Immagine: Doomfly.

Una decina di giorni fa, Google e i suoi partner hanno annunciato di aver completato la prima mappa integrale del cervello e del sistema nervoso centrale di un moscerino della frutta maschio adulto, ricostruendo in 3D oltre 166.000 neuroni e più di 100 milioni di connessioni sinaptiche. Nel giro di pochi giorni, sviluppatori e ricercatori hanno iniziato a usare quel modello digitale per far "giocare" il cervello del moscerino a Doom, Super Mario 64, Beat Saber e perfino a Minecraft, collegando direttamente l'attività neurale a comandi di gioco.

Il progetto di mappatura è il risultato di anni di lavoro congiunto tra HHMI Janelia Research Campus, Google Research e altri gruppi di ricerca. Per ottenere la mappa, il cervello e il corpo del moscerino sono stati sezionati in strati sottilissimi, ogni sezione è stata acquisita in immagini bidimensionali e poi sistemi di calcolo e intelligenza artificiale hanno combinato milioni di immagini 2D in forme neurali tridimensionali. Google spiega che questa «mappa fondamentale del cervello del moscerino maschio adulto può aiutare ad accelerare la nostra comprensione del cervello ed è una pietra miliare nelle neuroscienze». La mappa include non solo il cervello ma anche il cordone nervoso ventrale, l'equivalente della colonna vertebrale negli insetti, permettendo di collegare direttamente i percorsi sensoriali agli output motori. Le immagini pubblicate mostrano neuroni selezionati nel cervello e nel cordone, con i grandi occhi composti e la proboscide retrattile che inviano segnali ai circuiti interni. Il progetto ha identificato 11.691 tipi di cellule neuronali, classificati per dimensione, forma, funzione ed espressione genica, e ha evidenziato differenze tra maschi e femmine in specifici tipi di neuroni come AOTU012, coinvolti nell'elaborazione di stimoli gustativi e sensoriali.

È trascorso davvero poco tempo dal completamento della mappa al suo uso da parte di sviluppatori per esperimenti di controllo neurale nei videogiochi. Alex Wormuth, ingegnere software, ha annunciato che il modello del cervello del moscerino è stato addestrato a giocare al Doom originale. «Ogni fotogramma di Doom stimola neuroni sensoriali. L'attività neurale è mappata sui comandi di gioco. I danni innescano uno stimolo su due cellule dopaminergiche PPL101 come rinforzo», ha spiegato, descrivendo un sistema di apprendimento per rinforzo basato su segnali di ricompensa neurali. Sul sito ufficiale osservare in tempo reale il moscerino digitale mentre gioca: viene mostrata sia la visuale in prima persona all'interno di Doom, sia una rappresentazione tridimensionale del moscerino che si muove nelle mappe. Al momento della pubblicazione, il "cervello" aveva raggiunto il round 6385, con prestazioni limitate ma comunque sufficienti a dimostrare la possibilità di collegare direttamente stimoli visivi e attività neurale a comandi di gioco.

Un altro esperimento è quello condotto da Jessica Paquette, la quale ha utilizzato la copia digitale del cervello del moscerino per giocare Super Mario 64, collegando l'attività neurale ai comandi del gioco di piattaforme tridimensionali. Anche in questo caso, il modello neurale viene usato come "controller" biologicamente ispirato, con stimoli visivi e di stato di gioco che attivano specifici percorsi neurali mappati sui movimenti del personaggio. Infine, l'esperimento si è esteso anche a Minecraft. Lo YouTuber Ro0oney ha utilizzato Flywire.AI, un progetto simile sviluppato in collaborazione con l'Università di Princeton, per far giocare un moscerino digitale nel mondo a blocchi. In questo caso, il modello neurale si è basato su una mappa del cervello di moscerino femmina, con circa 139.255 neuroni; meno di quelli del progetto Google, ma l'idea di fondo è la stessa: usare una mappa completa delle connessioni neurali per collegare stimoli di gioco e risposte neurali. Il video relativo è in fondo all'articolo.

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La differenza tra i due progetti, uno basato su un cervello maschile e l'altro su uno femminile, offre anche un terreno per studiare come varia il comportamento in funzione delle differenze di "cablaggio" neurale. I dati mostrano che circa il 95% delle cellule nel cervello è condiviso tra i sessi, mentre il restante 5% differisce abbastanza da poter sostenere comportamenti distinti, come il corteggiamento nei maschi e la deposizione delle uova nelle femmine. Queste mappe permettono di analizzare come varia la struttura dei circuiti e come tali variazioni si riflettano in strategie di movimento e risposta agli stimoli. Dal punto di vista delle neuroscienze, la mappa del cervello del moscerino maschio rappresenta il più grande connettoma completo mai realizzato per numero di neuroni, con oltre 166.000 neuroni e circa 125 milioni di sinapsi. È pensata come risorsa di base per esperimenti su percezione, azione, gusto e comportamento sociale, con studi già avviati su sistemi visivi, circuiti del gusto e dinamiche di interazione tra individui. I dati sono esplorabili e scaricabili tramite strumenti come Neuroglancer, che consentono di visualizzare dataset multidimensionali di grandi dimensioni.

Tutti questi risultati ed esperimento testimoniano l'avanzamento dello studio sistematico delle connessioni neurali, che usa tecniche di imaging ad alta risoluzione e intelligenza artificiale per ricostruire mappe complete dei circuiti cerebrali. Poiché mappare gli 86 miliardi di neuroni del cervello umano non è ancora possibile, i ricercatori usano organismi più piccoli come appunto il moscerino della frutta per capire come i sistemi nervosi percepiscano il mondo, reagiscano agli stimoli e come circuiti danneggiati possano un giorno essere riparati. Le mappe del moscerino costituiscono quindi un banco di prova per metodi che in futuro potranno essere applicati a cervelli di vertebrati, con l'obiettivo di arrivare a una descrizione meccanicistica di come il cervello genera comportamenti complessi.

In parallelo, gli esperimenti con Doom, Beat Saber, Mario 64 e Minecraft mostrano come un connettoma digitale possa essere usato non solo per studiare circuiti biologici, ma anche come "controller" in ambienti simulati, collegando direttamente percorsi sensoriali e motori a compiti di gioco. Pur trattandosi di sistemi fortemente guidati e semplificati, questi progetti dimostrano la possibilità di usare mappe neurali reali come base per sistemi di controllo in ambienti virtuali, aprendo un campo di ricerca che unisce neuroscienze, intelligenza artificiale e interazione uomo‑macchina.

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