Capire il funzionamento del cervello umano non è affatto facile, soprattutto quando si tratta di scendere nei minimi dettagli. Le ipotesi sulle interazioni tra le aree cerebrali nella testa dei grandi atleti (vedi Galileo) non mancano, ma agli scienziati non interessano solo i campioni olimpici. La vera sfida è nascosta nei neuroni e nei processi che ne regolano la crescita nella testa di tutti i mammiferi. In questo campo, il passo decisivo lo ha fatto il Blue Brain Project (Bbp) dell’Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna, che ha realizzato un modello al computer in grado di predire il modo in cui le cellule neuronali si connettono tra loro.
Come riporta lo studio pubblicato su PNAS dal team guidato dal neuroscienziato Henry Markram, i neuroni crescerebbero seguendo un ordine del tutto casuale ma, contro molte aspettative, ben determinato fin dalla nascita. Già, perché gli scienziati finora pensavano che le connessioni neurali potessero essere guidate da segnali chimici sensibili a diversi stimoli. L’ipotesi è stata in parte smentita dallo studio del Bbp che, affiancando osservazioni su tessuti cerebrali animali a modelli computerizzati, ha trovato il modo per prevedere con grande accuratezza (75-95%) la posizione delle connessioni neurali.
Il primo passo del team di Markram consisteva nel mettere insieme un’enorme quantità di informazioni sulle strutture neuronali raccolte in 270 esperimenti su giovani cavie. Dopo aver mappato le connessioni tra neuroni attraverso impulsi elettrici, gli scienziati hanno analizzato i risultati scoprendo che le connessioni tra una qualsiasi coppia di neuroni sono tanto più prevedibili quanto più condividono legami in comune con altre cellule. In pratica è lo stesso principio che regola i social network dove, in base al numero di interazioni tra utenti, è possibile prevedere se due persone si conoscono l’un l’altra. L’unica differenza è che i neuroni non formano hub, ovvero nodi di connessione più massicci. Insomma, nel cervello non esistono cellule VIP.
Il modello di crescita casuale è stato comprovato da un sistema virtuale elaborato da un supercomputer Blue Gene. Il team del Bbp ha così riprodotto in 3D varie combinazioni casuali di 10mila neuroni: la posizione dei nodi di connessione neurali combaciavano in modo sorprendente con quelle analizzate nei tessuti di laboratorio. Inoltre, la mappa tridimensionale ha permesso ai ricercatori di valutare la plasticità del network neuronale: per quanto la posizione o il numero delle cellule neuronali vengano modificati, il tipo di distribuzione delle connessioni resta comunque lo stesso. L’architettura dei cervelli animali sarebbe quindi altamente prevedibile, ma questo non significa che non ci sia più spazio per le eccezioni.
Riferimenti: Pnas doi: 10.1073/pnas.1016051108
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L’aver mappato le connessioni tra neuroni attraverso impulsi elettrici, ed aver scoperto che le connessioni tra una qualsiasi coppia di neuroni sono tanto più prevedibili quanto più condividono legami in comune con altre cellule è comunque ancora riduttiva rispetto la vera complessità.
In quanto si è preso come unico punto di vista quello dei legami biochimici, anzichè considerare l’aspetto complessivo, ovvero quello elettro-magnetico con tutti i fattori che intervengono ed interagiscono nella connessione tra neuroni!