse trarne vantaggio", ha affermato Viren Jain, ricercatore di Google Research.
Successivamente, il team si concentrerà su una regione dell'ippocampo del topo che è importante per le neuroscienze per il suo ruolo nella memoria e nelle malattie neurologiche.