Un viaggio nel cervello umano

E’ fuori dubbio che il nostro cervello è l’oggetto più complesso e meno conosciuto nel nostro pianeta. Questo non significa che scienziati, neurologi, medici e biologi si siano arresi all’intrigato mistero della nostra mente. Narayanan Kasthuri, professore all’università di Harvard, pare che  non voglia proprio rinunciare al tentativo di saperne di più. Con un’apparecchiatura alquanto strana, sta esaminando un “pezzetto” di cervello di topo centimetro per centimetro. Ogni particolare esaminato, della misura di un millesimo dello spessore di un foglio di carta, rappresenta un granello del cervello del topo con oltre seimila sezioni contraddistinte. Queste sezioni saranno trasformate in immagini digitali consultabili con un microscopio elettronico automatizzato, per tracciare i contorni delle cellule nervose. Si tratta di un’impresa epica; le immagini complete di tutto il cervello tradotte in dati potrebbero riempire per centinaia, forse migliaia di volte in più tutti i computer utilizzati da Google per tenere “in memoria” i suoi dati.

Se poi si pensa che questo esperimento potrebbe essere l’anteprima per un progetto ancora più ambizioso, il cervello umano, la cosa lascia effettivamente perplessi. Si tratterebbe infatti di lavorare su quattro ordini di grandezza superiori: il nostro cervello. Con i suoi 100 miliardi di neuroni, ognuno con un massimo di 10.000 connessioni (sinapsi) ad oggi è certamente il “sistema” più complesso esistente in natura.

Attualmente si sono potute mappare le connessioni neurologiche in un solo animale, il Caenorhabditis elegans, un piccolissimo verme con appena 302 neuroni e 9000 sinapsi; e ci sono voluti 14 anni per assemblare lo “schema elettrico”, pubblicato con il titolo “La mente di un worm” in Philosophical Transactions della Royal Society B , vol 314 .

Fortunatamente la tecnologia vola insieme alle nuove invenzioni e scoperte.

Solo un anno fa ci sarebbero voluti 90 anni per trasformare un millimetro cubo di cervello di topo in 50.000 immagini. Oggi si ci riuscirebbe in “solo” nove anni, ma ulteriori miglioramenti sono prossimi. Comunque anche con tecnologie così evolute, la mappatura di un intero cervello di mammifero rappresenta ancora un obiettivo troppo lontano da raggiungere. Pare però che utilizzando sistemi innovativi per la schematizzazione di aree complessive del cervello, i risultati siano incoraggianti.

Invece di cercare di “guardare” ogni singola cellula nervosa, si utilizza un sistema di mappatura con  collegamenti a lunga distanza. E’ come disegnare globalmente una mappa delle strade di un intero paese, piuttosto che minuziosamente quella di ogni strada locale.

Il cervello è organizzato in modo che la corteccia più esterna contiene i principali organismi delle cellule nervose con il collegamento a cellule vicine. Sotto la corteccia risiedono le cellule, o axons, che collegano le aree distanti. Gli axons sono avvolti in un rivestimento di grasso chiamato mielina, che migliora la conduzione elettrica. Poiché la mielina è chiara, la parte sottostante del cervello è conosciuta come la “materia bianca”, in contrasto con la “materia grigia” della corteccia.

Quindi, con un’iniezione di colorante nelle cellule in un punto preciso del cervello, si potrebbe osservare la diffusione dello stesso colorante in aree distanti. Partha Mitra del Cold Spring Harbor Laboratory di New York sta utilizzando una versione automatica di questa tecnica per iniettare del colorante in 500 posizioni in un cervello di topo e risalire il suo corso.

Tutto questo può anche sembrare cinico, ma lo scopo finale è assolutamente utile, anzi provvidenziale. Basta pensare a tutte le malattie mentali (e non) che potrebbero essere sconfitte. Naturalmente se la ricerca non si fermerà.

Ci sono voluti 10 anni e 3 miliardi dollari per completare la prima bozza del genoma umano. Oggi molti scienziati sostengono che presto si potrà leggere il genoma di un uomo in meno di un giorno e per soli 100 dollari.