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Dalla fantascienza al progresso: 10 anni di ricerca con lo Human Brain Project

Dieci anni e un miliardo di euro: nel 2009 il mondo della scienza prometteva di simulare il cervello umano con la creazione di un supercomputer, un cervello virtuale, che ricreasse le connessioni neurali umane (86 miliardi di neuroni e 100 trilioni di sinapsi che compongono il cervello) per farci comprendere i processi cognitivi. Nel 2013 iniziava così lo Human Brain Project (HBP). Questo ambizioso progetto è stato paragonato al progetto sul genoma umano, grazie al quale siamo riusciti a ottenere una sequenza completa del DNA. Tuttavia, lo scopo dello HBP non era quello di mappare il cervello per via sperimentale, impresa troppo complessa se si pensa al numero di popolazioni neurali e a tutte le loro connessioni: lo HBP si riproponeva di farlo per via “virtuale”, creando degli algoritmi e dei modelli che rappresentassero le connessioni neurali.

Dopo dieci anni di ininterrotta ricerca, il progetto è giunto ora a conclusione, ma il dibattito su merito e benefici di questa impresa rimane molto acceso. Già poco tempo dopo il suo lancio il neuroscienziato svizzero Henry Markram, inizialmente alle redini dello HBP, fu a lungo criticato per le sue visioni ritenute troppo ambiziose ma ben poco concrete. Markaram affermava di voler comprendere il funzionamento del cervello umano. Ma con questa affermazione non spiegava cosa effettivamente lo HBP puntasse a comprendere. Capire come funziona il cervello è un obiettivo estremamente vago, ma soprattutto può essere interpretato in diversi modi. Per esempio, molte sono le differenze se si vuole capire come interagiscono tra loro i circuiti neurali oppure quali siano i processi molecolari che li governano; o se si vuole comprendere come si genera la percezione del mondo intorno a noi oppure come viene rappresentata la realtà che ci circonda o cosa accade in caso di disfunzione di tali processi, come avviene in molte malattie neurodegenerative. Tutte le risposte a queste domande possono darci spiegazioni su “come funziona il cervello”. Allo HBP mancava, dunque, una direzione precisa da seguire. C’è quindi chi ha attribuito al progetto una totale inconsistenza e ora considera i risultati un grande fallimento, perché avrebbe deluso le aspettative che si proponeva di avere. Ma c’è chi, invece, giudica a suo modo grandioso il contributo dello HBP al progresso delle conoscenze. Insomma, le opinioni all’interno della comunità scientifica sono molto contrastanti. Forse è corretto dire che è difficile promettere di fare la “grande scienza” (big science) senza prima conoscere la “piccola scienza” (small science). In altre parole, è difficile ricercare il funzionamento generale del cervello all’interno di un programma interdisciplinare così vasto come lo HBP senza prima contribuire, con progetti più piccoli, ad una comprensione dettagliata delle unità di cui il cervello è composto, i neuroni, le loro interazioni con altre cellule e il funzionamento delle connessioni tra esse.

Per questi motivi il volto dello HBP è cambiato nel corso degli anni e ha ridefinito gli obiettivi, circoscrivendoli in un ambito più ristretto e raggiungibile. In particolare, con la nuova direzione della neuroscienziata tedesca Katrin Amunts, a partire dal 2016, il progetto è stato indirizzato verso lo sviluppo di risorse tecnologiche e di raccolta e analisi dati. Nel 2020 è nata così la piattaforma EBRAINS, un atlante 3D del cervello umano, una sorta di Google maps del cervello che fornisce strumenti avanzati per l’analisi di dati cerebrali, l’elaborazione delle immagini, la predizione e lo studio delle connessioni neurali e molto altro ancora e si pone come una piattaforma condivisa in costante sviluppo.

Da alcuni punti di vista un “downgrade” rispetto all’obiettivo iniziale di ricreare il cervello umano con un supercomputer, ma non certo di minor importanza o rilevanza scientifica, soprattutto se si considera che, negli anni, i ricercatori coinvolti nello HBP hanno prodotto oltre 3000 pubblicazioni scientifiche e generato 160 “open access tools”, strumenti informatici gratuiti, da poter utilizzare nel campo delle neuroscienze per l’analisi di dati.

Inoltre, nel 2005 una parte dello HBP si è distaccata dal “goal” principale, dando vita al Blue Brain Project. Questo progetto secondario, sempre diretto da Markaram al politecnico di Losanna, voleva simulare e caratterizzare il funzionamento di una colonna (la più piccola unità funzionale) della corteccia cerebrale murina, ossia dei topi. È stato così riprodotto un 0.15% del cervello murino. Per la precisione, si conta che una colonna sia formata da 30.000 neuroni e 40 milioni di sinapsi. Solo un piccolo passo avanti dunque, ma nella direzione giusta.

In parallelo allo HBP, diversi progetti dello stesso calibro sono apparsi sullo scenario mondiale nel corso di questo decennio. In particolare, sotto il mandato del presidente Barack Obama, l’America ha visto nascere BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), un progetto finanziato con oltre 100 milioni di dollari, anch’esso finalizzato a riprodurre l’attività cerebrale umana. Rispetto allo HBP, questo progetto ha un approccio meno centralizzato, molto più improntato sulla collaborazione tra il pubblico e il privato per raggiungere un comune obiettivo e ha uno scopo più preciso, focalizzato allo sviluppo di neuro-tecnologie innovative. BRAIN Initiative si concluderà nel 2026, ma fin da ora il bilancio risulta essere migliore dello Human Brain Project.

In conclusione, si è ancora molto lontani dalla realizzazione del sogno di Markram di simulare il cervello umano. Sogno destinato per ora a rimanere l’incipit di qualche film di fantascienza. Forse, l’errore più grande dello HBP è stata l’idea di voler imporre una deadline per un progetto così ampio ed esaustivo, ambizioso e complesso allo stesso tempo. Sono stati raggiunti obiettivi più piccoli, è stato aggiunto qualche pezzetto a questo enorme puzzle che è la comprensione del cervello umano. Un puzzle che però ha una meta molto più a lungo termine e che vedremo all’orizzonte per tanti anni a venire.

Fonti:


Giulia Di Bartolomei, Ph.D in Neurobiologia all’università di Basilea, nasce a Roma nel 1992. Si laurea nel 2014 in biotecnologie e poi nel 2016 in biologia molecolare all’Università di Roma “La Sapienza”. Dopo una tesi sperimentale condotta tra l’EMBL (European Molecular Biology Laboratory) di Monterotondo-Roma, ed Heidelberg in Germania, vince la borsa di studio Giovanni Armenise per attività di ricerca in laboratorio all’Harvard Medical School di Boston. Autrice del modulo di formazione Bioinformando, progetto svolto in alcuni licei di Roma e provincia, che combina la biologia e l’informatica e si propone l’obiettivo di avvicinare gli studenti alla realtà della ricerca scientifica.

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