Ricerche

L'esame dell'attività elettrica nel cervello di topi allevati in un ambiente arricchito (destra) mostra una maggiore attività, che indica la presenza di connessioni migliori e più estese, di quella dei topi della gabbia standard (sinistra). Fonte: DZNE / Amin Lab (Bionics)

Che le esperienze lascino una traccia nella connettività del cervello è noto da tempo, ma uno studio pionieristico di ricercatori del DZNE e della Dresda University of Technology (TUD) ora mostra quanto siano davvero enormi questi effetti.

I risultati (ottenuti sui topi) forniscono approfondimenti senza precedenti sulla complessità delle reti neurali su larga scala e sulla plasticità cerebrale. Potrebbero anche aprire la strada a nuovi metodi di intelligenza artificiale ispirati al cervello. I risultati dello studio, basati su una tecnologia innovativa 'Brain-on-Chip', sono pubblicati su Biosensors and Bioelectronics.

I ricercatori di Dresda hanno esplorato la questione di come un'esperienza arricchita influisce sui circuiti del cervello. Per questo, hanno sviluppato e impiegato un cosiddetto neurochip con oltre 4.000 elettrodi per rilevare l'attività elettrica delle cellule cerebrali. Questa piattaforma innovativa ha permesso di registrare contemporaneamente lo 'sparo' di migliaia di neuroni. L'area esaminata - molto più piccola delle dimensioni di un'unghia umana - copriva l'intero ippocampo dei topi.

Questa struttura cerebrale, condivisa con gli umani, ha un ruolo fondamentale nell'apprendimento e nella memoria, rendendolo un obiettivo primario per i danni delle demenze, come l'Alzheimer. Per il loro studio, gli scienziati hanno confrontato il tessuto cerebrale di topi che sono stati allevati in modo diverso. Mentre un gruppo di roditori è cresciuto in gabbie standard, che non offrivano stimoli speciali, altri erano alloggiati in un 'ambiente arricchito' che includeva giocattoli riorganizzabili e tubi di plastica simili a labirinti.

Il dott. Hayder Amin, autore senior dello studio, esperto di neuroelettronica e neuroscienze computazionali, direttore di un gruppo di ricerca al DZNE e che ha sviluppato con il suo team gli strumenti tecnologici e di analisi usati in questo studio, ha affermato:

"I risultati hanno superato di gran lunga le nostre aspettative. In parole semplici, si può dire che i neuroni dei topi dell'ambiente arricchito erano molto più interconnessi di quelli dei topi allevati nell'ambiente abitativo standard. Indipendentemente dal parametro che abbiamo esaminato, un'esperienza più ricca ha letteralmente aumentato le connessioni nelle reti neuronali. Questi risultati suggeriscono che condurre una vita attiva e varia modella il cervello su basi completamente nuove".

Intuizione senza precedenti sulle reti cerebrali

Il Prof. Gerd Kempermann, che ha guidato lo studio e ha lavorato sulla questione di come l'attività fisica e cognitiva aiuti il cervello a formare resilienza verso l'invecchiamento e le malattie neurodegenerative, attesta:

“Tutto ciò che sapevamo finora in quest'area proviene da studi con elettrodi singoli o tecniche di scansione come la risonanza magnetica. La risoluzione spaziale e temporale di queste tecniche è molto più grossolana del nostro approccio. Qui possiamo letteralmente vedere i circuiti al lavoro fino alla scala delle singole cellule. Abbiamo applicato strumenti computazionali avanzati per estrarre dalle nostre registrazioni un'enorme mole di dettagli sulle dinamiche di rete nello spazio e nel tempo".

“Abbiamo trovato una vasta gamma di dati che illustrano i benefici di un cervello modellato da una ricca esperienza. Ciò apre la strada a comprendere il ruolo della plasticità e della formazione di riserva [cognitiva] nella lotta alle malattie neurodegenerative, in particolare per quanto riguarda nuove strategie preventive. Inoltre, ciò contribuirà a fornire approfondimenti sui processi patologici associati alla neurodegenerazione, come le disfunzioni delle reti cerebrali".

Potenziale per l'intelligenza artificiale ispirata al cervello

"Svelando il modo in cui le esperienze modellano il connettoma e le dinamiche del cervello, non stiamo solo allargando i confini della ricerca sul cervello", afferma il dott. Amin. “L'intelligenza artificiale si ispira al modo in cui il cervello calcola le informazioni. Pertanto, i nostri strumenti, e le intuizioni che consentono di generare, potrebbero aprire la strada a nuovi algoritmi di apprendimento automatico".