Studiare il cervello “un neurone per volta”

Il metodo Senpai rappresenta un avanzamento significativo rispetto agli strumenti attualmente disponibili

Un nuovo metodo rivoluzionario per investigare le strutture fondamentali del cervello, denominato Senpai, permette di isolare e visualizzare la forma di un singolo neurone, separandolo dalle complesse connessioni del tessuto cerebrale. Frutto di un’innovativa ricerca dell’Università di Pisa in collaborazione con l’Istituto di Psichiatria e Neuroscienze di Parigi, questo metodo consente di ottenere immagini ad alta risoluzione della morfologia neuronale e di caratterizzarne i circuiti fino a scale estremamente ridotte. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Communications.

Il metodo Senpai

I miliardi di neuroni ‘impacchettati’ nel nostro cervello costituiscono una vera e propria giungla, tenuta insieme da connessioni molto complesse,” spiega Nicola Vanello, docente di bioingegneria presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e il Centro Piaggio dell’Università di Pisa. “Isolare un singolo albero è estremamente difficile. Poter caratterizzare un neurone singolo preso da un tessuto di un essere vivente è sempre stato un obiettivo primario per la comunità scientifica. Senpai ci consente di segmentare neuroni ex vivo su scala cellulare e subcellulare, di caratterizzare l’arborizzazione neuronale, i diametri dei rami dendritici o la densità delle spine in modo più accurato e fedele rispetto agli attuali algoritmi e strumenti di elaborazione delle immagini.”

L’Innovazione di Senpai

Il metodo Senpai rappresenta un avanzamento significativo rispetto agli strumenti attualmente disponibili. “Particolarmente importante è la caratterizzazione delle spine dendritiche,” prosegue Simone Cauzzo, post-doc in bioingegneria e primo autore dell’articolo. “Le spine dendritiche sono responsabili degli input elettrici tra le sinapsi. Dalla loro forma, dimensione e numero dipendono funzioni come l’apprendimento, la memoria e la motivazione. Infatti, alterazioni di questi parametri e dunque dell’attività sinaptica sono riscontrabili in molte condizioni patologiche, come l’Alzheimer, e in diverse disfunzioni cerebrali.”

Segmentare i neuroni

Senpai è stato sviluppato dai bioingegneri dell’Università di Pisa nell’ambito del progetto Sensei del Centro di Ricerca di Ateneo E. Piaggio, finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (Mur) per il programma Flag-Era. Il metodo si fonda su tecniche avanzate di acquisizione delle immagini dei campioni di tessuto cerebrale, successivamente elaborate da un algoritmo capace di segmentare i singoli neuroni e ricostruire un modello tridimensionale.

La capacità di segmentare e modellare i neuroni con tale precisione apre nuove strade nella comprensione delle connessioni neurali e del loro ruolo nelle varie funzioni cerebrali e disfunzioni. La ricerca condotta rappresenta un passo avanti cruciale nella neurobiologia, con potenziali applicazioni che spaziano dallo studio delle malattie neurodegenerative alla creazione di modelli più accurati del funzionamento cerebrale.