Il meratese Jonathan Mapelli, guida il team che studia l’area CA1 dell’Ippocampo umano. ''Nature'' avalla l’ultima ricerca
Jonathan Mapelli
A sondare fin dagli anni dell'Università questo ambito del sapere è il meratese Jonathan Mapelli, classe 1976, originario della frazione Pagnano. Ha all'attivo oltre 40 pubblicazioni, ma forse il riconoscimento maggiore è arrivato nei giorni scorsi con l'uscita il 23 marzo sulla prestigiosa rivista "Nature Computational Science" di uno studio del suo team. Un avallo di Nature arrivato dopo otto mesi di approfondimenti sulla validità della ricerca.
In pratica è stato realizzato il primo modello virtuale in 3D della struttura e della connettività neuronale dell'area CA1 dell'ippocampo umano, dove hanno origine i meccanismi dell'apprendimento, della memoria e dell'elaborazione spaziale. Però è anche una regione dove originano disfunzioni che portano all'epilessia, all'Alzheimer e, più in generale, a diverse patologie neurodegenerative. Per riuscirci, attraverso un algoritmo appositamente sviluppato, sono stati posizionati più di 5 milioni di neuroni analizzando automaticamente migliaia di immagini istologiche cerebrali.
Analisi della singola immagine
Mapelli è professore associato di Fisiologia all'Università di Modena e Reggio Emilia e dal 2022 è Direttore scientifico del Centro di Servizi di Stabulazione Interdipartimentale. La ricerca ha consentito il raggiungimento del primo degli ambiziosi obiettivi di un consorzio di ricerca finanziato dal Ministero dell'Università e Ricerca attraverso fondi del PNRR, coordinato dal CNR e formato da diversi poli accademici. Partendo da immagini microscopiche ad alta risoluzione sono state generate delle morfologie neuronali sintetiche di forma geometrica. Un processo che ha consentito di calcolare la probabilità di connessione tra neuroni creando così una rete di 40 miliardi di sinapsi, in buona corrispondenza con la letteratura sinora prodotta sull'ippocampo umano.
Modello 3D della rete neurale dell'ippocampo umano
"Questo lavoro ha una sua valenza sotto il profilo fisiologico e potenzialmente per l'analisi delle disfunzioni e delle patologie neurologiche" spiega il professor Mapelli. " Quello che abbiamo fatto è stato generare la disposizione spaziale dei singoli neuroni che compongono una regione cruciale del cervello, quella che agisce sulla cognizione spaziale, sulla memoria e sull'apprendimento - aggiunge il ricercatore - Ne abbiamo costruito la struttura generando una mappa di connessioni tra neuroni che dovrà essere studiata nella sua funzionalità. In pratica dovremo analizzare come questa rete si attiva in risposta agli stimoli che provengono dall'esterno. Lo studio delle interazioni fra neuroni e delle loro connessioni sarà fondamentale per comprendere come, in caso di malfunzionamento, possano generarsi stati patologici".
Analisi della densità neurale dell'ippocampo umano
Le informazioni ricavate sono state rese disponibili in formato aperto, sono cioè a disposizione della scienza ed in particolare formeranno un tassello importante della piattaforma europea EBRAINS, un progetto che ha come sfida finale quella di realizzare una simulazione digitale dell'intero cervello. Nell'ambito di questo progetto, è stato già prodotto "The Virtual Brain", sviluppato a Marsiglia prima di questo recente studio, in cui le centinaia di miliardi di neuroni del cervello umano sono state modellizzate condensandole in qualche decina di migliaia di elementi semplificati, riproducendo cioè il sistema con grosse approssimazioni. La ricerca che vanta una firma meratese rappresenta un tassello aggiuntivo del puzzle consentendo di aumentare la risoluzione del sistema "cervello digitale", ma soprattutto condivide un metodo replicabile alle altre porzioni del cervello. L'algoritmo appositamente formulato costituisce una sorta di Stele di Rosetta del XXI secolo, in grado di decifrare un database sterminato.
Generazione delle funzioni della densità assionale e dendritica
Il risultato è stato possibile grazie a un lavoro di équipe che ha visto condividere conoscenze che hanno valicato i confini modenesi. Il confronto ha interessato l'Istituto di Biofisica del CNR di Palermo e l'Università di Marsiglia. "Lavorare in gruppo e a distanza comporta delle difficoltà, ma c'è da dire che le conference call ormai avvicinano l'attività di tutti" afferma Jonathan Mapelli. "In questo caso specifico l'ambito di lavoro computazionale, teorico e informatico si presta meglio di altri a questo modello di condivisione a distanza - precisa il professore - Inoltre, siamo uniti in un consorzio di ricerca diffusa, EBRAINS, che accomuna e unisce l'attività di noi ricercatori in una vasta progettualità. Ognuno così mette a disposizione le proprie competenze con un indubbio grande vantaggio per tutti".
A co-firmare la ricerca insieme a Mapelli c'è anche la dott.ssa Daniela Gandolfi, con cui condivide lavoro e vita privata. I due ricercatori sono sposati e vivono con le due figlie a Modena. A Merate, dove Jonathan Mapelli ha studiato al liceo scientifico M.G. Agnesi e ha giocato a calcio col n. 10 nell'AS negli anni del passaggio dalla Promozione all'Eccellenza, tornano volentieri per trovare i nonni pagnanesi. Gli impegni sono però tanti anche, e soprattutto, da quando ha appeso le scarpette al chiodo. Il prof. Mapelli, oltre a fare ricerca e insegnare all'interno di UNIMORE, tiene un corso universitario di Fisiologia, presso l'Accademia Militare di Modena per Cadetti, in virtù di un rapporto di collaborazione tra il centro di addestramento e il polo universitario.
Foto tratte da https://www.nature.com/articles/s43588-023-00417-2
Marco Pessina