Tutti i sistemi complessi sono costituiti da elementi costitutivi fondamentali che sostengono funzioni, processi e connessioni di base. La capacità apparentemente infinita del cervello di svolgere un'ampia gamma di capacità, dal linguaggio alla percezione sensoriale, non è diversa: la cellula nervosa e la giunzione sinaptica sono le unità elementari su cui si basa tutta l'attività cerebrale.
Come elabora il cervello le informazioni sensoriali?
Trovare la base neurale sottostante alla percezione è l'obiettivo della ricerca condotta presso l'Adesnik Lab, parte del Dipartimento di biologia molecolare e cellulare presso l'Università della California, Berkeley. Il leader del gruppo Hillel Adesnik spiega: "Vogliamo capire esattamente come i microcircuiti nel cervello elaborano le informazioni sensoriali per guidare il comportamento. Mentre decenni di ricerca hanno delineato attentamente come i singoli neuroni estraggono caratteristiche specifiche dall'ambiente sensoriale, i meccanismi cellulari e sinaptici che consentono a insiemi di neuroni corticali di elaborare effettivamente le informazioni sensoriali e generare percezioni sono in gran parte sconosciuti".
Nel loro lavoro, i ricercatori dell'Adesnik Lab manipolano e monitorano i neuroni nei topi svegli per arrivare a una comprensione più completa di come i circuiti neurali nel cervello umano supportino la sensazione, la cognizione e l'azione. Il laboratorio ha sviluppato nuove tecniche di imaging ottico che richiedono l'impianto di una finestra di vetro nel cervello dei topi affinché la luce si propaghi.
Prototipazione di coprioggetto in vetro con microlavorazione laser
Mentre i coprioggetto in vetro possono essere acquistati, gli scienziati dell'Adesnik Lab volevano prototipare versioni che ampliassero la capacità di interagire attivamente con il cervello del topo. Hanno immaginato dei fori nel substrato per l'accesso di farmaci ed elettrodi in modo da poter misurare l'interazione con i recettori e aggiungere coloranti per misurare i livelli di attività dei neuroni.
Determinare un equilibrio tra dimensioni e forma è stata una parte importante della ricerca. "Inizialmente abbiamo provato processi meccanici facilmente reperibili nel nostro Dipartimento", afferma il professor Adesnik. "Ma erano decisamente troppo inaffidabili per i nostri standard di ricerca. Era difficile riprodurre le dimensioni esatte dei fori che potevano essere un cerchio piccolo come 250 micron di diametro o avere la forma di un quadrato, e i fori troppo grandi erano un problema poiché la mobilità dei topi creava instabilità nella piattaforma di registrazione".
Ancora più importante, i metodi meccanici non hanno posizionato con precisione la posizione precisa del foro per colpire aree specifiche del cervello che il gruppo voleva raggiungere. Potomac aveva l'esperienza per tagliare il vetro senza crepe, ma anche esperienza con lavorazioni ad alta precisione che posizionavano i fori esattamente dove i ricercatori ne avevano bisogno. Inoltre, la progettazione assistita da computer digitale consente variazioni nei progetti che possono essere facilmente modificate nel software, velocizzando il processo di prototipazione iterativa.
Come gran parte della ricerca scientifica fondamentale, l'Adesnik Lab spera di aggiungere qualcosa alla comprensione di base del funzionamento del cervello. Ma, cosa ancora più importante, le informazioni raccolte in questi studi potrebbero migliorare i trattamenti per malattie neurologiche come l'autismo, la schizofrenia e l'epilessia che affliggono l'umanità.
