Chiudi gli occhi. Cosa vedi? Le immagini che formano sono tutte parte di un paesaggio mentale consapevole. Ma come il cervello elabora il mondo intorno a te rimane un mistero per la scienza.
In passato, prendere in giro le complessità di come il cervello umano ha un senso di input visivo era quasi impossibile. Fino a poco tempo fa gli scienziati potevano osservare direttamente i singoli neuroni al lavoro. Ora l'Allen Institute for Brain Science di Seattle sta lanciando l'Osservatorio del cervello di Allen per utilizzare questa nuova tecnologia per investigare la cognizione in un modo insolito: fanno i topi che guardano film.
Il progetto coinvolge 25 topi di laboratorio geneticamente modificati in modo che i loro neuroni si illuminino quando vengono licenziati, riferisce Arlene Weintraub a Forbes . Ogni topo aveva anche una piccola finestra impiantata nella sua testa in modo che i ricercatori potessero osservare i neuroni fluorescenti nella loro corteccia visiva.
I roditori correvano su un tapis roulant mentre guardavano una clip dall'apertura di Touch of Evil del 1958 di Orson Welles . Mentre le immagini apparivano sullo schermo di fronte a loro, i ricercatori hanno registrato la loro attività cerebrale con un microscopio a due fotoni.
Anche se questa può sembrare una scelta insolita per lo studio, secondo Jon Hamilton alla NPR, la scena iniziale di tre minuti di questo film di culto classico sembra fatta su misura per lo studio. "È in bianco e nero e ha bei contrasti e ha un lungo tiro senza interruzioni", spiega Christof Koch, direttore scientifico dell'Allen Institute.
Il film sembrava essere un successo con i topi. R. Clay Reid, un investigatore senior del progetto dice a Weintraub che i 18.000 neuroni monitorati si sono illuminati. "Nel corso del film, i neuroni hanno risposto a diverse parti di esso in momenti diversi e in modi interessanti", afferma. "È stato davvero notevole quanto diverse fossero le risposte dei diversi neuroni a questi stimoli".
Il microscopio ha registrato quando un neurone ha sparato e la sua intensità. La correlazione dei dati con l'immagine sullo schermo ha permesso ai ricercatori di mappare la funzione di ciascun neurone. Ad esempio, alcuni neuroni si sono attivati solo quando sullo schermo sono comparse linee verticali. Altri si sono illuminati quando la fotocamera ha effettuato una panoramica. I ricercatori hanno anche condotto diversi altri esperimenti, come mostrare le immagini dei topi di insetti o animali e le immagini di barre bianche e nere, registrando la risposta dei neuroni. Il progetto ha richiesto quattro anni e ha coinvolto 360 sessioni sperimentali, producendo 30 terabyte di dati, riferisce Helen Shen presso Nature .
La ricerca ha già rivelato alcuni schemi insoliti, riferisce Brendan Cole a Wired . Gli stessi neuroni che sparano quando i topi guardano una foto di una farfalla, ad esempio, si accendono anche quando la telecamera ha fatto una panoramica durante il film. Perché non si sa esattamente, ma i ricercatori di Allen sperano che la più ampia comunità scientifica possa aiutarli a capirlo.
Ecco perché hanno pubblicato pubblicamente il set di dati come parte del open-source Allen Brain Atlas. Tale progetto ha ospitato vari dati sul mouse e sul cervello umano dal 2006 e fa parte dell'ambizioso progetto da mezzo miliardo di dollari del co-fondatore di Paul Allen per mappare il cervello umano.
"Questa è fondamentalmente una manna", dice il neuroscienziato computazionale Steven Zucker dell'Università di Yale a Shen. "È come se qualcuno aprisse la porta al più grande laboratorio di neuroscienze del mondo per i teorici di tutto il mondo e dicesse: 'Vieni e gioca con i nostri dati.'"
Quei 18.000 neuroni sono solo un piccolo inizio. "Quando avremo finito, sarà online un set di dati enciclopedici così completo che gli scienziati potranno condividere e utilizzare come punto di partenza", dice Reid a Weintraub. Il prossimo passo è espandere il lavoro al monitoraggio dei topi mentre svolgono altre attività. Non si sa ancora se ciò includerà il loro ritorno al cinema.
