Tre grandi sfide per la scienza del cervello che possono essere risolte in 10 anni

Una delle grandi sfide scientifiche è comprendere il cervello umano. I team di ricerca di tutto il mondo stanno raccogliendo dati a una velocità vertiginosa su qualsiasi cosa, dal connettoma del cervello e il modo in cui si calcola alla natura della malattia cerebrale e come può essere diagnosticata e trattata meglio.

Eppure mettere insieme questo lavoro in un modo che produca obiettivi raggiungibili è ancora un problema. Quindi alla fine di questo mese la comunità internazionale delle scienze del cervello si riunirà a New York per capire come coordinare il proprio lavoro su importanti obiettivi comuni.

Ma nessuno lo sa esattamente quali dovrebbero essere questi obiettivi. Quindi un'importante domanda in sospeso è: su quali grandi sfide dovrebbero concentrarsi gli scienziati del cervello?

Oggi riceviamo una risposta grazie a una sessione di brainstorming tenuta all'inizio di quest'anno da molti dei neuroscienziati più influenti del mondo. Ora hanno pubblicato le loro conclusioni e affermano di aver identificato tre grandi sfide che sono realizzabili nei prossimi 10 anni e che quindi dovrebbero diventare il fulcro della comunità globale delle neuroscienze.

La prima grande sfida cerca di capire cosa rende unico il cervello. I neuroscienziati sanno da tempo che la struttura del cervello varia enormemente sia all'interno che tra le specie. Le variazioni appaiono nell'anatomia dei cervelli, nella loro biochimica e connettività, nonché nel modo in cui si sviluppano e nell'espressione genica coinvolta in questo processo.

La comprensione dei principi di progettazione che governano la variabilità può essere la chiave per comprendere l'intelligenza e l'esperienza soggettiva, nonché l'influenza della variabilità sulla salute e sulla funzione, afferma il team di brainstorming.

Quindi la grande sfida che propongono è mappare queste variazioni su un'ampia gamma di specie, un esercizio che chiamano neurocartografia anatomica. Entro un decennio, ci aspettiamo di aver affrontato questa sfida nei cervelli, inclusi ma non limitati a Drosophila, Zebrafish, Mouse e Marmoset, e di aver sviluppato strumenti per condurre enormi analisi neurocartografiche, dicono. Il risultato sarà un 'Virtual NeuroZoo' all'avanguardia con dati completamente annotati e strumenti analitici per l'analisi e la scoperta.

La seconda grande sfida è scoprire come il cervello risolva i complessi problemi computazionali della vita, come attraversare terreni difficili, tradurre lingue e riconoscere stati emotivi. Questo è un enigma di vecchia data. Mentre i computer più potenti del mondo lottano con questi compiti nonostante la potenza di elaborazione sbalorditiva e i megawatt di potenza, il cervello fa tutto questo con poco più di una ciotola di porridge ogni giorno.

Come fa il cervello a gestire questo? Per scoprirlo, i brainstormer propongono di studiare come i diversi componenti del cervello lavorano insieme per orchestrare comportamenti complessi. Ciò richiederà una nuova generazione di esperimenti per farlo in ambienti naturali. E richiederà sforzi coordinati per studiare questi meccanismi cerebrali su scale diverse, quindi team diversi dovranno lavorare a stretto contatto per coordinare il loro lavoro. Questi esperimenti produrranno modelli multiscala di sistemi neurali con il potenziale per svolgere compiti computazionali che nessun sistema informatico attuale può eseguire, afferma il team.

La sfida finale è come utilizzare tutte queste informazioni per aiutare a diagnosticare e prevenire le malattie del cervello e per ripristinare la funzione quando il cervello viene danneggiato. Gran parte di questo lavoro si concentrerà su una migliore comprensione di come la funzione neurale può andare storta. Ma questa migliore conoscenza dovrà anche essere tradotta in strumenti che miglioreranno il processo decisionale clinico.

C'è un altro obiettivo che il team ha fissato per la comunità mondiale delle neuroscienze. Questo per creare l'infrastruttura tecnologica per collaborazioni che funzionano su scala globale. Questa infrastruttura sarà conosciuta come International Brain Station, in omaggio alla Stazione Spaziale Internazionale, che il gruppo afferma di ammirare. L'International Brain Station è essenzialmente un progetto di cloud computing che consentirà ai ricercatori di raccogliere, archiviare e analizzare i dati in un modo accessibile a tutti.

Tutto ciò sembra estremamente ambizioso, ma mancano alcuni dettagli. Uno di questi è il ruolo dello Human Brain Project in Europa, attualmente finanziato con 1 miliardo di euro. L'International Brain Station è un concorrente di questo progetto, un'estensione o una sorta di corollario?

E il costo dell'International Brain Station? I brainstormer non menzionano quanto potrebbe costare il loro sforzo né chi potrebbe pagarlo (sebbene il loro incontro sia stato sostenuto dalla National Science Foundation e dalla Kavli Foundation).

A questo proposito, la Stazione Spaziale Internazionale potrebbe non essere il miglior esempio a cui aspirare. La stazione spaziale è costata fino a 150 miliardi di dollari ed è di gran lunga la macchina più costosa del mondo.

Forse quei problemi sono stati deliberatamente lasciati per l'incontro di coordinamento dei progetti globali sul cervello che si terrà a New York il 19 settembre.

Una cosa che questo rapporto ha a suo favore è il pedigree degli scienziati che hanno contribuito. Questi includono Story Landis, ex direttore del National Institute of Neurological Disorders and Stroke presso il National Institutes of Health; Winfried Denk, direttore del Max Planck Institute of Neurobiology; Hollis Cline, professore di neuroscienze allo Scripps Research Institute; e George Church, un genetista dell'Università di Harvard.

Sarà affascinante scoprire se il resto della comunità globale delle scienze del cervello è d'accordo.

Rif: arxiv.org/abs/1608.06548 : Grandi sfide per le scienze cerebrali globali

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