Neurospin - L'LHC delle neuroscienze

Entro il 2013 verrà completata la più potente macchina per imaging a risonanza magnetica mai realizzata. La progettazione e messa in opera di questa sorta di "LHC delle neuroscienze" si sta svolgendo nell'ambito del progetto Neurospin che si vuole proporre come una specie di CERN per studi sul cervello. Questo progetto sta portando alla costituzione, a Saclay Saint-Aubin, non lontano da Parigi, di un enorme centro di ricerca interamente dedicato alle neuroscienze. La mastodontica macchina che entrerà in finzione a Saclay sarà in grado di generare un campo magnetico di 11.7 tesla, per confronto basti pensare che i più potenti scanner MR usati negli ospedali, normalmente, arrivano a "soli" 3 tesla. In realtà, scanner da 11 tesla esistono già in altri laboratori, tuttavia questi possono essere utilizzati solo per studi su animali a causa delle ridotte dimensioni. Lo stesso centro di Saclay è dotato di uno di questi piccoli scanner da ben 17 tesla che, anche in questo caso, è il più potente al mondo della sua categoria. Realizzare uno scanner con campi di intensità così estreme, abbastanza grandi da essere utilizzabili per studi sull'uomo è una vera sfida poiché bisogna riuscire a rendere i campi uniformi su un volume di spazio relativamente esteso. Questa necessità rappresenta un notevole ostacolo ingegneristico che sta richiedendo un lungo e difficoltoso lavoro di ricerca e sviluppo tecnologico. Le bobine utilizzate nella macchina sono costituite da fili superconduttori di niobio-titanio (NbTi) lunghi varie centinaia di chilometri. Durante il funzionamento dello scanner questi saranno immersi in centinaia di litri di elio superfluido in modo da mantenerli alla bassissima temperatura di 1,8 kelvin. La sola bobina, una volta realizzata, peserà attorno alle 45 tonnellate. La macchina ospiterà una stretta apertura di circa 90 cm di diametro, appena sufficiente per farvi entrare un essere umano.
Le possibilità scientifiche aperte da un simile dispositivo ripagano ampiamente gli alti costi di realizzazione e mantenimento che richiederà il progetto. Grazie al nuovo scanner sarà possibile comprendere meglio la biochimica umana e studiare con un dettaglio senza precedenti le reazioni neurochimiche che sono alla base dei processi del pensiero. Utilizzando la spettroscopia NMR del carbonio tredici si potrà addirittura arrivare ad analizzare in tempo reale lo svolgimento di singole reazioni biochimiche nel corpo umano. L'intensissimo campo magnetico permetterà poi di raggiungere risoluzioni spaziali e temporali delle immagini tali, ad esempio, da permettere di risolvere gruppi di pochi neuroni all'interno del cervello. Già oggi gli scienziati di Neurospin stanno lavorando allo sviluppo di nuovi mezzi di contrasto per l'imaging molecolare e stanno sviluppando nuovi algoritmi di intelligenza artificiale indispensabili per gestire l'immensa mole di dati che verrà prodotta. Entro il 2014 l'obbiettivo è quello di spingere la risoluzione dello scanner attorno ai 10 micron. La possibilità di distinguere un simile dettaglio permetterà di sfruttare fruttuosamente la nuova macchina per gli scopi della connettomica (pur senza arrivare alla risoluzione nanometrica ottenibile con procedure distruttive, tramite microscopia elettronica). L'ineguagliato potere risolutivo della macchina potrebbe anche permettere di superare gli attuali limiti nelle possibilità di "lettura della mente" (di cui abbiamo già parlato in questo post) della risonanza magnetica funzionale (fMRI). Per chi volesse approfondire gli aspetti fisici ed ingegneristici di Neurospin consiglio la visione della presentazione che potete trovare qui. Per saperne di più sui programmi di ricerca portati avanti nell'ambito del progetto segnalo l'interessante documento reperibile a questo indirizzo.