Una collaborazione tra il team di ricerca di Google e l'Università di Harvard ha realizzato la mappa tridimensionale più dettagliata di sempre di ogni cellula e ogni connessione cellulare in un campione di cervello umano lungo circa 3 mm e con un volume di 1 mm3, contenente circa 57.000 cellule e 150 milioni di connessioni. Si tratta di una vista senza precedenti del nostro cervello ottenuta tramite una combinazione di tecniche di imaging cerebrale processate da algoritmi di intelligenza artificiale sviluppati dal colosso di Mountain View.
Il campione è stato prelevato durante un intervento chirurgico su una donna affetta da epilessia: durante l'operazione i medici hanno dovuto asportare una piccola porzione di corteccia cerebrale sana, che è stata conservata ed è diventata materiale di ricerca per Google.
La mappa ha un “peso” di ben 1,4 petabyte (1,4 milioni di gigabyte) e riproduce dettagli dell'ordine del millesimo di millimetro. Questo lo rende il dataset più grande e ricco di informazioni mai realizzato di una porzione di cervello umano con questa risoluzione. Google ha messo la mappa a disposizione dell'intera comunità scientifica, che potrà utilizzarla per la ricerca neurologica: le possibili applicazioni possono andare dallo studio della memoria alla comprensione delle cause neurologiche di disturbi come l'autismo o il morbo di Alzheimer.
Cosa mostrano le immagini della mappa 3D di Google
Il campione cerebrale è stato prelevato dalla corteccia del lobo temporale anteriore. Per mapparlo, i ricercatori hanno prodotto migliaia di immagini di sezioni estremamente sottili del campione, che poi sono state analizzate e collegate tramite gli algoritmi AI di Google. In questa immagine di un dettaglio del campione, per esempio, si possono distinguere i diversi strati di cui è composta la corteccia attraverso i colori che indicano neuroni di diversa tipologia e diversa dimensione.
Scendendo più nel dettaglio si possono vedere con un dettaglio impressionante le singole cellule cerebrali e le sinapsi che creano. In questa immagine per esempio possiamo osservare un gruppo di neuroni eccitatori con dimensioni variabili tra i 15 e i 30 millesimi di millimetro. I colori riflettono le loro dimensioni: in rosso i più grandi, in blu i più piccoli.
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Andando sulla scala del singolo neurone, i ricercatori hanno individuato anche raggruppamenti di cellule con configurazioni speculari l'una all'altra, come nell'esempio – particolarmente simmetrico – qui sotto.
Uno degli aspetti più interessanti della mappa è la possibilità di analizzare il complesso sistema di connessioni tra le cellule cerebrali. In questa immagine, per esempio, stiamo guardando un singolo neurone con la mappa di tutti i circa i 5000 assoni (in blu) che lo collegano ad altri neuroni e delle sinapsi (in verde) che trasportano i segnali dagli assoni ad altri neuroni.
Andando ancora più nel dettaglio, la mappa ha permesso ai ricercatori di scoprire che in alcuni rari casi, gli assoni (in blu nell'immagine qui sotto) formano delle strutture aggrovigliate talvolta appoggiate a un altro neurone (in giallo). Al momento non si sa quale sia la funzione di questa particolare configurazione.
Gli assoni possono attivare un neurone (cioè dirgli di inviare un segnale) oppure disattivarlo. In questa immagine vediamo un neurone (in bianco) circondato dagli assoni in grado di attivarlo (in verde) e quelli in grado di “spegnerlo” (in blu).
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