Il 2025 è stato un anno straordinario per le neuroscienze. Due progetti internazionali hanno pubblicato mappe cerebrali che stanno già cambiando il modo in cui comprendiamo il funzionamento del cervello dei mammiferi.
La mappa strutturale: un millimetro cubo di complessità incredibile
Ad aprile 2025, il consorzio MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) ha presentato la ricostruzione più dettagliata mai realizzata di una porzione di cervello di mammifero. I risultati, pubblicati in dieci articoli sulla rivista Nature, rappresentano nove anni di lavoro e la collaborazione di oltre 150 ricercatori dell'Allen Institute, del Baylor College of Medicine e della Princeton University.
I numeri record
I ricercatori hanno mappato un campione di corteccia visiva di topo grande un millimetro cubo, come un granello di sabbia. Nonostante le dimensioni minuscole, questo frammento di tessuto cerebrale conteneva circa 200.000 cellule cerebrali, di cui 82.000-84.000 neuroni, connessi tra loro attraverso oltre 523 milioni di sinapsi. I ricercatori sono riusciti a tracciare in dettaglio tridimensionale più di 4 chilometri di assoni, le "autostrade" di connessione del cervello. Questi numeri rendono la mappa MICrONS la più dettagliata mai creata per un cervello di mammifero.
Come è stata creata
La produzione della mappa ha richiesto una combinazione senza precedenti di tecnologie. Prima di estrarre il tessuto, i ricercatori hanno registrato l'attività di 76.000 neuroni mentre il topo guardava clip video, inclusi film come "The Matrix". Successivamente, il tessuto è stato tagliato in circa 28.000 strati ultrasottili e fotografato con microscopi elettronici ad altissima risoluzione. Algoritmi di intelligenza artificiale hanno poi tracciato automaticamente neuroni e connessioni in tre dimensioni, mentre neuroscienziati hanno raffinato manualmente i dati per garantire la massima precisione.
Nel 1979, il premio Nobel Francis Crick aveva scritto che sarebbe stato inutile chiedere "il diagramma esatto delle connessioni per un millimetro cubo di tessuto cerebrale". Quello che sembrava impossibile è ora realtà.
La mappa funzionale: come il cervello prende decisioni
A settembre 2025, l'International Brain Laboratory (IBL), una collaborazione di 22 laboratori distribuiti tra Europa e Stati Uniti, ha pubblicato su Nature la prima mappa completa dell'attività cerebrale durante il processo decisionale in un mammifero.
Una scala senza precedenti
Il progetto ha monitorato l'attività di oltre 600.000 neuroni attraverso 279 regioni cerebrali in 139 topi, coprendo circa il 95% del volume totale del cervello murino. Come ha spiegato Alexandre Pouget, co-fondatore dell'IBL e ricercatore dell'Università di Ginevra, questa rappresenta la prima volta che qualcuno ha prodotto una mappa completa dell'attività di singoli neuroni durante il processo decisionale.
L'esperimento e la scoperta
L'esperimento era apparentemente semplice: i topi dovevano girare un volante verso la direzione di un cerchio visualizzato brevemente su uno schermo per ricevere una ricompensa di acqua zuccherata. Durante l'esperimento, sonde ultrasottili chiamate Neuropixels hanno registrato l'attività di centinaia di neuroni simultaneamente attraverso diverse regioni cerebrali.
I risultati hanno sfidato le teorie tradizionali che prevedevano un percorso lineare, dalla corteccia visiva che riconosce l'immagine, alla corteccia prefrontale che elabora la decisione, fino alle regioni motorie che controllano il movimento. Invece, i ricercatori hanno scoperto che il processo decisionale coinvolge praticamente tutto il cervello in modo coordinato e distribuito. Come ha commentato Matteo Carandini dell'University College London, uno dei membri principali dell'IBL, hanno trovato segnali decisionali e segnali correlati alle informazioni pregresse in molte più regioni cerebrali di quanto avrebbero potuto pensare.
L'attività neuronale durante la ricompensa ha "illuminato il cervello come un albero di Natale", con segnali che si propagavano attraverso aree tradizionalmente associate solo al movimento, non alla cognizione.
Perché queste scoperte sono importanti
Per la medicina
Molte malattie come Alzheimer, Parkinson, autismo e schizofrenia sono legate ad alterazioni nei circuiti cerebrali. Con mappe strutturali e funzionali così dettagliate, gli scienziati possono ora confrontare cervelli sani e malati per identificare esattamente quali connessioni si modificano o si deteriorano nelle patologie. Come ha spiegato Sebastian Seung della Princeton University, co-leader del progetto MICrONS, le tecnologie sviluppate da questo progetto daranno la prima vera opportunità di identificare pattern anomali di connettività che danno origine a disturbi, portando potenzialmente allo sviluppo di farmaci più mirati con minori effetti collaterali.
Per l'intelligenza artificiale
Le reti neurali artificiali moderne sono ispirate ai cervelli biologici, ma in modo molto astratto. Una mappa reale di connessioni può suggerire nuovi modelli e strategie per algoritmi di intelligenza artificiale più efficienti. Il progetto MICrONS ha già contribuito a sviluppare il campo emergente della NeuroAI, che applica principi neuroscientifici all'intelligenza artificiale.
Per la collaborazione scientifica
Come ha sottolineato Ila Fiete del MIT, membro dell'IBL, strutturare una collaborazione che raccoglie un grande dataset standardizzato che singoli laboratori non potrebbero assemblare rappresenta una direzione rivoluzionaria per le neuroscienze di sistema, avviando il campo verso la modalità iper-collaborativa che ha contribuito ai balzi in avanti nella fisica delle particelle e nella genetica umana.
Nonostante i risultati straordinari, c'è ancora molta strada da fare. La mappa MICrONS rappresenta solo circa un millesimo del cervello completo di un topo, che a sua volta è circa 500 volte più grande del millimetro cubo mappato. Il cervello umano è poi circa 1.000 volte più grande di quello di un topo, con 86 miliardi di neuroni e potenzialmente centinaia di trilioni di connessioni.
Tuttavia, i ricercatori sono ottimisti. Le tecnologie sviluppate sono diventate molto più veloci ed efficienti negli ultimi anni. Il programma BRAIN CONNECTS, finanziato dal National Institutes of Health, sta già lavorando per estendere questi risultati, con scienziati che stanno mappando i connettomi di diverse specie, dai moscerini della frutta ai macachi fino agli esseri umani.
Il 2025 rimarrà nella storia come l'anno in cui le neuroscienze hanno compiuto un salto quantico. Con la mappa strutturale più dettagliata mai ottenuta e la prima mappa funzionale completa dell'attività cerebrale durante il processo decisionale, abbiamo ora strumenti senza precedenti per comprendere come funziona il cervello. Queste scoperte non solo ampliano la nostra conoscenza del funzionamento cerebrale, ma offrono anche strumenti potenti per combattere le malattie neurologiche, ispirare nuove tecnologie e avvicinarci all'obiettivo più ambizioso: comprendere come i nostri cervelli generano pensieri, emozioni e coscienza.
Fonti
Progetto MICrONS (aprile 2025):
The MICrONS Consortium. (2025). Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08790-w
Princeton University News Release, 9 aprile 2025 International Brain Laboratory (settembre 2025):
International Brain Laboratory et al. (2025). "A brain-wide map of neural activity during complex behaviour". Nature, 645, 177–191. DOI: 10.1038/s41586-025-09235-0
Findling, C., Hubert, F., IBL et al. (2025). "Brain-wide representations of prior information in mouse decision-making". Nature, 645, 192–200. DOI: 10.1038/s41586-025-09226-1
MICrONS Explorer: https://www.microns-explorer.org