Cos'è un connettoma? Lo schema di cablaggio del cervello e tutti i cervelli mappati finora

Connettoma: una mappa completa dei neuroni di un cervello e delle connessioni tra loro.

Connettomica: la scienza che mappa e studia i connettomi.

Neurone: una cellula nervosa che trasmette segnali elettrici e chimici ad altre cellule.

Sinapsi: una connessione tra due neuroni, in cui uno passa un segnale al successivo.

Assone: la lunga fibra che un neurone usa per inviare segnali ad altre cellule.

Microscopia elettronica (EM): imaging con un fascio di elettroni invece della luce, abbastanza nitido da vedere le singole sinapsi.

Verifica manuale (proofreading): controllo e correzione del tracciamento dei neuroni fatto da un computer sulle immagini del cervello, storicamente la parte più lenta e costosa della mappatura.

Neuroplasticità: la capacità del cervello di cambiare le proprie connessioni nel tempo, ed è così che impariamo e formiamo i ricordi.

Emulazione dell'intero cervello (whole brain emulation): far funzionare al computer un modello accurato di uno specifico cervello, detta anche mind uploading (caricamento della mente).

Un connettoma è lo schema di cablaggio del cervello. Registra quali neuroni esistono, dove si trovano e a quali altri neuroni si collega ciascuno. Al massimo livello di dettaglio mostra ogni singola sinapsi, la minuscola giunzione in cui un neurone passa un segnale a un altro. Pensa a una mappa della città che mostra non solo ogni strada, ma ogni passo carraio, ogni porta e quali porte danno su quali strade.

La parola si usa a scale diverse. Un connettoma neurale mappa i singoli neuroni e le loro connessioni ed è stato realizzato solo per animali piccoli e per piccole porzioni di cervello di mammifero. Un connettoma a macroscala, o funzionale, mappa le principali autostrade tra le regioni del cervello, usando scansioni MRI di persone viventi, con una risoluzione di millimetri. Un connettoma chimico aggiunge quali neuroni rilasciano, e rispondono a, ciascuna delle molte sostanze chimiche che cambiano il comportamento dei circuiti cerebrali, e nel 2025 ce l'ha solo il verme C. elegans (Wikipedia: Connettoma).

I termini connettoma e connettomica sono stati introdotti in modo indipendente nel 2005 dai neuroscienziati Olaf Sporns, della Indiana University, e Patric Hagmann, dell'Ospedale universitario di Losanna, in Svizzera. Entrambi hanno modellato la parola su genoma, ispirati dallo sforzo dello Human Genome Project di leggere l'intero DNA umano. Se il genoma è l'insieme completo delle istruzioni genetiche, il connettoma è l'insieme completo delle connessioni neurali.

La parola ha raggiunto un pubblico ampio grazie al neuroscienziato Sebastian Seung, che nel 2010 ha tenuto un TED talk intitolato I am my connectome, sostenendo che ciò che siamo è scritto nelle nostre connessioni neurali. Nel 2012 ha pubblicato un libro, Connectome: How the Brain's Wiring Makes Us Who We Are (Wikipedia: Connettoma). Seung ha poi contribuito a guidare FlyWire, il progetto che ha mappato il cervello completo del moscerino della frutta adulto.

Il metodo standard ha quattro passaggi. Primo, il cervello o una sua porzione viene conservato e colorato in modo che le membrane cellulari risaltino con chiarezza. Secondo, viene tagliato in migliaia di fettine, ciascuna molto più sottile di un capello umano, oppure asportato strato dopo strato. Terzo, ogni fettina viene ripresa con un microscopio elettronico, abbastanza nitido da vedere le singole sinapsi. Quarto, i computer uniscono le immagini in un volume tridimensionale e tracciano ogni neurone da una fettina all'altra, e le persone controllano il tracciamento per trovare gli errori.

Quest'ultimo passaggio, la verifica manuale (proofreading), è stato il collo di bottiglia. Un computer che perde le tracce di un neurone per una sola fettina può unire due cellule o dividerne una in due, e questi errori si propagano in tutta la mappa. Per il moscerino adulto la verifica ha coinvolto centinaia di scienziati e volontari per diversi anni. L'IA ha reso il tracciamento molto più accurato e nuovi metodi puntano a ridurre ancora i controlli.

Diversi di questi metodi sostituiscono i microscopi elettronici con la luce. Un approccio, ideato nel laboratorio di Jeff Lichtman a Harvard e chiamato Brainbow, etichetta i singoli neuroni con più di 100 colori distinti per poterli distinguere. Un altro, proposto da Anthony Zador al Cold Spring Harbor Laboratory, assegna a ogni neurone un codice a barre di DNA univoco e legge le connessioni tramite sequenziamento. Il metodo PRISM di E11 Bio combina codici a barre proteici, tessuto espanso fisicamente in modo che i comuni microscopi ottici possano vedere i dettagli fini, e un'IA che controlla il proprio lavoro. E11 Bio afferma che PRISM potrebbe rendere la mappatura fino a 100 volte più economica (Asimov Press).

Meno a ogni progetto, ed è la tendenza più importante del settore. Il primo connettoma, i 302 neuroni del verme C. elegans, ha richiesto più di dieci anni di tracciamento a mano delle immagini al microscopio elettronico prima di essere pubblicato nel 1986. Il moscerino adulto, con quasi 140.000 neuroni, ha richiesto al consorzio FlyWire diversi anni, con centinaia di scienziati e volontari a controllare il tracciamento del computer. Il millimetro cubo di cervello di topo di MICrONS ha richiesto a più di 150 ricercatori circa sette anni (Allen Institute).

Leggi questa tabella dall'alto in basso e l'accelerazione è evidente. Ogni nuova mappa è molto più grande della precedente, spesso di centinaia di volte, e richiede più o meno lo stesso numero di anni o meno. Le ragioni sono microscopi più veloci, archiviazione più economica e, soprattutto, un'IA capace di tracciare i neuroni attraverso migliaia di immagini con sempre meno errori. Se questa tendenza regge, un intero cervello di mammifero è questione di anni, non di generazioni.

La storia della connettomica è fatta di inizi lenti e di un'improvvisa accelerazione. Ci sono voluti decenni per passare da un verme a un insetto, e solo pochi anni per passare dal piccolo cervello di un insetto a porzioni di cervello di mammifero e umano.

Due di queste mappe spiccano. Il moscerino della frutta adulto è il più grande cervello completo mai mappato, ed è il primo cervello complesso il cui schema di cablaggio è stato trasformato in un modello funzionante: una simulazione al computer costruita a partire dalla mappa ha previsto quali neuroni si sarebbero attivati quando il moscerino assaggiava lo zucchero e come questo avrebbe guidato l'alimentazione, e gli esperimenti su moscerini veri lo hanno confermato (Nature). La mappa di topo di MICrONS è importante perché gli scienziati hanno registrato l'attività dei neuroni mentre il topo guardava dei video, e poi hanno mappato il cablaggio degli stessi neuroni, collegando ciò che il circuito fa a come è costruito.

Enorme. Un cervello umano ha circa 86 miliardi di neuroni (PNAS) e dell'ordine di 100 mila miliardi di connessioni sinaptiche. Per confronto, il genoma umano ha circa 3 miliardi di coppie di basi, quindi un connettoma contiene decine di migliaia di volte più connessioni di quante lettere contenga un genoma. L'unico millimetro cubo di corteccia umana mappato da Harvard e Google, un pezzo grande circa metà di un chicco di riso prelevato da un paziente durante un intervento per l'epilessia, ha prodotto 1.400 terabyte di dati.

Gli scienziati dietro quella mappa hanno stimato che un cervello di topo intero produrrebbe circa 1.000 volte più dati (ScienceDaily), e un cervello umano è più di mille volte più grande di uno di topo. Questo porta un connettoma umano completo, ripreso allo stesso modo, ben oltre qualsiasi set di dati mai archiviato. Ma la storia del sequenziamento del genoma è una guida utile: il primo genoma umano ha richiesto circa 13 anni e miliardi di dollari, e oggi se ne può leggere uno in un giorno per poche centinaia di dollari. La connettomica è oggi dove si trovava la genomica prima del grande calo dei costi.

C'è anche un limite più duro. Oggi un connettoma a livello di neurone si può ottenere solo da tessuto conservato, il che significa dopo la morte per qualsiasi animale di grandi dimensioni. L'imaging non invasivo riesce a vedere i singoli neuroni al lavoro solo in animali piccoli e quasi trasparenti, come le larve di pesce zebra. Nessuna tecnologia può ancora leggere ogni sinapsi in un cervello umano vivente.

La maggior parte dei neuroscienziati ritiene che i ricordi siano conservati, almeno in gran parte, nello schema e nella forza delle connessioni tra i neuroni. Quando impari qualcosa, alcune sinapsi si rafforzano, altre si indeboliscono e se ne formano di nuove. Questa è la neuroplasticità, e significa che il tuo connettoma non è fisso: cambia ogni giorno ed è diverso da quello di chiunque altro, persino di un gemello identico.

È il ragionamento alla base dell'affermazione di Seung che tu sei il tuo connettoma. Se è giusta, una mappa sufficientemente dettagliata delle tue connessioni conterrebbe i tuoi ricordi, le tue abilità e la tua personalità, ed è proprio per questo che la connettomica è il fondamento del mind uploading (caricamento della mente). La nostra guida al mind uploading nel 2026 spiega come una mappa potrebbe diventare una mente funzionante.

Lo schema di cablaggio probabilmente non è tutta la storia. La forza di ogni sinapsi, le sostanze chimiche che cambiano il comportamento dei circuiti e le cellule di supporto attorno ai neuroni contano tutte, ed è per questo che gli scienziati parlano anche di connettomi chimici e di registrazioni dell'attività. Ma i risultati sul moscerino colpiscono: un modello costruito soprattutto sul cablaggio ha previsto un comportamento reale. Questo suggerisce che il connettoma contenga molto più di ciò che rende un cervello ciò che è di quanto si aspettassero gli scettici.

Lo Human Connectome Project è un grande sforzo, finanziato dai National Institutes of Health degli Stati Uniti e guidato soprattutto da un consorzio tra la Washington University di St. Louis e l'Università del Minnesota, per mappare le connessioni tra le regioni del cervello umano sano usando scansioni MRI di volontari viventi. Lavora a macroscala, misurando in millimetri i principali percorsi tra le aree cerebrali, non i singoli neuroni.

Questo lo rende molto diverso dalle mappe di moscerino e di topo. Non può mostrare una singola sinapsi, ma si può fare su persone viventi, in gran numero, e ripetere nel tempo. I suoi dati hanno aiutato gli scienziati a capire come le reti cerebrali differiscono da persona a persona e cambiano con l'età e con le malattie. I medici hanno persino iniziato a usare le mappe del connettoma per pianificare interventi al cervello e stimolazione cerebrale, un approccio chiamato per la prima volta chirurgia connettomica nel 2012.

La prossima grande tappa è una mappa completa a livello di neurone di un cervello di topo, con circa 70 milioni di neuroni. Sarebbe il primo connettoma completo di un mammifero, e i topi condividono con le persone buona parte dell'organizzazione cerebrale. Il governo degli Stati Uniti ci lavora da dieci anni: l'agenzia di ricerca dell'intelligence IARPA ha avviato il progetto MICrONS nel 2016 per mappare un millimetro cubo di corteccia di topo, e l'NIH ha lanciato nel 2023 un programma da $150 milioni, BRAIN CONNECTS, per costruire strumenti per mappare cervelli interi.

E11 Bio punta a mappare un cervello di topo intero entro circa cinque anni, per circa $100 milioni, usando il suo metodo PRISM più economico (Asimov Press). Ed Eon Systems, la startup che a marzo 2026 ha riferito di aver fatto funzionare il modello di un intero cervello di moscerino in un corpo simulato, dice che il cervello di topo è il suo prossimo obiettivo (The Decoder). Se un cervello di topo intero venisse mappato e fatto funzionare come modello operativo, l'idea che un cervello umano si possa copiare sarebbe molto difficile da respingere.

I connettomi contano prima di tutto per la medicina. Si ritiene che molti disturbi cerebrali coinvolgano circuiti cablati o funzionanti in modo diverso, e le mappe di quei circuiti aiutano gli scienziati a capire condizioni che vanno dall'epilessia alla depressione e a pianificare i trattamenti. Contano anche per l'intelligenza artificiale: il cervello è ancora l'unica intelligenza generale che conosciamo, e il suo cablaggio è una guida a come l'intelligenza possa essere costruita in modo efficiente.

E contano per la più antica domanda umana di tutte: che ne sarà di noi. Nell'ottobre 2026 Mustafa Suleyman, CEO di Microsoft AI, ha detto che il cofondatore di Google Larry Page gli aveva detto una volta di aspettarsi di esplorare le galassie entro la fine del secolo come qualcosa oltre l'umano, e Elon Musk ha risposto che Page potrebbe avere ragione. Le nostre guide all'immortalità digitale e alla sonda di von Neumann (von Neumann probe) spiegano il piano. Ogni sua versione dipende dalla connettomica: non si può copiare una mente che non si può mappare.

Anche una mappa perfetta del tuo cervello sarebbe una mappa, non un libro di memorie. Non direbbe quali ricordi sono contati di più per te, perché hai fatto le scelte che hai fatto, o cosa vorresti che sapessero i tuoi nipoti. Sono cose che solo tu puoi dire, con le tue parole, e oggi l'unico modo per assicurarsi che durino è registrarle.

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Questa pagina fa parte della nostra serie sulle persone e sulla scienza dietro la corsa a sopravvivere al corpo.

• Immortalità digitale: Larry Page e la corsa a caricare le menti: la storia da cui tutto è partito, e quanto siamo vicini a copiare una mente.

• Cos'è una sonda di von Neumann? Il piano di Larry Page per la galassia: l'astronave che si copia da sola al centro del piano di Page.

• Perché Larry Page ha dato dello specista a Elon Musk: l'argomento che, secondo Musk, ha portato a OpenAI.

• Cosa pensa Larry Page dell'IA e del vivere per sempre: la sua storia, con le sue parole e nei resoconti di altri.

• Mind uploading nel 2026: a che punto siamo?: quanto è vicina la scienza alla copia di un cervello umano.

• I miliardari che cercano di vivere per sempre: chi spende cosa per la longevità e l'immortalità digitale.

• Come vivere per sempre: tutti i modi in cui ci si prova: ogni approccio, dalla medicina al mind uploading.

• Crionica nel 2026: costo, come funziona, chi si è iscritto: quanto costa, come funziona e chi si è iscritto.

Le definizioni e la storia provengono da Wikipedia sul connettoma. Le mappe del cervello provengono da OpenWorm, Live Science, dall'NIH, da Nature, da ScienceDaily e dall'Allen Institute, e il numero di neuroni da PNAS. E11 Bio proviene da Asimov Press ed Eon Systems da The Decoder. Abbiamo controllato ogni fonte il 30 ottobre 2026.

Gli scienziati, le università, le aziende e i progetti citati in questa pagina non hanno alcun legame con Afterlife.ai™, e nulla in questa pagina suggerisce che uno di essi usi o approvi il nostro servizio.