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Come un cervello di mosca rileva il movimento
Uno dei più grandi connettomi pubblicati fino ad oggi rivela come il cervello può rilevare il movimento.
Flyswatter spotter: una ricostruzione di 379 neuroni coinvolti nel rilevamento del movimento nel moscerino della frutta.
Ricercatori dell'Howard Hughes Institute's Janelia Farm Research campus e i loro collaboratori rapporto in Natura mercoledì che sono stati in grado di ricostruire le forme e le interconnessioni dei neuroni all'interno di una piccola parte del cervello della mosca responsabile della rilevazione del movimento visivo.
Mappando la struttura del cervello in modo così dettagliato, i ricercatori hanno acquisito nuove informazioni su come il cervello rileva il movimento. Il loro lavoro è l'ultimo esempio di molti sforzi in corso nelle neuroscienze per capire come funziona il cervello costruendo intricati diagrammi di connessioni neuronali, o connettomi (vedi Connectomics).
Una teoria su come i neuroni potrebbero lavorare insieme per interpretare il movimento esiste da circa 60 anni, ma gli scienziati non sapevano come il comportamento fosse eseguito dai circuiti neuronali, afferma l'autore senior Dmitri Chklovskij . In parte, è perché tracciare un circuito neuronale, anche nel piccolo cervello di un moscerino della frutta, è estremamente difficile, dice.
Per costruire la loro mappa tridimensionale dettagliata, Chklovskii e colleghi hanno scattato foto di fette molto sottili scolpite da un cervello di mosca congelato e poi hanno cucito insieme più di 20.000 di quelle immagini. Sono stati in grado di automatizzare gran parte di questa ricostruzione, ma gli umani hanno dovuto passare attraverso per verificare la presenza di errori. In totale, sono state necessarie circa 14.400 ore-persona per costruire il connettoma di 379 cellule con 8.637 connessioni sinaptiche.
I ricercatori hanno identificato cellule collegate tra loro in circuiti che si adattano al modello esistente per il modo in cui il cervello rileva il movimento. Ma per collegare completamente le informazioni strutturali al comportamento, i modelli di attività dei neuroni devono essere combinati con queste mappe dettagliate. La mappatura dell'attività dei neuroni nel cervello è uno degli obiettivi principali dell'iniziativa sulle neuroscienze su larga scala annunciata dal presidente Obama all'inizio di quest'anno (vedi The Brain Activity Map )
Lungo queste linee, è emersa una storia più completa di come il cervello calcola il movimento quando lo schema elettrico è stato combinato con i risultati di un altro studio pubblicato nello stesso numero di Natura . Utilizzando molecole fluorescenti che si illuminano quando i neuroni sono attivi, un secondo team di scienziati ha dimostrato che quattro sottoinsiemi di neuroni nel connettoma di movimento rispondono ciascuno al movimento in una delle quattro direzioni cardinali: sinistra, destra, su e giù.
Con la combinazione del nostro lavoro anatomico con la teoria, e la fisiologia e il lavoro comportamentale di altri laboratori, l'intera storia sta cominciando a diventare chiara ora, dice Chklovskii. I connettomi del cervello delle mosche e del cervello umano differiscono l'uno dall'altro, ma in entrambi i casi i cervelli devono eseguire calcoli simili, dice Chklovskii. Le lezioni apprese forniranno informazioni sulla risoluzione di come vengono eseguiti calcoli più complessi nel cervello degli animali, compresi i vertebrati come noi.