Una ricerca congiunta condotta da Yu Toyoshima e Yuichi Iino dell’Università di Tokyo ha dimostrato differenze individuali ed estratto con successo punti in comune dall’attività dell’intero cervello dei nematodi. I ricercatori hanno anche scoperto che le simulazioni al computer basate sull’attività dell’intero cervello dei nematodi riflettono più accuratamente l’attività del cervello reale quando includono il cosiddetto “rumore” o elementi probabilistici. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Biologia computazionale PLOS.
Il nematode Caenorhabditis elegans è uno dei preferiti dai neuroscienziati perché i suoi 302 neuroni sono completamente mappati. Ciò offre una fantastica opportunità per rivelare il loro meccanismo neurale a livello di sistema. Finora gli scienziati hanno fatto progressi nel rivelare i diversi stati e modelli di ciascun neurone e gli assemblaggi che formano. Tuttavia, il modo in cui questi stati e modelli vengono generati è stata una frontiera meno esplorata.
Innanzitutto, il team di scienziati ha misurato l’attività neurale di ciascuna cellula che costituisce un cervello primitivo nell’area della testa dei nematodi. Per raggiungere questo obiettivo, i vermi sono stati inseriti in un chip microfluidico, un minuscolo dispositivo progettato per consentire ai vermi di “muoversi” avanti e indietro mantenendoli nel campo visivo della lente dell’obiettivo. Quindi, utilizzando un microscopio confocale, gli scienziati hanno filmato come i neuroni reagivano ai cambiamenti nelle concentrazioni di sale.
“Anche se siamo stati in grado di estrarre “motivi” neurali comuni tra gli individui”, dice Iino, “siamo rimasti sorpresi di trovare grandi differenze individuali nell’attività neurale. Le informazioni dai neuroni sensoriali vengono trasmesse ai neuroni di “comando” attraverso molteplici percorsi per controllare il comportamento. Poiché i circuiti neurali di C. elegans si ritiene siano relativamente ben conservati tra gli individui, avevamo ipotizzato che ci sarebbero state poche variazioni in questi percorsi tra gli individui. Ma sorprendentemente, abbiamo scoperto il contrario.”
I dati derivati da questi “film” di cervelli di nematodi sono stati poi utilizzati per creare simulazioni al computer di cervelli di nematodi. Tuttavia, le prime simulazioni che contenevano solo elementi deterministici generavano un’attività “neurale” in decadimento. Aggiungendo “rumore” ai modelli, il team ha ottenuto una rappresentazione accurata dell’attività dell’intero cervello dei nematodi. Gli scienziati non solo sono stati in grado di stimare la forza della connettività tra i neuroni, ma hanno anche dimostrato che il “rumore” è essenziale per l’attività cerebrale. Questo modello matematico potrebbe anche essere potenzialmente applicato per analizzare l’attività neuronale nei casi in cui non siano ancora disponibili dati completi sul connettoma.
Con tali possibilità, il numero di nuove ed entusiasmanti domande sembra infinito. Ma scegliere uno scienziato deve.
“Inizialmente abbiamo progettato questo studio per studiare i meccanismi neurali coinvolti quando i nematodi sono attratti dal sale”, spiega Iino. “Tuttavia, per misurare l’attività dell’intero cervello, dovevamo tenere i nematodi in un canale stretto in modo che non si allontanassero. Vorremmo migliorare il microscopio in modo da poter seguire i nematodi che si muovono liberamente e analizzare l’attività dell’intero cervello mentre sono attratti dal sale.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
