Scienziati catturano comunicazione tra neuroni nel cervello di un topo vivo

Un nuovo microscopio ad alta velocità che permette di visualizzare l’attività dei neuroni del cervello e come questi comunicano tra loro è stato costruito da un team di ricerca guidato da Kevin Tsia, professore del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell’Università di Hong Kong (HKU), e da Ji Na, del Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare dell’Università della California, Berkeley.

I neuroni, infatti, comunicano in maniera costante tra di loro scambiandosi dei lampi chimici ed elettrici. Ogni lampo ha una durata brevissima, calcolabile nei millisecondi. Questi scambi di messaggi sono tantissimi, migliaia di miliardi, e considerando le sinapsi e i neuroni nel cervello umano nonché la velocità alla quale viaggiano si può immaginare la gigantesca mappa, quasi “stellare”, che è alla base del funzionamento del cervello.

Per questo catturare questi schemi di comunicazione molto complessi ha da sempre rappresentato la prima sfida nel campo delle neuroscienze. La speranza è sempre stata quella di catturarli al volo, sostanzialmente dal vivo, ma servirebbe un microscopio ad altissima velocità che possa tra l’altro insinuarsi all’interno del cervello, una cosa impossibile, almeno finora.
Il microscopio a fluorescenza a due fotoni creato da Tsia e Na è riuscito a registrare con successo i primi, timidi segnali elettrici nel giro di pochi millisecondi scatenati dai neuroni del cervello di un topo.

Rispetto ai metodi utilizzati in passato, che prevedono l’inserimento di un elettrodo all’interno del tessuto cerebrale, questa nuova tecnica, denominata FACED (free-space angular-chirp-enhanced delay imaging) risulta meno invasiva in quanto prevede l’utilizzo di una coppia di specchi paralleli che emettono una pioggia di impulsi laser per eseguire una scansione superveloce.
Durante gli esperimenti, i ricercatori sono riusciti a catturare da 1.000 a 3.000 scansioni 2D complete di un singolo strato cerebrale di topo ogni secondo. Per carpire poi i segnali elettrici che pulsano tra i vari neuroni, i ricercatori si sono serviti di un biosensore fatto di molecole proteiche.

“Queste proteine ingegnerizzate si accenderanno (o fluoresceranno) ogni volta che c’è un segnale di tensione che attraversa i neuroni. La luce emessa viene quindi rilevata dal microscopio e formata in un’immagine 2D che visualizza le posizioni di questi cambiamenti di tensione”, spiega Tsia.
In sostanza i ricercatori sono riusciti a “sbirciare” letteralmente nelle attività neuronali del cervello del topo in presa “diretta”.

Una tecnica del genere, se eseguita su un essere umano, permetterebbe di ottenere indizi forse fondamentali per comprendere finalmente a pieno le complesse funzioni cerebrali. Una tecnica così importante che lo stesso Tsia parla di “pietra angolare della ricerca neuroscientifica per decodificare in modo più accurato” i segnali di un cervello vivente.
Ora i ricercatori stanno studiando per migliorare ancora di più questo metodo e per ottenere una visione ancora più ampia e dettagliata con una risoluzione ancora più elevata, di circa un millimetro.

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