All’inizio di marzo alcuni ricercatori hanno pubblicato su Science la prima mappa completa del cervello di una larva del moscerino. Questo connettoma, una sorta di circuito elettrico tridimensionale, riproduce la posizione dei neuroni e delle sinapsi, ossia i punti di contatto tra le cellule nervose attraverso cui avviene lo scambio di informazioni. Dato che la struttura dei circuiti influenza i processi che un cervello è in grado di fare, conoscere le connessioni neurali permette agli scienziati di capire meglio il funzionamento meccanico di quest’organo.

Finora le mappature complete erano limitate a organismi semplici come il nematoda, che ha appena un centinaio di neuroni. Oppure erano state fatte per piccole porzioni di cervelli più grandi. Non era mai stato mappato l’intero cervello di un organismo complesso come la larva di drosofila, che registra 548mila connessioni fra 3.016 neuroni.

Lo studio è il culmine di un lavoro avviato più di dieci anni fa dai ricercatori del Janelia research campus in Virginia, negli Stati Uniti, nell’ambito del progetto FlyEM. La prima fase prevedeva il sezionamento del minuscolo cervello della larva in migliaia di strati da esaminare al microscopio elettronico. I ricercatori hanno poi catalogato minuziosamente le immagini, individuando le regioni associate a varie funzioni, tra cui la vista e l’olfatto.

Il connettoma del moscerino ha già fornito informazioni preziose. Le regioni associate all’apprendimento, per esempio, hanno più loop nei circuiti rispetto ad altre, con neuroni postsinaptici collegati a quelli immediatamente precedenti, a indicare l’elaborazione dei segnali. I ricercatori ipotizzano che i loop codifichino le previsioni che le creature confrontano poi con le esperienze reali, in modo da trarne un insegnamento. Un neurone, per esempio, potrebbe ricevere le informazioni sul sapore di una foglia insieme a una previsione basata su pasti precedenti. Se il gusto differisce dalla previsione, il neurone potrebbe secernere dopamina, una sostanza chimica che modifica i circuiti per creare un nuovo ricordo.

I biologi hanno molto da imparare. Marta Zlatic, neuroscienziata dell’università di Cambridge, nel Regno Unito, e coautrice della ricerca, immagina uno studio in tre fasi. Nella prima si mappa il connettoma, nella seconda si scansiona l’attività del cervello e nella terza si uniscono le informazioni per individuare le variazioni nella struttura cerebrale da manipolare o riprodurre in laboratorio, verificando così le ipotesi tra esemplari diversi. Per capire le origini dell’intenzionalità, per esempio il modo in cui una drosofila decide di muoversi, bisogna scansionare il cervello sul momento e verificare quali regioni si attivano, confrontando poi il comportamento di altre drosofile. “Il futuro è la connettomica comparata”, dice Zlatic.

Non è fantascienza: nei dieci anni passati dall’inizio del progetto FlyEM, la tecnologia ha fatto passi da gigante. Oggi il sezionamento su nanoscala non richiede più anni, ma settimane. E le analisi potrebbero essere velocizzate affidando a una macchina il lungo lavoro di catalogazione svolto a mano dai ricercatori.

Alcuni scienziati del team di FlyEM stanno già studiando il connettoma del moscerino della frutta adulto, che ha un numero dieci volte superiore di neuroni e una corteccia visiva più ampia. Altri invece si stanno occupando del danio zebrato, un piccolo pesce d’acqua dolce. L’obiettivo a medio termine è mappare il cervello del topo, che è migliaia di volte più grande di quello della drosofila, e l’obiettivo a lungo termine è ovviamente il cervello umano, che è immensamente più complesso. Chissà se arriveremo mai ad avere un connettoma umano completo. ◆ sdf