Roma – È stata realizzata una mappa dettagliata della struttura e delle connessioni delle cellule cerebrali del topo, che offre spunti importanti per comprendere la relazione tra l’attività cerebrale e la funzionalità. A descrivere questo importante risultato un insieme di paper, pubblicati sulle riviste Nature e Nature Methods dagli scienziati del consorzio MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks), che comprende, tra gli altri, l’Allen Institute for Brain Science, la Stanford University e il Baylor College of Medicine. I diversi gruppi di ricerca hanno ricostruito un millimetro cubo di cervello di topo, circa le dimensioni di un seme di chia, riportando le informazioni relative a circa 84 mila neuroni, mezzo miliardo di sinapsi e circa 5,4 chilometri di cablaggio neuronale. Tutto ciò è stato possibile grazie all’intelligenza artificiale. Sebbene sia rappresentata solo una piccola frazione del cervello, le mappe di connettività ad alta risoluzione aiutano a descrivere come è organizzato il cervello e come i diversi tipi di cellule lavorano insieme. L’organo cerebrale, spiegano gli esperti, viene costruito da una rete di cellule, tra cui i neuroni, che vengono attivate da stimoli e collegate da sinapsi. La base della funzione cognitiva riguarda l’interazione tra l’attivazione neuronale e la connettività delle cellule. I ricercatori del consorzio MICrONS hanno generato un’enorme mappa ad alta risoluzione della forma e del cablaggio neurale dalla corteccia visiva di un singolo topo, esplorando come questi si relazionassero alla funzione e all’identità genetica. Gli scienziati hanno registrato l’attività di circa 75 mila neuroni di un esemplare che correva su un nastro e osservava immagini. L’animale è stato modificato in modo da emettere fluorescenza durante l’attività neuronale. Le informazioni ottenute sono state poi abbinate a una mappa di connettività di un millimetro cubo di corteccia visiva. La microscopia elettronica del campione ha identificato più di 200 mila cellule, circa 84 mila neuroni e 524 milioni di connessioni sinaptiche. Gli otto articoli pubblicati descrivono gli strumenti per identificare diverse cellule, analizzare le connessioni e collegare gli schemi di cablaggio all’attività neuronale. Nel complesso, i risultati forniscono una descrizione di parti specifiche del cervello e del loro funzionamento. La corteccia visiva del topo, spiegano gli studiosi, condivide somiglianze con altri mammiferi, compresi gli esseri umani. Saranno necessarie mappe più estese, commentano gli scienziati, per analizzare circuiti completi. “Nonostante queste limitazioni – scrivono in un News & Views di accompagnamento Mariela Petkova e Gregor Schuhknecht, dell’Università di Harvard – questo lavoro segna un importante balzo in avanti e offre una risorsa comunitaria inestimabile per future scoperte in neuroscienza. Il progetto MICrONS rappresenta il set di dati più completo mai assemblato che collega la struttura del cervello dei mammiferi all’attività neurale in un animale attivo”. (30Science.com)
I link agli articoli sono 8:
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Connettomica funzionale che abbraccia più aree della corteccia visiva del topo
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Specificità inibitoria da un censimento connettomico della corteccia visiva del topo
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La connettomica funzionale rivela la regola generale del cablaggio nella corteccia visiva del topo
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Il modello di base dell’attività neurale prevede la risposta a nuovi tipi di stimoli
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L’ultrastruttura perisomatica classifica efficacemente le cellule nella corteccia del topo
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NEURD offre correzione di bozze automatizzata ed estrazione di funzionalità per la connettomica
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Connectomica dei tipi trascrittomici Sst previsti nella corteccia visiva del topo
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CAVE: motore di controllo delle versioni delle annotazioni del connettoma
Un sottoinsieme di oltre 1.000 delle 120.000 cellule cerebrali (neuroni + glia) ricostruite nel progetto MICRONS. Ogni neurone ricostruito ha un colore casuale diverso. In alcune delle immagini, un sottoinsieme di neuroni è stato reso luminoso in modi diversi per rappresentare il fatto che questo set di dati include registrazioni funzionali da un sottoinsieme di neuroni.
È intesa come una rappresentazione simbolica, ma non una rappresentazione letterale di cosa sia il dataset. Ci sono molti più neuroni registrati di quelli che brillano, e molti più neuroni ricostruiti di quelli che sono stati inseriti nel rendering (per questioni pratiche di rendering di “tutti” i dati). Ogni immagine è solo una variazione di questo framework generale.
Credito: Allen Institute
Un sottoinsieme di oltre 1.000 delle 120.000 cellule cerebrali (neuroni + glia) ricostruite nel progetto MICRONS. Ogni neurone ricostruito ha un colore casuale diverso. In alcune delle immagini, un sottoinsieme di neuroni è stato reso luminoso in modi diversi per rappresentare il fatto che questo set di dati include registrazioni funzionali da un sottoinsieme di neuroni.
È intesa come una rappresentazione simbolica, ma non una rappresentazione letterale di cosa sia il dataset. Ci sono molti più neuroni registrati di quelli che brillano, e molti più neuroni ricostruiti di quelli che sono stati inseriti nel rendering (per questioni pratiche di rendering di “tutti” i dati). Ogni immagine è solo una variazione di questo framework generale.
Credito: Allen Institute
Rendering di una cellula Martinotti di livello 5 (grigio) ricostruita da un dataset di microscopia elettronica su larga scala. Le sinapsi di output (punti luminosi) sono codificate a colori in base al tipo di cellula bersaglio. I punti rossi sono sinapsi create su cellule piramidali eccitatorie di livello 2/3 e i punti ciano sono su neuroni eccitatori intra-telencefalici proiettanti nello strato 5.
Credito: Clare Gamlin/Allen Institute
