Ricostruite nel dettaglio le connessioni neurali del cervello di una drosofila

Un eccezionale lavoro di mappatura 3D delle sinapsi del moscerino della frutta promette di rivoluzionare gli studi di neurobiologia: ora è possibile seguire le connessioni tra neuroni e ricostruire i percorsi neurali dietro ai comportamenti più studiati.

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Per questa prima parte del progetto i ricercatori hanno ricostruito le connessioni neurali delle cellule nervose che raggiungono una regione cerebrale chiamata corpora peduncolata.|Z. Zheng et al./Cell 2018

Un gruppo di scienziati ha ottenuto un'immagine 3D del cervello di drosofila (l'ormai ultrastudiato moscerino della frutta) così dettagliata, che è stato possibile usarla per tracciare con precisione le connessioni tra neuroni in una specifica area cerebrale, cruciale per la memoria.

 

La tecnica utilizzata ha permesso di osservare talmente in profondità nel cervello da risalire alle singole sinapsi e ricostruire i percorsi compiuti dai segnali nervosi (cioè le reti neurali) alla base di alcuni noti comportamenti del piccolo insetto, spesso usato come modello negli studi di biologia.

Piccolo, ma efficiente. Il cervello di Drosophila melanogaster è grande come un seme di papavero e composto di circa 100 mila neuroni, contro i 100 miliardi di quello umano. Tuttavia, è sorprendentemente complesso. Questi piccoli insetti si lanciano in elaborate danze di corteggiamento e rituali di grooming; possono apprendere e ricordare; sembrano sapere quali posti possono essere considerati sicuri e quali sono da temere.

 

Alcune strutture che presiedono a questi comportamenti, come quelle per riconoscere e ricordare gli odori, sono molto simili a quelle del cervello di altri animali, uomo incluso. Ecco perché il nuovo lavoro pubblicato su Cell apre prospettive importanti.

 

Ricostruzione tridimensionale del cervello di drosofila e di parte delle sue connessioni. Clicca per attivare l'animazione | Philipp Schlegel, Drosophila Connectomics Group, Cambridge

Punti di scambio. Innanzitutto, per la tecnica utilizzata - replicabile su altri modelli. Per mappare i punti di connessione neurale, il gruppo di ricerca guidato da Davi Bock, neuroscienziato dell'Howard Hughes Medical Institute's Janelia Research Campus di Ashburn, Virginia, ha immerso il cervello di una drosofila in una soluzione contenente metalli pesanti, che si legano alle membrane dei neuroni e alle proteine nei punti sinaptici. Dopo il procedimento, gli snodi cruciali della comunicazione tra neuroni risaltavano come i nodi in groviglio di fili di lana.

 

Da ogni angolazione. Quindi, con una punta di diamante è stato tagliato il campione in oltre 7.000 nano-fette, ciascuna molto più sottile di un capello umano, che sono state analizzate e fotografate singolarmente al microscopio elettronico. Il processo ha generato 21 milioni di immagini che sono state assemblate con un software, dando come risultato - per ora - la ricostruzione del connettoma (cioè l'insieme delle connessioni neurali) di un'area coinvolta nell'apprendimento e nell'integrazione sensoriale: i corpora peduncolata, che comprendono appena il 5% del totale delle connessioni del cervello di drosofila.

 

Un'ottima base. Anche se si tratta di una piccola porzione, il dettaglio di ricostruzione di ogni singola "via di informazione" in entrata e in uscita è senza precedenti: la tecnica potrà essere utilizzata per studiare il cervello di altri animali come gli zebrafish e forse, in futuro, dei vertebrati.

 

I dati sono stati resi pubblicamente accessibili in modo che possano costituire un punto di partenza per chi si occupa di neurobiologia. Il lavoro da fare è ancora moltissimo: allo stato dei fatti è per esempio impossibile ricostruire la posizione di ogni singolo neurone - un compito che implicherebbe di analizzare, ad occhio nudo, migliaia di immagini, per rintracciare cellule di pochi centinaia di micron.

 

28 Luglio 2018 | Elisabetta Intini