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Cura di sé

 

Il Professore Egidio D'AngeIl Professore Egidio D'Angelo,
Department of Brain and
Behavioral Sciences, Università di Pavia

di Paola Serristori

Un cervello “tecnologico” ci guarirà dalle malattie del sistema nervoso. “Le potenzialità di Human Brain Project sono da proiettare in tre direzioni – spiega il Professore Egidio D'Angelo, Director Brain Connectivity Center (BCC), Università di Pavia, uno dei leaders di questa ricerca mondiale - : di tipo conoscitivo, molto importante perchè il progetto ha come obiettivo la comprensione generale del funzionamento del cervello. Uno dei quesiti più grandi che l'uomo si è posto. Poi c'è un obiettivo più concreto, di tipo biomedico: Human Brain sarà in grado di dare risposte a quesiti sulla patogenesi delle malattie e relativi alla potenziale terapia delle malattie del sistema nervoso. Il terzo campo di intervento è la tecnologia. Human Brain potrebbe sviluppare tecnologie avanzate di tipo informatico e teorie sul funzionamento del cervello da applicare in modo diretto ed indiretto al funzionamento di sistemi automatici e di robot”.

A che punto siete?

“Il progetto si svilupperà in dieci anni, a partire dal 1° ottobre 2013, per cui non bisogna aspettarsi che i risultati principali escano subito. Insieme agli obiettivi è stata prevista una struttura di sviluppo durante questi anni molto precisa, che consentirà di metter a punto le varie parti in sintonia sino all'obiettivo finale. Al momento siamo in fase di start-up, attivazione di tutte le procedure scientifiche, sperimentali, modellistiche che porteranno all'attività vera e propria del progetto”.

Come lavorate?

“Tutte le modalità saranno utilizzate, tant'è vero che il progetto è articolato su numerose piattaforme, una dedicata alla simulazione delle funzioni cerebrali e basata su modelli matematici, quindi si lavorerà con supercomputers, che sono un punto chiave del progetto. Ci sarà una parte fortemente tecnologica, relativa agli sviluppi di microcircuiti, più ingegneristca. Una parte teorica. Una parte biomedica dello studio delle malattie e che comprenderà in larga misura tecniche di Neuroimaging. Poi la sperimentazione biologica a vari livelli, molecolare e cellulare. Infine, una componente relativa ad aspetti etici e teorici dello studio del cervello, che avrà un suo sviluppo”.

Com'è strutturato il network?

“Il progetto comprende 87 laboratori: quasi tutti in Europa, una decina nelle Americhe (Nord e Sud), poi Giappone e Cina”.

 

Human Brain Project, un modHuman Brain Project, un modello simula le funzioni del cervello umano

In Italia?

“Cinque laboratori: all'Università di Pavia, dove io mi occuperò del progetto, all'Università di Firenze, al Politecnico di Torino per lo sviluppo di ingegneria neuromorfa, strutture ingegneristiche basate sulla struttura e funzioni del cervello, al Fatebenefratelli di Brescia per la Medical Informatics, Informatica medica e studio delle patologie, al Cineca centro di elaborazione informativo italiano, a Bologna, dotato di 'Blue Gene', uno dei computer più potenti del mondo e che sarà utilizzato per una parte di questi studi”.

Come porterete avanti la ricerca tra voi colleghi scienziati nel mondo?

“C'è un'organizzazione molto capillare. Tutti i gruppi coinvolti hanno individualmente notevole potenzialità di interconnessione che deriva da una storia scientifica articolata, c'è un network gigantesco. Uno degli aspetti salienti è il database, per cui ci sarà un'elaborazione delle conoscenze disponibili. Di recente è stato fatto un intervento propedeutico all'attivazione di Human Brain, ovvero lanciare su Frontiers of Neuroscience, un gruppo editoriale localizzato nel Politecnico di Lausanne, che è la stessa sede di Human Brain, che ha gà iniziato questa raccolta dati estesissima. Abbiamo fatto 'special issues' di Frontiers su cervelletto, corteccia, gangli della base. PubMed è un collettore finale, il motore di ricerca, da cui si estraggono le fonti, invece quello che è stato fatto da Frontiers è fare nuovi studi, un lavoro di review, che hanno contribuito a far il punto”.

Seconda fase?

“Attivazione di tutte le procedure, che è già iniziata. Una nuova riunione a Lausanne, in settimana, il meeting di partenza, che sarà seguito immediatamente da riunione di attivazione di tutte le procedure. Questa fase durerà due anni e mezzo. Alla fine il progetto sarà nella fase pienamente operativa”.

Avete contatti con chi sta guidando clinical trials?

“I contatti vengono tenuti dal gruppo di Medical Informatics”.

Ci sarà piena condivisione step by step dei risultati?

“Questo è sempre un argomento molto delicato. La pubblicazione dei dati è lasciata ai singoli scienziati, però l'attivazione delle procedure comuni è la priorità del progetto. Esempi di modelli di neuroni sono stati fatti inizialmente da noi, ma ora vanno tradotti e trasferiti a tutta la comunità scientifica”.

 

The Human Brain Project, una delle massime sfide della Ricerca nel Terzo MillennioThe Human Brain Project, una delle massime sfide della Ricerca nel Terzo MillennioGuarda la gallery

 

C'è scetticismo sulla simulazione rispetto alla reale funzionalità...

“Chi non conosce a fondo il progetto non sa che noi controtestiamo continuamente tutto quello che facciamo. Quando il modello fa una previsione, la verifichiamo, non lo lasciamo procedere all'infinito, non avrebbe alcun senso. In Biologia, soprattutto, vista la grande quantità di variabili che entrano in gioco, le deduzioni devono essere valutate con grande attenzione.

Di modelli ne esistono di due grandi categorie: quelli 'top down' o teorici, secondo cui un pensatore ad un certo punto ha un'idea e dice 'secondo me le cose funzionano così' e verifica. Per le funzioni del cervello non si riesce ad avere un'intuizione sensata. Ci hanno provato in tanti. Tutte le volte che viene prodotto un modello teorico, anche sofisticato, dopo qualche anno crolla perchè si scontra con realtà sperimentali che lo demoliscono. La tecnica che si utilizza qui è inversa: 'bottom up', dalla base in sù. Noi ricostruiamo la natura fisica del sistema con estrema cautela e precisione di modo che il neurone fa esattamente quello che deve fare il vero neurone, su tutti i parametri che è possibile testare. A questo punto, riconnettendo i neuroni insieme si genera la rete. Se è giusta fa quello che noi vediamo nella rete, tant'è vero che stiamo sviluppando metodologie speciali per misurare quello che fanno le reti, a quel punto abbiamo il modello di rete, non solo lo abbiamo costruito sulla base di principi fisici, ma lo abbiamo anche valutato. Quando è validato lo connettiamo con altri. A quel punto l'unico ulteriore controllo sono le tecniche di immagine, ad esempio di Risonanza Magnetica Funzionale (FMRI) che dicono se veramente queste parti del cervello devono lavorare insieme, in che tipo di modalità di co-attivazione devono mettersi per generare una certa funzione.

Quindi noi abbiamo infinite possibilità di validare quello che diciamo: non è fantascienza, questa è scienza!”

Sarà possibile accertare, nell'Alzheimer, quale proteina, Tau o Beta-amiloide, avvia per prima la stato patologico?

“Occorrono modelli molto precisi. Il gruppo del Fatebenefratelli di Brescia s'incaricherà di studiare proprio questo aspetto. Essi cercheranno di connettere le conoscenze acquisite da tanti laboratori a livello molecolare, che comprendono ad esempio l'autoaggregazione di Tau e così via, con lo sviluppo delle anomalie circuitali e lo sviluppo della malattia. Visto che il modello comprende anche il livello molecolare, come viene concepito Human Brain, è possibile affrontare questo tipo di problema. Sono tutti studi scientifici di natura sperimentale e modellistica misti che vanno di volta in volta validati e confermati. E' uno strumento che prima non esisteva. Quello che bisogna sempre tenere presente è che con questo progetto noi non abbiamo generato una chiave risolutiva dei problemi e dei misteri del cervello. Noi abbiamo sviluppato uno strumento che al momento attuale sembra uno dei più avanzati disponibili”.

Meglio delle più avanzate tecniche di Neuroimaging?

“Neuroimaging dà informazioni fondamentali sul cervello dell'uomo in funzione, durante certi tipi di comportamenti, ma non spiega come funzionano i neuroni che ci sono sotto. Ci dice quali parti del cervello si attivano senza spiegare che cosa stanno facendo i neuroni che attivano queste parti del cervello. Si capisce quali parti si attivano, però bisogna riconnettere tutto questo col mondo molecolare e cellulare, il che non si può fare se non coi modelli”.

Che cosa può dire sull'intuizione di organizzare The Human Brain Project?

“Il padre fondatore è Henry Markram, che lavora a Lausanne. L'idea viene da una sequenza di progetti sviluppati negli anni. Markram aveva intrapreso questa via nel 'Blue Gene Project', che prevedeva l'utilizzo massivo delle simulazioni matematiche per ricostruire il funzionamento delle colonne corticali, che ovviamente è un piccolo 'pezzo' di tutto il cervello. Fatto quello, evidentemente è riuscito a capire che avrebbe potuto organizzare su una scala molto più larga la simulazione comprendendo tutte le parti del 'brain', cervello. La mia riflessione, che poi mi ha avvicinato a Markram, che conoscevo da tempo, su questo progetto è che noi stavamo sviluppando su un altro piano, su un'altra scala, una procedura che assomigliava molto a quella che aveva in mente Henry per il cervelletto anziché per la corteccia cerebrale. Avevamo già sviluppato i modelli dei neuroni, messi in una rete, e ricostruito le prime parti di un modulo cerebellare, anziché corticale. Quindi, diciamo che anche noi basandoci su una serie di progetti europei che si sono concatenati negli ultimi quindici anni e che hanno sviluppato queste intuizioni nel tempo. Già la convergenza di idee è arrivata a questa sintesi del progetto Human Brain”.

 

www.humanbrainproject.eu

 

 

Tags:
cervellosimulazionehuman brainneuroscienzeinformatica
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