Mappato il cervello di un maschio di mosca: 124 milioni di connessioni, e un 5% che cambia tutto
Tutte le connessioni nervose del cervello di un maschio di mosca della frutta sono state ricostruite in 3D. Rispetto alla femmina cambia solo il 5% delle cellule, ma è lì che si giocano corteggiamento, aggressività e canto d'amore.
È grande come una capocchia di spillo, eppure per molti versi è più efficiente di un supercomputer e più furbo dell'intelligenza artificiale più avanzata. Il cervello di un maschio di mosca della frutta è stato ora mappato per intero: tutte le 124 milioni di connessioni tra cellule nervose, ricostruite in 3D e confrontate con quelle della femmina mappata due anni fa. Il risultato è una «nuova frontiera davvero importante nelle neuroscienze», come la definisce Gregory Jefferis, del Laboratorio di Biologia Molecolare del Medical Research Council e dell'Università di Cambridge, che ha co-diretto la ricerca.
Per costruire la mappa, ogni cellula nervosa, ogni fibra, ogni connessione è stata analizzata e ricomposta. Il confronto con la femmina ha prodotto un dato sorprendente: circa il 95% delle cellule è condiviso tra i due sessi. Il restante 5%, però, basta a determinare comportamenti piuttosto diversi. «Ci aspettavamo di trovare differenze, e le abbiamo trovate, e siamo entusiasti di quello che abbiamo ottenuto», dice Isabella Beckett, una delle prime firmatarie dell'articolo pubblicato sulla rivista Cell.
Le differenze si concentrano su tre circuiti. Nel corteggiamento, il maschio insegue la femmina mentre si muove: i ricercatori hanno trovato nei maschi elementi in più che potenziano l'inseguimento visivo. Nei circuiti dell'aggressività il divario è ancora più grande: i maschi combattono più spesso e hanno molte più connessioni dedicate a quel comportamento. E poi c'è il canto d'amore. I maschi producono il suono facendo vibrare le ali, con connessioni che le femmine non hanno. Se il circuito non è perfetto, le conseguenze possono essere disastrose. «Se alla femmina piace, gli permetterà di avvicinarsi, e se non le piace, e non è ricettiva in quel momento, lo respingerà, e può essere un calcio in faccia», racconta Philipp Schlegel, coautore dello studio.
A determinare queste tre differenze sono due geni chiave, noti da anni, insieme al loro legame con i comportamenti. Quello che non erano mai riusciti a vedere è l'anello mancante: le connessioni reali che quei geni producono. Ora, per la prima volta, quel passaggio è visibile. «C'è una sola variabile indipendente, il sesso, e si vede cosa cambia. È il sogno di uno scienziato», osserva Beckett.
Nessuno pretende di spiegare le differenze tra uomini e donne a partire da una mosca: il nostro comportamento è molto più complesso, e il team ci tiene a precisarlo. Ma il confronto tra due cervelli che differiscono solo per poche connessioni associate a comportamenti noti permette di vedere chiaramente i principi alla base dei cambiamenti nei circuiti cerebrali. È il passaggio che mancava per capire come i geni influenzano il comportamento: si sa da decenni che lo fanno, ma non come. «Ci sono schemi di comportamento negli esseri umani che sembrano avere una forte base genetica. Per esempio, ci sono molte varianti genetiche ora associate alla schizofrenia e ai disturbi dello spettro autistico che non comprendiamo davvero», spiega Jefferis.
La ricerca apre anche una strada per l'intelligenza artificiale. «Per avere un'intelligenza artificiale efficiente quanto i nostri cervelli, probabilmente servirà più ispirazione biologica», aggiunge Jefferis. Qualcuno ha già inserito il cervello della mosca in reti artificiali per capire se può aiutare ad apprendere e controllare sistemi artificiali.