Il MIT sviluppa un microscopio ottico per mappare i neuroni in tempo reale

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno messo a punto una nuova tecnica di microscopia ottica ad alta velocità capace di registrare l'attività elettrica dei singoli neuroni distribuiti nell'intero cervello di un organismo vivente, nello specifico il pesce zebra. La metodologia, i cui dettagli sono stati pubblicati sulle pagine della rivista scientifica Nature Methods, segna un passo avanti rispetto alle tecnologie di imaging tradizionali basate sugli indicatori di calcio, che soffrono di ritardi temporali significativi nel catturare la dinamica dei segnali nervosi.

Superare l'imaging del calcio: come funziona la nuova tecnologia

Fino a oggi, la mappatura dell'attività neurale su larga scala si è affidata principalmente a sensori fluorescenti che tracciano gli Ioni di calcio. Sebbene efficaci nel mostrare quali aree del cervello siano attive, il calcio agisce come un'ombra ritardata rispetto al vero impulso elettrico, impiegando centinaia di millisecondi per salire e scendere. Il nuovo approccio sviluppato al MIT aggira questo ostacolo combinando microscopi a scansione rapida con sensori di tensione geneticamente modificati. Questo permette di catturare variazioni di voltaggio della membrana cellulare su scala milliseconda, offrendo una visione cinematografica e continua della rete neurale anziché un'istantanea sfocata.

Le prospettive per la ricerca biomedica e le neuroscienze

Per la comunità scientifica, la possibilità di osservare circuiti neurali completi accesi in tempo reale apre scenari inediti nello studio di patologie neurologiche complesse come l'epilessia, l'autismo o le malattie neurodegenerative. Capire con precisione milliseconda come le informazioni viaggiano da un'area all'altra del cervello animale fornisce ai neuroscienziati una chiave di lettura fondamentale per decodificare i processi cognitivi. Sebbene l'applicazione clinica sull'uomo resti lontana e confinata alla ricerca di base su modelli animali, l'evoluzione di questi strumenti ottici e dei sensori molecolari stimola investimenti crescenti nell'hardware di laboratorio ad alte prestazioni.

L'avanzamento tecnologico nei sistemi di acquisizione ottica e nell'elaborazione dei dati ad altissima velocità dimostra come la convergenza tra biologia e ingegneria elettronica continui a spostare i confini di ciò che è misurabile. Le strumentazioni necessarie per gestire flussi di dati così imponenti richiedono una potenza di calcolo che alimenta la domanda di soluzioni hardware avanzate, rilevanti anche per il settore dei componenti per PC ad alte prestazioni.