L’Istituto Allen ha avviato quattro progetti per indagare queste questioni attraverso OpenScope, un osservatorio condiviso di neuroscienza. Allo stesso modo in cui gli astronomi utilizzano pochi osservatori ben attrezzati per studiare l’universo, il programma OpenScope consente ai neuroscienziati di tutto il mondo di proporre e dirigere esperimenti sulla piattaforma dell’Allen Brain Observatory. Tutte le ricerche sono liberamente accessibili a chiunque affronti questioni aperte sull’attività neurale in salute e malattia.
Ora nel suo sesto anno, OpenScope mira a “pionierizzare un nuovo modello in neuroscienza”, ha dichiarato Jérôme Lecoq, Ph.D., ricercatore associato all’Istituto Allen.
“La nostra piattaforma migliora l’acquisizione dei dati e la condivisione globale, mentre consente ai singoli laboratori di sfruttarla per le loro ricerche scientifiche uniche”, ha affermato Lecoq, che co-dirige OpenScope con Christof Koch. “Ci sforziamo di combinare il meglio di entrambi i mondi: domande specifiche affrontate da team appassionati e una piattaforma sofisticata gestita da sperimentatori esperti. Questa è la nostra visione per il futuro della neuroscienza.”
Scienza psichedelica: uno dei progetti di quest’anno esplorerà come la psilocibina, il composto psicoattivo nei “funghi magici”, modifichi l’attività cerebrale a livello cellulare. Questo composto, noto per indurre intense esperienze psichedeliche negli esseri umani, sarà utilizzato per indagare i meccanismi neurali che sottendono la cognizione e la percezione alterate.
Utilizzando tecniche di registrazione avanzate nei topi, gli scienziati osserveranno come i neuroni comunicano diversamente sotto l’influenza della psilocibina. Esploreranno anche come queste modifiche possano influenzare la capacità del cervello di elaborare e prevedere informazioni sensoriali, cruciale per comprendere come viene costruita la percezione.
“Il nostro interesse per questi composti va oltre le loro potenziali applicazioni cliniche”, ha affermato Roberto de Filippo, Ph.D., postdoc presso l’Università Humboldt di Berlino. “Crediamo che scoprire i meccanismi biologici alla base dei loro effetti possa fornire intuizioni fondamentali sui processi che governano la percezione, la cognizione e la coscienza stessa.”
Questo progetto è guidato da de Filippo; Torben Ott, Ph.D., dell’Università Humboldt di Berlino; e Dietmar Schmitz, Ph.D, della Charité – Universitätsmedizin Berlin.
Come il passato modella sottilmente la nostra visione del mondo: spesso trascuriamo i cambiamenti graduali nelle persone che vediamo regolarmente, notando le differenze solo quando guardiamo una foto vecchia o ci riuniamo con gli amici dopo molto tempo. Nonostante questi cambiamenti siano quasi impercettibili, i nostri cervelli aggiornano costantemente le nostre memorie con questi dettagli.
Un progetto OpenScope del 2024 mira a scoprire le basi neurali di questi aggiornamenti. Utilizzando la piattaforma Allen Brain Observatory, i ricercatori analizzeranno l’attività cerebrale nei topi per comprendere come il sistema visivo del cervello reagisca ai cambiamenti nel tempo. Tradizionalmente, si pensava che il sistema visivo elaborasse solo le informazioni sensoriali in arrivo. Tuttavia, recenti scoperte suggeriscono che questo sistema archivia anche le memorie visive e le utilizza per prevedere ciò che vedremo successivamente.
“Vogliamo capire come tali memorie influenzino la percezione dei visual reali e quale ruolo giocano diverse aree cerebrali in questo processo”, ha detto Yaniv Ziv, Ph.D., professore presso l’Istituto Weizmann di Scienze. “Comprendendo questo, miriamo a scoprire se queste memorie influenzano quanto flessibile o rigido sia il nostro processo visivo. Ad esempio, se abbiamo già visto qualcosa di simile in precedenza, ciò rende il nostro cervello più o meno propenso ad adattarsi a nuove informazioni visive?”
Questo progetto è guidato da Ziv; Daniel Deitch; Alon Rubin, Ph.D.; e Itay Talpir, tutti all’Istituto Weizmann di Scienze.
Decifrare come il cervello percepisce il movimento: come riconosce il cervello gli oggetti che si muovono intorno a noi? Questo progetto OpenScope del 2024 mira a chiarire questo processo fondamentale studiando la percezione del movimento nella corteccia visiva dei topi. Mentre studi precedenti hanno identificato le regioni cerebrali che rispondono a diversi tipi di movimento, la circuitazione neurale sottostante rimane poco compresa. Questo progetto utilizzerà la microscopia per osservare contemporaneamente l’attività di molti neuroni nel corso di diverse settimane e in diverse parti della corteccia visiva.
Il team spera di caratterizzare la rappresentazione neuronale del movimento attraverso le regioni cerebrali e i tipi cellulari e comprendere i circuiti specifici che li supportano. Le intuizioni ottenute da questo lavoro potrebbero avere implicazioni più ampie, poiché gli stessi tipi cellulari e circuiti si trovano in tutta la corteccia.
“Se riusciamo a capire come questi circuiti elaborano le informazioni nel sistema visivo, c’è una buona possibilità che gli stessi principi si applichino in tutto il cervello”, ha affermato Julia Veit, Ph.D., professoressa all’Università di Friburgo.
Questo progetto è guidato da Veit; Henning Sprekeler, Ph.D., della Technical University di Berlino; e Yael Oran, Ph.D., dell’Università di Friburgo.
Vedere i pattern intorno a noi: i nostri cervelli riconoscono istantaneamente innumerevoli texture visive complesse che ci circondano, dalle intricate decorazioni sulle ali di una farfalla ai pattern del legno. Ma come riesce a compiere questa notevole impresa di percezione visiva? In questo progetto OpenScope, i topi saranno addestrati a distinguere le texture mentre l’attività neuronale viene monitorata nella corteccia visiva, collegando le risposte neurali alla percezione. Gli obiettivi principali sono determinare come alcune texture vengano riconosciute facilmente mentre altre rappresentano una sfida, e mappare come diverse regioni cerebrali interagiscano per trasformare gli input visivi in rappresentazioni coerenti che guidano il comportamento.
Questi risultati potrebbero scoprire principi fondamentali su come il cervello estrae la comprensione dal nostro mondo visivo riccamente decorato, hanno affermato i ricercatori. Tuttavia, la scala e la complessità della ricerca richiedono strumenti e risorse oltre quelli di un laboratorio tipico.
“L’uso dell’Allen Brain Observatory non solo aumenterà la portata e la portata del nostro progetto più volte, ma ci permetterà anche di confrontare e contestualizzare con tutti gli altri progetti di Open Science che hanno guidato nell’ultimo decennio”, ha detto Federico Bolaños, Ph.D., scienziato capo dei dati all’Università della Columbia Britannica. “Come è accaduto in altri campi come la fisica delle alte energie o l’astronomia, la ricerca in neuroscienze dei sistemi deve passare da laboratori individuali a una comunità più grande e interconnessa, in cui progrediamo insieme.”
Questo progetto è guidato da Bolaños; Timothy Murphy, Ph.D., dell’Università della Columbia Britannica; e Javier Orlandi, Ph.D., dell’Università di Calgary.