Come un pesce trasparente può aiutare a decodificare il cervello

Nelle osservazioni trasmesse dalla East Room della Casa Bianca il 2 aprile 2013, il presidente Obama ha svelato una missione scientifica grandiosa come il programma Apollo. L'obiettivo non era lo spazio, ma una frontiera altrettanto affascinante: il cervello umano. Obama ha sfidato i "ricercatori più fantasiosi ed efficaci" della nazione a mappare in tempo reale lo sfarfallio di tutti i 100 miliardi di cellule nervose nel cervello di una persona vivente, un viaggio in profondità nel cosmo neurale non ha mai tentato di raggiungere una scala così fine. Una vista panoramica degli impulsi elettrici che si diffondono nel cervello potrebbe portare a nuove importanti conoscenze su come pensiamo, ricordiamo e apprendiamo e come i mali dall'autismo all'Alzheimer ricablano i nostri circuiti mentali. "Abbiamo la possibilità di migliorare la vita di non solo milioni", ha detto il presidente, "ma miliardi di persone su questo pianeta".

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Il mese successivo, a sei miglia dalla Casa Bianca, un professore di Harvard di nome Florian Engert prese un microfono e, di fronte ai migliori neuroscienziati della nazione, dichiarò lo sforzo di Obama sostanzialmente inutile. "Ora disponiamo di questi dati", ha detto Engert, che, in una stanza piena di blazer e cardigan da professore, indossava una camicia muscolare che offriva ampie vedute dei suoi bicipiti sporgenti. "Abbiamo scoperto che in realtà non sono poi così utili." ("Penso che l'imaging del cervello intero sia solo un mucchio di tori ----", è come me lo ha detto in seguito.) Per gli altri ricercatori, deve sembra un traditore.

Engert, che ha 48 anni, è stato in sostanza la prima persona al mondo ad osservare un cervello nel modo in cui Obama immaginava. Lui e i suoi colleghi l'avevano fatto con un esperimento meritevole di fantascienza che registrava ogni vibrazione dell'attività cerebrale in un pesce zebra trasparente, un'impresa storica pubblicata appena un anno prima sulla rivista scientifica Nature, il tendone. Engert suggerire che la ricerca sul cervello del presidente fosse a castello era un po 'come John Glenn che tornava dall'orbita e diceva a JFK di non disturbarsi con un atterraggio lunare.

"Dovrebbe essere un avvocato", afferma Miyoung Chun, genetista molecolare e dirigente della Kavli Foundation, uno dei principali sostenitori della ricerca sulle neuroscienze. "Molti altri neuroscienziati stanno celebrando ciò che è stato in grado di realizzare, ma lui stesso lo sta chiudendo."

Ma Engert stava cercando di fare un punto: la registrazione del cervello intero, a suo avviso, non è necessariamente la migliore strada per nuove scoperte sui tre chili di carne tra le nostre orecchie. “Puoi trovare schemi, sequenze, cluster, correlazioni e aree di blip. E poi cosa? ”Mi disse. Sono molti dati senza molta comprensione.

La Casa Bianca - e molti scienziati - riponevano troppe speranze, pensò Engert, un'idea troppo ristretta di come capire il cervello. Nella sua critica sono in gioco domande non solo sui metodi, ma sugli obiettivi stessi della neuroscienza. Quanto dovremmo aspettarci di cogliere nella nostra vita su fenomeni come la memoria, il sonno e la coscienza? Quale dovrebbe essere la più alta vocazione del campo? Dovrebbero essere cure per le malattie o altre linee di indagine sono altrettanto degne?

Engert apprezza le polemiche, soprattutto quando è al centro. È un gioco pericoloso per un accademico, ma la sua scienza lo salva. Lo scorso settembre, l'amministrazione Obama gli ha assegnato una delle più grandi sovvenzioni della nuova missione cerebrale, unificandolo come leader dello sforzo stesso che non riesce a smettere di dissing.

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Migliaia, se non milioni, di cellule cerebrali devono parlare tra loro perché una persona possa svolgere anche il compito più elementare, come sollevare un bicchiere d'acqua. Le cellule si scambiano messaggi sotto forma di impulsi elettrici, che corrono a velocità di millisecondi lungo reti di fibre che attraversano ogni regione del cervello. In quasi ogni momento, cioè, il cervello di Pechino è al telefono con la sua Helsinki, con La Paz e Kampala intervenuti in conferenza. Si ritiene che questi circuiti di attività siano alla base di alcuni dei più grandi misteri del cervello: come immagazziniamo e ricordiamo i ricordi; come proviamo emozione; come i neuroni codificano i dati dei nostri sensi e come attingono da tali dati per orchestrare il comportamento; come questi circuiti cambiano nelle persone con malattie psichiatriche e neurologiche.

Fino a poco tempo fa, gli scienziati potevano registrare solo da poche centinaia di neuroni alla volta, anche su animali da laboratorio. Lo hanno fatto affondando gli elettrodi in ciascuna di quelle celle. Ma più celle provi a rintracciare contemporaneamente, maggiore è il rischio di uccidere l'animale o mettere in corto circuito i tuoi dispositivi elettronici. Certo, le macchine per risonanza magnetica funzionale immaginano l'intero cervello, ma tengono traccia dei livelli di ossigeno nel sangue, non dell'attività elettrica, e la risoluzione è troppo grezza per lo studio dei circuiti a livello cellulare. Questo è il motivo per cui la carta Nature 2012 di Engert sullo zebrafish delle dimensioni di una ciglia è atterrato con una balena di una spruzzata. Il suo team aveva trovato il modo di registrare l'intero cervello di un animale con lo swM di una risonanza magnetica e la precisione cellula per cellula degli elettrodi.

I pesci zebra sono pesciolini d'acqua dolce originari di corsi d'acqua che si infrangono attraverso risaie lungo il Gange, in India e in Bangladesh. In Occidente, i pesci a strisce blu e oro sono meglio conosciuti come le tue specie di acquario di base. Negli anni '70, gli scienziati hanno visto in queste creature poco appariscenti gli ingredienti del prossimo grande animale da laboratorio. I pesci zebra si riproducono velocemente, costano poco e hanno geni facili da manipolare. E per i primi giorni della loro vita, i pesci zebra, i cervelli alla coda, sono trasparenti. Per leggere le menti dei piccoli pesci zebra, in seguito gli scienziati hanno capito, tutto quello che dovevi fare era guardare.

Dopo anni di tentativi ed errori, Engert e i suoi membri del laboratorio hanno intrapreso un esperimento selvaggio. Engert lo ha chiamato in codice "Fish in The Matrix", dopo la trilogia del film di fantascienza su persone che pensano di condurre una vita normale ma che in realtà sono sigillate in baccelli, il cui cervello è collegato a una macchina di realtà virtuale. L'esperimento mirava a una domanda di base: cosa succede nel cervello del pesce zebra mentre apprendono?

All'inizio, non era chiaro che chiunque potesse insegnare qualcosa a un pesce zebra. Engert e i suoi colleghi hanno cercato per anni di innescare cambiamenti duraturi nel comportamento dando ai pesci lievi shock o ricompensandoli con alcool o cocaina, il tutto inutilmente. Ma, d'istinto, i pesci zebra nuotano contro una corrente, un riflesso che impedisce loro di essere lavati in una risaia o, peggio ancora, in mare aperto. E se gli scienziati potessero far pensare ai pesci che questo riflesso cablato non funzionava correttamente? Il pesce imparerebbe ad adattarsi?

I ricercatori hanno ottenuto una linea di zebrafish geneticamente modificato i cui neuroni lampeggiano in verde quando sparano; le cellule producono un colorante fluorescente che si illumina di più in presenza di ioni calcio, che fluiscono quando la cellula sta sparando. Il pesce doveva essere immobile, quindi i lampi verdi non si sarebbero offuscati al microscopio e avrebbero comunque l'illusione della libertà.

Engert e due dei suoi postdoc, Misha Ahrens e Ruben Portugues, paralizzarono il pesce con una tossina velenosa di serpente e lo sospesero in acqua in una chiara capsula di Petri. Per imitare l'esperienza visiva del nuoto in un ruscello, hanno impostato uno schermo di proiezione sotto la capsula di Petri e hanno visualizzato una serie di barre in movimento. Dagli elettrodi rattoppati ai nervi nella coda del pesce, i ricercatori hanno percepito ciò che il cervello stava dicendo alla coda di fare, anche se la coda stessa non poteva effettivamente muoversi. Un computer ha rallentato le sbarre quando il pesce ha mosso - o ha pensato che stesse muovendo - la sua coda, in modo da ottenere un segnale visivo che stava mantenendo con successo il suo posto nell'acqua in movimento.

Poi è arrivato il lavaggio del cervello. Quando il pesce "nuotava", i ricercatori hanno rallentato troppo le sbarre o invertito il loro corso, con l'obiettivo di far pensare all'animale che la sua coda fosse diventata super forte. Oppure rallentavano troppo le sbarre, inducendo il pesce a pensare che la sua coda fosse anormalmente debole. In ogni caso, il pesce ha compensato, diminuendo i suoi colpi di coda o aumentandoli: qualunque cosa servisse per rimanere immessa nel flusso virtuale. Non solo il pesce zebra dopo che il pesce zebra ha ricalibrato i suoi colpi di coda, in seguito si sono ricordati di farlo: hanno imparato. Quando gli scienziati hanno concesso al pesce una pausa di dieci secondi e poi hanno riportato la velocità della barra nella sua impostazione realistica, il pesce inizialmente ha sferzato le code come se fossero ancora troppo forti o troppo deboli.

(Samuel Velasco / 5W Infographics) (Samuel Velasco / 5W Infographics) Il cervello di zebrafish durante il nuoto (Florian Engert) Il cervello del pesce zebra durante la sola stimolazione visiva (Florian Engert) Il pesce zebra è popolare tra i biologi dello sviluppo dagli anni '70. Il pesce depone da 100 a 200 uova a settimana, che crescono in larve un cinquantesimo delle dimensioni mostrate qui. (Adam Parslow / Heath Laboratory, Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research)

I video dei 100.000 neuroni del pesce, filmati attraverso un microscopio ad alta potenza, mostrano campi di verde scintillante, scintillanti in aree associate a visione, movimento e apprendimento. Di particolare nota era un insieme di cellule cerebrali che non avevano legami chiari con la visione o il movimento e che lampeggiava solo quando i pesci si rendevano conto che le loro code erano più deboli o più forti del previsto. Engert ha teorizzato che queste cellule hanno avuto un ruolo nella "sorpresa" o nella "rilevazione degli errori".

Il documento del team ha segnato una serie di scoperte, ma è stata la meraviglia tecnica della registrazione a livello cerebrale a attirare la massima attenzione. Mai prima d'ora gli scienziati avevano immaginato l'attività in tutti i neuroni di un animale vivente. "La tecnologia era lì per fare quell'esperimento, ma nessuno aveva", mi ha detto Joseph Fetcho, un professore di Cornell che ha fatto molti dei progressi fondamentali nella neuroscienza del pesce zebra. “Solo Florian era abbastanza pazzo. È una specie del suo approccio alla vita "Vai in grande o vai a casa". "

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Quando mi sono presentato al laboratorio di Engert al secondo piano dell'edificio di BioLabs di Harvard, mi ha salutato e mi ha detto: "Ti mostrerò qualcosa di veramente divertente." Mi condusse fuori dall'edificio e lungo un sentiero asfaltato su un lato porta della Harvard Divinity School. Una carta laminata sul telaio della porta diceva: "Vietato fumare entro 25 piedi dall'ingresso dell'edificio". Ma sulla porta stessa c'era un altro segno: "Not an Entrance".

Mi guardò in faccia per accertarmi di aver registrato come il secondo segno potesse essere ragionevolmente letto per negare il primo. Poi scoppiò in una risata acuta, acuta. Quando ho chiesto se potevo fare una foto, ha acconsentito con entusiasmo, assicurandosi che entrambi i segni fossero ancora visibili. Poi accese una sigaretta American Spirit, soffiò fumo nella grondaia della Divinity Hall e lanciò alla telecamera il suo miglior sorriso da ragazzaccio.

Engert stava recitando per me, in miniatura, uno dei suoi personaggi pubblici preferiti: il rastrello in una commedia di buone maniere, l'incantatore il cui cattivo comportamento è così finalmente innocuo che solo i suoi accusatori alla fine sembrano sciocchi. Le storie che gli piace raccontare di se stesso implicano tutte strette fughe da una varietà o dall'altra di fussbudget o prude. Harvard, con la sua venerata reputazione, i grandi ego e gli imperativi della moda tweed, gli offre una pellicola particolarmente efficace. Quando i colleghi si sono lamentati del suo pattinaggio attraverso l'edificio BioLabs, il personale addetto alla manutenzione ha messo i cartelli "No Rollerblading". Scesero dopo che ebbe mandato.

Un pomeriggio ho notato una frusta di cuoio con la maniglia di legno dietro la scrivania di Engert, e quando gli ho chiesto cosa ci facesse lì, l'ha afferrata, balzata in piedi e scatenando una crepa orecchiabile che ha lanciato un paio di studenti laureati spaventati fuori dai loro posti. "Vedi come reagiscono, come stanno improvvisamente lavorando più velocemente?" Scherzò. In verità, qualcuno glielo ha dato in ironia. Engert è noto per il lunghissimo guinzaglio che offre ai membri del laboratorio. La scienza più inventiva, a suo avviso, arriva in un ambiente in cui brillanti pensatori indipendenti hanno libero sfogo per inseguire le loro idee più fantasiose, anche se falliscono.

Adam Kampff, un laureato in astrofisica, stava valutando un passaggio alla neuroscienza per un dottorato di ricerca nel 2002, quando Engert gli diede una carta di credito di Harvard e gli disse di costruire in laboratorio un microscopio a due fotoni, un aggeggio di laser e specchi la cui assemblea richiede un magnum di destrezza tecnica. I microscopi, che sparano due impulsi di luce infrarossa in un unico punto, sono apprezzati per le immagini pulite che prendono delle cellule colorate fluorescenti, come quelle che lampeggiano in verde in zebrafish geneticamente modificato.

Engert è poi salito a Berkeley, dove aveva appena finito una borsa di studio post-dottorato, in modo da poter guidare la sua moto da crociera Honda Shadow di ritorno a Cambridge.

"Mentre era via penso di aver speso circa $ 300.000", mi ha detto Kampff. "Guardando indietro, vai, 'Aspetta, è pazzesco", ha detto Kampff, che è rimasto per un dottorato di ricerca e post dottorato con Engert ed è ora direttore di laboratorio presso il Sainsbury Wellcome Center, un istituto di ricerca in neuroscienze presso l'University College di Londra. "Ma è stata la cosa migliore che mi sia mai capitata."

Per il discorso pubblico del 2009 che Engert ha tenuto come parte della sua offerta di mandato, un collega gli ha consigliato di saltare la camicia muscolare e vestirsi. Engert ha fatto ... in Lederhosen. Quando è salito sul palco con pantaloncini di pelle e calzettoni, ha assicurato alla sala conferenze che, contrariamente alle apparenze, aveva preso a cuore i consigli del suo collega. "Questo è l'abito formale delle tribù bavaresi", ha detto Engert, mentre la sala era piena di risate, "ed è un segno del massimo rispetto per qualsiasi pubblico."

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Florian una volta era un tranquillo, divoratore di fumetti, dice sua sorella Katharina. I due sono cresciuti nel quartiere Schwabing di Monaco, un'enclave boema animata da studenti delle università vicine. Il padre era un fornaio che fondò una catena di gelati locale e la madre vendette il parrucchiere della sua famiglia per crescere i bambini. Per un incantesimo vissero tutti sopra l'ammiraglia Engert Ice. I bambini venivano sempre in giro, ma "non hai mai saputo se erano tuoi amici a causa del gelato o perché gli piacevi", dice Katharina, ora un medico di base a Monaco.

Quando Engert era al liceo, il padre, preoccupato per i suoi voti in inglese, lo mandò a Londra per un anno di studi linguistici. Engert tornò a casa estroverso e sicuro di sé. Presto si ritrovò in una folla di nichilisti autodidatti della guerra fredda che credevano nel vivere per il momento perché una catastrofe nucleare era destinata a spazzare via la razza umana prima che qualcuno di loro raggiungesse i 30 anni.

Grandi domande sulle origini dell'universo eccitavano Engert e la fisica sembrava avere risposte. Al suo ultimo anno alla Ludwig Maximilians University di Monaco, tuttavia, i due pilastri del campo - particelle elementari e astrofisica - erano diventati "troppo distaccati dalla vita quotidiana", mi disse. Il vicino di casa della sua famiglia era un ricercatore del cervello e disse a Engert che le neuroscienze avevano bisogno di fisici, che il futuro del campo dipendeva dall'invenzione di nuovi strumenti per scrutare nel cervello.

Come studente laureato e ricercatore post-dottorato presso il Max Planck Institute for Neurobiology fuori Monaco e presso l'Università della California, Engert ha costruito attrezzature per importanti scoperte su come i neuroni nei ratti e nei girini cambiano in risposta alla stimolazione visiva ed elettrica - cambiamenti ritenuti fondamentali per l'apprendimento e memoria. Ha trascorso due anni a progettare un microscopio a due fotoni personalizzato il cui laser, se maneggiato in modo errato, potrebbe zappare le retine. In un gesto tipico, Engert attaccò con un nastro adesivo gli occhiali di sicurezza del laboratorio al muro e posò un cartello sopra di loro che diceva: "Solo per Wimps".

Il suo dono per destreggiarsi tra affari e piacere ha alimentato la sua parte di commenti intramurali. Nel 2002, Mu-ming Poo, nel cui laboratorio Engert ha lavorato come postdoc, ha scritto una lettera che sferzava i membri del laboratorio per pigrizia. "Potrebbero esserci alcuni rari fortunati come Florian, che ... possono godersi la vita per un po 'e ricevere ancora un'offerta di lavoro da Harvard", scrisse Poo. "Nessun altro nel laboratorio ha il lusso di Florian di giocare."

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La Casa Bianca ha lanciato la sua missione neuroscientifica, nota come BRAIN Initiative (per Brain Research attraverso Advancing Neurotechnologies Innovative), con una richiesta da $ 100 milioni al Congresso. Lo scorso autunno il National Institutes of Health ha assegnato $ 46 milioni in sovvenzioni BRAIN e agenzie diverse come la National Science Foundation, la Defense Advanced Research Projects Agency e la Food and Drug Administration stanno sostenendo la ricerca in linea con gli obiettivi dell'iniziativa. Nel settore privato, aziende come Google, GE e GlaxoSmithKline hanno dedicato oltre 30 milioni di dollari alla missione.

Gli scienziati coinvolti nello sforzo immaginano un approccio a gradini, lavorando da ascaridi (300 neuroni), pesci zebra e moscerini della frutta (100.000 ciascuno) a topi (75 milioni) e scimmie (6 miliardi per il macaco) prima di sommare l'Himalaya dell'essere umano cervello (quasi 100 miliardi). In un certo senso, l'iniziativa sta procedendo su tutti questi fronti contemporaneamente. Gli scienziati stanno studiando parti del cervello umano mentre adottano un approccio più olistico negli animali da laboratorio. E stanno sperimentando una serie di strumenti - laser, sonde ultrasottili, etichette chimiche, ultrasuoni ad alta tecnologia, molecole attivate dalla luce, fMRI di prossima generazione e scanner PET - nella speranza di registrare ad alta risoluzione da cervelli interni non trasparenti.

Chun, che ha contribuito a convincere la Casa Bianca a lanciare l'iniziativa BRAIN, ha paragonato il lavoro del pesce zebra a un ascensore espresso. "Eravamo ancora al primo piano, cercando di arrivare al secondo piano", dice. "Poi dal nulla, siamo andati al decimo piano."

Non è stato fino al lavoro di Engert - e un altro, l'anno successivo, di Misha Ahrens, che ha reso la lettura della mente dei pesci zebra drammaticamente più veloce - che "Abbiamo pensato, OK, questa iniziativa potrebbe essere possibile", ha detto Chun. "Il salto di fede che hanno fatto è stato eccezionale."

Circa l'80% dei geni collegati alle malattie umane ha una controparte nel pesce zebra. (Dr. Dominik Paquet / The Rockefeller University) Nell'ultimo progresso della mappatura del cervello, i ricercatori dell'Howard Hughes Medical Institute segnano permanentemente i neuroni che sparano (magenta) in un pesce zebra che nuota liberamente. (Eric Schreiter, HHMI / Janelia Research Campus) Questa visione del cervello del pesce zebra, proveniente da un team dell'University College di Londra, mostra le regioni in cui i neuroni si incontrano (magenta) e i fasci di assoni (verde). (Tom Hawkins e Kate Turner presso il Wilson Laboratory presso l'UCL come parte di Zebrafishbrain.org)

Si aspetta che i guadagni per la salute umana, per condizioni come l'epilessia, possano arrivare in soli cinque anni. I trattamenti per i disturbi meno compresi - dal Parkinson e dall'Alzheimer all'autismo, alla schizofrenia e al disturbo post-traumatico da stress - sono più lontani, ma difficilmente irraggiungibili. Confrontando il cervello delle persone sane, cellula per cellula, con quelle con disturbi neurali, gli scienziati possono essere in grado di isolare i circuiti la cui rottura prefigura la malattia. Queste scoperte potrebbero stimolare lo sviluppo di nuovi farmaci e terapie. I pesci zebra, che sono vertebrati e quindi hanno un cervello simile al nostro, stanno già aprendo la strada. Vengono utilizzati per testare droghe e studiare la neurobiologia dell'ansia, del sonno e dell'abuso di alcol.

Engert, tuttavia, è felice di lasciare tali ricerche ad altri scienziati. Dice che non ha mai iniziato l'attività di immagine in ogni cellula del cervello. Era solo un complemento dell'esperimento "Matrix", uno scherzo per mettere a tacere un dibattito sul fatto che tale registrazione fosse persino possibile. È guidato da domande senza ovvie applicazioni: come reagisce un pesce zebra a determinati tipi di stimoli? Quali circuiti neurali sparano quando i pesci nuotano, cacciano o fuggono dai predatori? Quali esperimenti offrono la migliore visione dell'apprendimento del pesce zebra?

Vuole che il pubblico e i politici apprezzino le neuroscienze per le stesse ragioni per cui fanno il telescopio spaziale Hubble, il Large Hadron Collider o il rover su Marte. Nessuno di questi tocca direttamente la vita di tutti i giorni, ma sono finanziati perché c'è bellezza nel svelare i misteri dell'universo. Crede che la ricerca verrà annullata se l'iniziativa BRAIN è ipervenduta. "Il problema", dice, "è che se non risolviamo il morbo di Alzheimer e il Parkinson, sembrerà che abbiamo fallito nei nostri compiti stabiliti e le persone porteranno via i soldi e diranno: 'Bel tentativo, niente sigaro'".

Per quanto riguarda le domande filosofiche sollevate da questo lavoro: se studiare il cervello ci insegnerà qualcosa sulla natura della coscienza umana o sull'idea di un'anima; se la scienza un giorno ridurrà le cose della nostra umanità a un freddo calcolo del codice algoritmico - è agnostico.

Ci siamo incontrati una sera nella luminosa casa viola dove vive con Polina Kehayova, una ricercatrice di droga che si illumina di luna come soprano di Boston Symphony, e la loro figlia di 6 anni. Sopra lo stufato di lenticchie, Engert ha ricordato qualcosa che il linguista del MIT Noam Chomsky ha detto una volta: "Se non possiamo spiegare perché uno scarafaggio decide di svoltare a sinistra, come possiamo spiegare perché un essere umano decide di fare qualcosa?"

"Anche l'insetto più basso è uno strumento straordinariamente ben adattato che è più complicato e più interessante di qualsiasi computer", mi ha detto. "Voglio dire, non ti piacerebbe sapere come funziona il suo cervello?"

Dopo alcuni giorni con Engert, ho fatto qualche passo avanti su come funziona il suo cervello. I suoi obiettivi, a quanto pare, non sono così imbarazzanti per l'iniziativa BRAIN come pretende a volte, anche se le sue motivazioni sono diverse. Le immagini in diretta di ogni neurone lampeggiante di un cervello potrebbero contenere un potere tremendo, dice, se gli scienziati vedessero anche i fili: le sottili fibre lungo le quali i neuroni inviano segnali. Quindi sapresti se i neuroni specifici stavano parlando tra loro - e forse anche quello che stavano dicendo.

Un pomeriggio, nel campus, una delle studentesse di Engert, Mariela Petkova, mi accompagnò attraverso un cortile fino al laboratorio di Jeff Lichtman, professore di biologia molecolare e cellulare. All'interno di una stanza senza finestre, un intero cervello di pesce zebra era stato irrigidito con resina e tagliato da un coltello diamantato in 30.000 fette sottilissime. I microscopi a scansione elettronica stanno immaginando ciascuna delle sezioni e otto studenti universitari e diversi volontari - tra cui la madre di Petkova, su Internet dalla Bulgaria - stanno rintracciando a mano i "fili" neurali da una fetta all'altra. Un altro professore, Constance Cepko, farà ulteriori tracce osservando come i virus fluorescenti si diffondono nel cervello. Una volta completato lo schema di cablaggio, Engert poserà su di esso la sua mappa di neuroni lampeggianti. Haim Sompolinsky, un teorico, analizzerà quindi i flussi di traffico neurale attraverso i fili, alla ricerca di principi che collegano tali schemi di traffico a comportamenti specifici dei pesci.

Al termine del lavoro di Engert, che secondo lui potrebbe richiedere 20 anni, non avrà nulla di più - o meno - glorioso di un "pesce virtuale": un software che imita il funzionamento completo di un cervello di pesce zebra. Gli scienziati hanno potuto comporre qualsiasi mix di input sensoriali - temperatura dell'acqua, uno schema di luce, il percorso della vicina preda o predatore - e gli algoritmi del software avrebbero mostrato non solo come un pesce reale avrebbe risposto, ma cosa è successo nel suo cervello, millisecondo da millisecondi e cella per cella, prima di farlo.

Avrà capito, in sostanza, perché il pesce zebra gira a sinistra.

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Le mattine del venerdì portano l'unica nota di struttura nel laboratorio di Engert: l'incontro settimanale a mani libere, in cui 20 studenti laureati e postdoc si scambiano informazioni sulle loro ricerche. Il venerdì a metà dicembre, quando ero in giro, Engert si avvicinò ai pattini, indossando una maglietta con l'immagine di Snoopy che fletteva un bicipite e le parole "Welcome to the Gun Show".

Il professore si sedette a capotavola e saltò su e giù sulla sedia pneumatica, come un bambino che gironzola alla scrivania di un genitore. "Wow", ha detto. "Mi sento in carica."

Ma altrettanto rapidamente, scivolò giù dalla sedia e in un angolo della stanza, dove assunse un ruolo meno spesso visto in pubblico: quello della tranquilla e paziente cheerleader per i suoi ricercatori, esploratori fuoristrada che equipaggia gli attrezzi e poi spedizioni: chiama quando puoi! —Nel campo stellare della mente.

I giovani uomini e donne a turno facevano clic sulle diapositive del loro ultimo lavoro di pesce zebra: ecco i neuroni che lampeggiano quando i pesci subiscono un lieve shock. Qui, i segnali visivi spingono il cervello a stimolare il movimento. Qui, una telecamera ad alta velocità su una fresatrice capovolta, un nuovo strumento che potrebbe presto consentire ai membri del laboratorio di tenere traccia dell'attività cerebrale in pesci che nuotano liberamente.

Engert ha posto alcune domande gentili, ma soprattutto ci sono stati incoraggiamenti: "Incredibile!" "Molto bello - la bestia in azione!" "Guarda! Percezione, cognizione e coscienza qui. L'anima del pesce! ”

Uno studente laureato ha sottolineato che i pattini in linea su ciascuno dei piedi di Engert erano di diversi colori e marche. Engert si tolse i pattini per rivelare i calzini: grigi su un piede, neri sull'altro. Quindi si tolse le calze. Sul suo piede sinistro, l'unghia grande era dipinta di rosso e le altre viola. Sul suo piede destro, l'unghia del piede grande era viola, e gli altri, rossi. Quando sua figlia aveva esaurito le dita dei piedi di sua madre in un recente esperimento di smalto, suo padre aveva offerto il suo.