Prendendo a modello i grandi progetti di fisica delle particelle, l’International Brain Lab riunirà molti dei più illustri neuroscienziati e numerosi laboratori statunitensi ed europei per studiare il funzionamento del cervello a partire dall’analisi di un singolo comportamento
di Alison Abbott/Nature
I più eminenti neuroscienziati stanno unendo le forze per studiare il cervello, proprio come i fisici si uniscono in mega-progetti per andare a caccia di nuove particelle.
L’International Brain Lab (IBL), lanciato il 19 settembre, combina 21 dei più importanti laboratori di neuroscienze negli Stati Uniti e in Europa in una gigantesca collaborazione che svilupperà teorie sul funzionamento del cervello concentrandosi su un unico comportamento condiviso da tutti gli animali: la ricerca di cibo, o foraggiamento. Per varare IBL, Wellcome Trust di Londra e Fondazione Simons di Washington, D.C., hanno stanziato più di 13 milioni di dollari in cinque anni.
Il tentativo è dare una scossa agli studi neuroscientifici a livello cellulare, solitamente effettuati da singoli laboratori che studiano il ruolo di un numero limitato di circuiti cerebrali durante comportamenti semplici. Il laboratorio IBL “virtuale” si interrogherà invece sul modo in cui un cervello di topo, nella sua interezza, genera comportamenti complessi in ambienti in continua evoluzione che rispecchiano le condizioni naturali.
Il progetto sfrutterà in primo luogo chip che possono registrare contemporaneamente i segnali elettrici di migliaia di neuroni. Inoltre userà anche altre tecnologie emergenti, come le tecniche di optogenetica che permettono di controllare i neuroni con la luce. “È un nuovo approccio che probabilmente fornirà nuove importanti intuizioni sul cervello e sul comportamento”, afferma Tobias Bonhoeffer, direttore del Max-Planck-Institut per la neurobiologia a Martinsried, in Germania, e membro del consiglio di amministrazione del Wellcome Trust.
I progetti su larga scala nel campo delle neuroscienze non sono pochi. Nel 2013 la Commissione europea ha annunciato il progetto decennale Human Brain Project, che costerà oltre un miliardo di euro; e nel 2014, il presidente statunitense Barack Obama ha lanciato la US Brain Initiative per lo sviluppo di neuro-tecnologie, con un finanziamento di 110 milioni di dollari per quell’anno. Dal 2003 l’Allen Institute for Brain Science a Seattle, nello Stato di Washington, ha iniziato a creare mappe complete dell’anatomia cerebrale e dei circuiti neurali. Anche Giappone, Cina, Canada e altri paesi hanno varato o stanno pianificando grandi iniziative proprie nel campo delle neuroscienze.
Ma nessuna di queste iniziative è strutturata come IBL, che sarà governata in modo analogo ai grandi progetti di fisica come ATLAS e CMS, al laboratorio europeo di fisica delle particelle CERN, che nel 2012 ha scoperto il bosone di Higgs. Le due collaborazioni, che sfruttano il Large Hadron Collider del CERN vicino a Ginevra, in Svizzera, hanno riunito sperimentatori e teorici di centinaia di laboratori in tutto il mondo per testare le previsioni del modello standard della fisica delle particelle.
Come l’imponente squadra del CERN, IBL ha creato una “gerarchia piatta” e un processo di collaborazione decisionale che prevede incontri via web quasi quotidiani. Invece di agire solo quando viene raggiunto un accordo generale, le squadre prenderanno decisioni per semplice consenso: “Nessuno sarà in grado di fermare un esperimento proposto senza avanzare ragioni molto convincenti del suo probabile esito disastroso”, afferma Alexandre Pouget, membro dell’IBL e neuroscienziato computazionale all’Università di Ginevra.
Finora, dice Andreas Herz, neuroscienziato teorico all’Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera, in Germania, “le neuroscienze sono rimaste bloccata in una fase esplorativa”. IBL punterà a generare e testare teorie unificanti relative al modo in cui il cervello codifica ed elabora le informazioni, cercando di ottenere l’equivalente del modello standard dei fisici.
Ma l’IBL è pressoché unico tra i grandi progetti neuroscientifici nello sforzo di fondere teoria e pratica, sottolinea Katrin Amunts, neuroanatomista allo Jülich Research Centre, in Germania. Amunts presiede anche il consiglio scientifico dello Human Brain Project, un’iniziativa europea che nel tentativo di capire come funziona il cervello sta prendendo un approccio più convenzionale. “Il futuro mostrerà qual è il migliore”, dice.
I principal investigators di IBL, che includono esperti di analisi dati e neuroscienziati sperimentali e teorici, dedicheranno all’impresa circa il 20 per cento del loro tempo. Durante i primi due anni, IBL metterà a punto strumenti informatici per la condivisione automatica dei dati e istituirà un protocollo sperimentale affidabile per un compito di foraggiamento di base nei topi. I membri saranno tenuti a registrare i loro esperimenti prima di iniziarli e i risultati saranno immediatamente visibili a tutta la collaborazione.
“È una grande sfida, non è il modo in cui il campo sta lavorando al momento”, afferma Anne Churchland, membro di IBL e ricercatrice al Cold Spring Harbor Laboratory, a New York.
Nelle neuroscienze sperimentali, un cambiamento anche minimo dei parametri può alterare i risultati dell’esperimento. Il protocollo standard di IBL tenta di affrontare tutte le possibili fonti di variabilità, dalle diete dei topi alla temporizzazione e alla quantità di luce a cui sono esposti ogni giorno e al tipo di lettiera su cui dormono. E prima che risultati e dati siano resi pubblici, ogni esperimento verrà replicato in almeno un laboratorio indipendente, usando protocolli identici.
“Questo tipo di approccio aiuterà a risolvere la crisi di riproducibilità”, afferma Christof Koch, presidente dell’Allen Institute for Brain Science.
L’estensione di IBL oltre la sua fase pilota richiederà molto più di 13 milioni di dollari, riconosce Pouget. Dopo aver stabilito il protocollo di foraggiamento, la seconda fase del progetto verificherà le specifiche teorie relative al modo in cui il cervello integra le diverse informazioni per prendere decisioni momento per momento. Pouget spera anche di arruolare molti altri laboratori e di ampliare la gamma di comportamenti studiati.
Per Herz, un teorico che è membro di un’influente rete di neuroscienze computazionali, è tempo che le neuroscienze adottino un simile rigore. “Fra cent’anni – dice – ci si guarderà indietro e ci si chiederà perché, finora, non si era riusciti a sviluppare un approccio più simile a quello della fisica nella di progettazione degli esperimenti per consolidare o smentire teorie”.
(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 19 settembre 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)
Fonte: http://www.lescienze.it/news/2017/09/21/news/modello_standard_neuroscienze_cervello-3669502/
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