Vedere il cervello è davvero difficile. Intendo: non limitarsi a vedere un blocco di tessuto di un chilo e mezzo circa, ma osservarlo in modo da poter avere maggiori informazioni su come funziona. Non è certo una sorpresa, visto che il cervello umano è composto da circa 80 miliardi di neuroni, ciascuno dei quali, attraverso i suoi filamenti, forma milioni di connessioni con altri neuroni.
Uno schema di quelle connessioni finirebbe per somigliare soltanto a un groviglio inestricabile. Come ho scritto nel mio articolo pubblicato a febbraio su National Geographic, diverse équipe di scienziati stanno esplorando il cervello con strumenti impensabili fino a pochi anni fa.
Dalle loro ricerche sta emergendo un nuovo modo di guardare il cervello: chiamiamolo "sguardo a volo d'uccello".
È una rappresentazione che è diventata possibile solo da quando gli scienziati hanno cominciato a tracciare mappe su larga scala dei neuroni di cervelli effettivamente esistenti.
Una volta ottenute le coordinate nello spazio tridimensionale, sono riusciti a programmare i computer in modo da ottenere una rappresentazione realistica dell'attività cerebrale.
Questo video mostra l'attività cerebrale di una donna a cui è stato chiesto di aprire e chiudere gli occhi e una mano.
È stato realizzato grazie a un metodo nuovissimo, che non esisteva ancora all'epoca in cui lavoravo al mio articolo.
In pratica, Adam Gazzaley della University of California at San Francisco e i suoi colleghi sono riusciti a mostrare "a volo d'uccello" l'interno di un cervello umano nell'atto di pensare.
Ecco come è stato realizzato il video, chiamato Glass Brain.
Prima di tutto, gli scienziati hanno sottoposto i volontari a una risonanza magnetica ad alta risoluzione, in modo da ottenere un'immagine molto dettagliata del loro cervello.
La risonanza non permette di vedere i singoli neuroni, ma traccia linee molto particolareggiate delle strutture fondamentali del cervello.
Poi, gli studiosi hanno aggiunto altri particolari anatomici con un metodo chiamato Imaging con tensore di diffusione, o DTI dall'acronimo inglese. Gli scanner per la risonanza magnetica vengono riprogrammati in modo da misurare gli spostamenti delle molecole d'acqua all'interno del cervello.
Molti dei neuroni cerebrali sono posti negli strati esterni del cervello; da essi si protendono lunghe fibre che attraversano le regioni interne e si connettono con gli strati esterni opposti.
Molte di queste fibre sono organizzate in circuiti, e lungo questi circuiti le molecole d'acqua si spostano avanti e indietro.
Mappando il loro movimento si può ricostruire la forma di quei circuiti.
Unendo insieme risonanza magnetica e DTI, Gazzaley e i suoi colleghi hanno ricostruito sia le strutture del cervello sia i circuiti che le collegano, tutti allineati nello stesso spazio tridimensionale. Era l'ora di aggiungere un terzo ingrediente: una registrazione dell'attività cerebrale.
Gazzaley ha usato l'elettroencefalogramma (EEG), in cui il paziente indossa un casco di elettrodi che serve a misurare i segnali dell'attività elettrica che raggiungono la cute attraverso il cranio. L'EEG è molto veloce: misura i cambiamenti dell'attività cerebrale con una risoluzione di un decimo di secondo o anche meno.
Però è come cercare di origliare una conversazione attraverso un muro: molti dettagli si perdono o si sfumano all'allontanarsi del segnale dalla fonte.
Per ricostruire la "conversazione interiore" del cervello, l'équipe di Gazzaley ha programmato un computer in modo da inferire, attraverso una serie di equazioni matematiche, da dove venissero i segnali cerebrali registrati sulla cute.
Il programma misurava anche il grado di sincronizzazione tra segnali provenienti da regioni diverse del cervello.
Combinando queste informazioni con la mappa dei circuiti cerebrali, gli scienziati sono riusciti a ricostruire i movimenti dei segnali attraverso il cervello.
Ma l'importanza di questo video non sta soltanto nelle immagini spettacolari. Il computer di Gazzaley non ha impiegato settimane a elaborare tutti i dati dell'esperimento, calcolare le fonti dell'EEG e tracciarne la mappa nel cervello.
Il sistema è in grado di creare video come questi in tempo reale. Immaginate di indossare un casco per l'elettroencefalogramma e guardare uno schermo che mostra quello che succede al vostro cervello mentre lo guardate.
Con questo sistema dovrebbe essere presto possibile. Gazzaley e la sua équipe hanno lavorato un anno per costruire il sistema e validarlo, vale a dire assicurarsi che il video riflettesse tutte le caratteristiche del cervello già accertate da altre tecnologie di imaging cerebrale.
Ora lo studioso spera di cominciare a usarlo per registrare dati durante gli esperimenti e per mettere alla prova alcune idee promettenti sul modo in cui il cervello elabora le informazioni.
La tecnica potrebbe avere anche altri utilizzi, al di fuori della pura ricerca scientifica.
Di recente Gazzaley e colleghi hanno messo a punto un video game che ha aiutato le capacità cognitive dei pazienti anziani.
Anche questa sua nuova visualizzazione del cervello potrebbe essere inserita in un gioco: i partecipanti potrebbero cercare di alterare la propria attività cerebrale in una sorta di "neuro-feedback".
Gazzaley ha avuto un'altra idea. Ha messo a un collega un casco per l'EEG e poi ha collegato il suo sistema a un paio di occhiali Oculus Rift per la realtà virtuale
Gazzaley li ha indossati e, con l'aiuto di un joystick per Xbox, si è messo a navigare nel cervello del collega, che vedeva intorno a sé in tre dimensioni. "Non avevo mai visto un cervello dall'interno", racconta lo studioso. "Dopo averlo fatto non sono riuscito a tornare al lavoro. Mi sono dovuto stendere sull'erba per un po'"
di Carl Zimmer, dal blog Phenomena -
The Loom Tratto da National Geographic Italia
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