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BigBRAIN: un cervello …mai visto!


Sofisticate tecniche neuroanatomiche e di digitalizzazione hanno permesso di ottenere un atlante anatomico in 3D del cervello dotato di una risoluzione elevatissima. Osservare nei dettagli l’architettura cellulare cerebrale apre le porte alla possibilità di esplorare il rapporto tra microanatomia della corteccia e molecole chiave della neurotrasmissione.microtomo2

Un atlante digitale del cervello, in 3D e ad altissima risoluzione, è stato messo a punto da ricercatori del Forschungszentrum Jülich, in Germania, e della McGill University a Montreal, che lo presentano in un articolo pubblicato su “Science”.

La nuova ricostruzione digitale, chiamata BigBRAIN, mette per la prima volta a disposizione della comunità scientifica l’anatomia microscopica del cervello con una risoluzione spaziale di appena 20 micron, a fronte della risoluzione standard di un millimetro offerta dalle immagini standard ottenute con risonanza magnetica, superando di un fattore 50 in ciascuna delle tre dimensioni i più dettagliati atlanti attualmente disponibili.
microtomo

Come sono ottenute le sezioni istologiche: dal cervello, immerso in un blocco di paraffina, vengono asportate con un microtomo sezioni sottilissime. (Cortesia Amunts, Zilles, Evans et al.)

Grazie alla mappatura tridimensionale della citoarchitettonica del cervello umano, BigBRAIN permetterà di ridefinire con grande dettaglio i circuiti cellulari cerebrali e i singoli livelli e sottolivelli della corteccia: “I famosi atlanti sulla citoarchitettura dei primi anni del XX secolo sono disegni semplificati di un cervello, basati su un’analisi puramente visiva dei modelli di organizzazione cellulare”, spiega Katrin Amunts, prima firmataria dell’articolo.

Per realizzare il montaggio in 3D dei dati cn modo da garantire la corretta corrispondenza fra gli elementi delle strutture disperse sulle diverse sezioni istologiche è stato necesario ricorrere alla potenza di calcolo del cluster di computer JUROPA (Jülich Research on Petaflop Architecture) del centro di supercalcolo di Jülich.
del lavoro appena compiuto su altri cervelli umani, per un necessario confronto, e dall’altro un ulteriore affinamento delle tecniche utilizzate per arrivare alla risoluzione di un solo micron, in grado di mettere in evidenza singoli dettagli della morfologia cellulare. In questo modo sarà possibile gettare un ponte fra le ricerche di tipo neuroanatomico e quelle biomolecolari che allo stato attuale faticano ancora a “parlare” fra di loro.

“Abbiamo in programma di integrare i dati sui recettori del cervello umano nel sistema di riferimento fornito dal BigBRAIN”, ha infatti dichiarato Karl Zilles, uno dei coordinatori dello studio. “Ma anche le le mappe ad alta risoluzione dei dati quantitativi sulla distribuzione regionale e laminare dei diversi complessi recettoriali. Questo ci permetterà di esplorare il rapporto tra microanatomia corticale e molecole chiave della neurotrasmissione.”

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