Ci sono volute ben 21 milioni di istantanee riprese con un microscopio elettronico su più di 7000 sezioni cerebrali, ma alla fine i ricercatori dell’Howard Hughes Medical Institute guidati da David Bock hanno raggiunto il loro obiettivo, descritto sulle pagine della rivista “Cell”: una mappa ad alta risoluzione delle connessioni neurali del cervello di Drosophila melanogaster, il comune moscerino della frutta, utilizzatissimo nella ricerca biomedica.

L'insetto è prezioso soprattutto per le neuroscienze. Il suo cervello, grande quanto la metà di un seme di papavero, è formato da circa 100.000 neuroni, contro i circa 100 miliardi di un cervello umano. È quindi relativamente semplice, anche se è in grado di sovraintendere ad alcune funzioni complesse, come apprendere e ricordare.

Per studiare nel dettaglio circuiti neuronali e sinapsi, le connessioni tra neuroni, del cervello del moscerino Bock e colleghi hanno usato una tecnica di imaging neurale all’avanguardia chiamata microscopia elettronica a trasmissione a sezione seriale.

La tecnica prevede l’infusione nel cervello di una miscela di metalli pesanti, che si accumulano nelle membrane cellulari e nelle sinapsi. L’apparecchiatura invia sul campione fasci di elettroni che passano attraverso ogni tessuto tranne in quelli in cui si sono accumulati i metalli pesanti, evidenziando così i contorni anatomici di queste strutture, fissati in imamgini digitali.

Ma la chiave per ottenere una mappatura così completa del cervello del moscerino è stata la possibilità di ottenere moltissime immagini in brevissimo tempo. La rapidità d’azione era sempre stata un tallone d’Achille della microscopia elettronica, ma Bock e colleghi, in collaborazione con un gruppo di ingegneri e sviluppatori di software, hanno utilizzato fotocamere ad alta velocità associate a un nuovo metodo per muovere rapidamente i campioni di tessuto a passi di pochi micron ciascuno. Ciò ha permesso di completare la mappatura di tutte le sezioni del cervello in circa sette minuti, un tempo cinque volte inferiore a quello necessario finora per un compito analogo.

Al di là dei dettagli tecnici, il risultato è importante per riuscire a ricostruire la mappa di aree cerebrali la cui funzione è rimasta finora inesplorata.

Gli autori sono riusciti per esempio a ricostruire in dettaglio il cammino dei neuroni che si connettono ai corpi peduncolati, una regione cerebrale che negli insetti è coinvolta nei meccanismi di memoria e apprendimento.

Questi neuroni, chiamati proiezioni olfattive, inviano segnali ai neuroni chiamati cellule di Kenyon che, a loro volta, si collegano a diverse popolazioni di neuroni. Le nuove scansioni ad alta risoluzione hanno evidenziato un dato finora sconosciuto, e cioè che le cellule di Kenyon sono in collegamento con una specifica parte dei corpi peduncolati denominata calice.

Complessivamente le nuove immagini mostrano che le connessioni neurali del cervello della drosofila, e in particolare le proiezioni olfattive, sono molto più organizzate in fasci di quanto ritenuto, il che suggerisce la presenza di una struttura ordinata in regioni considerate tradizionalmente caotiche.

“Una migliore definizione dei circuiti cerebrali di Drosophila potrebbero aprire la strada a una maggiore comprensione del comportamento del moscerino della frutta: riteniamo per esempio di poter capire qualcosa di più di come questo insetto apprende, in particolare di come associa gli odori a ricompense e punizioni”, ha concluso Bock.