C'è stato un tempo, non molto tempo fa, in cui scienziati come Casey Holliday avevano bisogno di bisturi, forbici e persino delle proprie mani per condurre ricerche anatomiche. Ma ora, con i recenti progressi tecnologici, Holliday e i suoi colleghi dell'Università del Missouri stanno usando l'intelligenza artificiale (AI) per vedere all'interno di un animale o di una persona, fino a una singola fibra muscolare, senza mai tagliarsi.

Holliday, professore associato di patologia e scienze anatomiche, ha affermato che il suo laboratorio presso la MU School of Medicine è uno dei pochi laboratori al mondo che attualmente utilizzano questo approccio high-tech.

L'IA può insegnare ai programmi per computer a identificare una fibra muscolare in un'immagine, come una TAC. Quindi, i ricercatori possono utilizzare quei dati per sviluppare modelli computerizzati 3D dettagliati dei muscoli per capire meglio come lavorano insieme nel corpo per il controllo motorio, ha affermato Holliday.

Holliday, insieme ad alcuni dei suoi studenti attuali ed ex, lo ha fatto di recente quando hanno iniziato a studiare la forza del morso di un coccodrillo.

"La cosa unica delle teste di coccodrillo è che sono piatte e la maggior parte degli animali che si sono evoluti per mordere molto forte, come iene, leoni, T. rex e persino umani hanno teschi molto alti, perché tutti quei muscoli della mascella sono orientati verticalmente", Ha detto Holiday. "Sono progettati in questo modo in modo che mettano una grande forza di morso verticale in qualsiasi cosa stiano mangiando. Ma i muscoli di un coccodrillo sono orientati in modo più orizzontale."

I modelli 3D dell'architettura muscolare potrebbero aiutare il team a determinare in che modo i muscoli sono orientati nelle teste di coccodrillo per aumentare la forza del morso. Ad aiutare a guidare questo sforzo c'è uno degli ex studenti di Holliday, Kaleb Sellers, che ora è ricercatore post-dottorato presso l'Università di Chicago.

"I muscoli della mascella sono stati a lungo studiati nei mammiferi con il presupposto che descrittori relativamente semplici dell'anatomia muscolare possono dirti molto sulla funzione del cranio", ha detto Sellers. "Questo studio mostra quanto sia complessa l'anatomia del muscolo mascellare in un gruppo di rettili."

Il laboratorio di Holliday ha iniziato a sperimentare con l'imaging 3D diversi anni fa. Alcuni dei loro primi risultati sono stati pubblicati nel 2019 con uno studio in Biologia organismica integrativa che ha mostrato lo sviluppo di un modello 3-D dei muscoli scheletrici in uno storno europeo.

Transizione in un mondo digitale

Storicamente, Holliday ha affermato che la ricerca anatomica - e gran parte di ciò che ha fatto crescendo - prevedeva la dissezione di animali con un bisturi o forbici, o quello che chiama un approccio "analogico". È stato introdotto per la prima volta ai vantaggi dell'utilizzo dell'imaging digitale per studiare l'anatomia quando si è unito al progetto "Sue the T. rex" alla fine degli anni '90. Ad oggi, rimane uno degli esemplari di Tyrannosaurus rex più grandi e meglio conservati mai scoperti.

Holliday ricorda il momento in cui il teschio gigante del T. rex è stato trasportato al Santa Susana Field Laboratory della Boeing in California per essere ripreso in uno degli enormi scanner CAT dell'azienda aerospaziale normalmente utilizzati per scansionare i motori a reazione degli aerei commerciali.

"All'epoca, era l'unico scanner CAT al mondo abbastanza grande da contenere un teschio di T. rex e aveva anche la potenza necessaria per spingere i raggi X attraverso le rocce", ha detto Holliday. "Uscendo dal college avevo pensato di diventare un tecnico di radiologia, ma con il progetto Sue stavo imparando tutto su come scansionavano questa cosa, e questo ha davvero catturato la mia fantasia."

Al giorno d'oggi, Holliday ha affermato che molti dei suoi attuali ed ex studenti alla MU stanno imparando a comprendere l'anatomia utilizzando i metodi di imaging e modellazione "all'avanguardia" che lui e i suoi colleghi stanno creando. Una di queste studentesse è Emily Lessner, una studentessa di MU che ha sviluppato la sua passione per gli "animali morti da tempo" lavorando nel laboratorio di Holliday.

"Il processo di digitalizzazione non è utile solo al nostro laboratorio e alla nostra ricerca", ha affermato Lessner. "Rende il nostro lavoro condivisibile con altri ricercatori per aiutare ad accelerare il progresso scientifico e possiamo anche condividerli con il pubblico come strumenti educativi e di conservazione. Nello specifico, il mio lavoro che esamina i tessuti molli e i correlati ossei in questi animali non ha solo creato centinaia di di domande future a cui rispondere, ma ha anche rivelato molte incognite. In questo modo, non solo ho acquisito capacità di imaging per aiutare con il mio lavoro futuro, ma ora ho più di una carriera di strade da esplorare."

Holliday ha affermato che sono in corso anche piani per portare i loro modelli anatomici 3-D un ulteriore passo avanti studiando come le mani umane si sono evolute dai loro antenati evolutivi. Il progetto, che è ancora nelle sue fasi iniziali, ha recentemente ricevuto una sovvenzione dalla Leakey Foundation. Si uniranno a Holliday nel progetto due dei suoi colleghi alla MU, Carol Ward, Distinguished Professor di patologia e scienze anatomiche, e Kevin Middleton, professore associato di scienze biologiche.

Mentre circa il 90% della ricerca svolta nel laboratorio di Holliday riguarda lo studio di cose che esistono nel mondo moderno, ha affermato che i dati che raccolgono possono anche informare la documentazione sui fossili, come ulteriori conoscenze su come si muoveva e funzionava il T. rex.

"Con una migliore conoscenza dell'effettiva anatomia muscolare, possiamo davvero capire come il T. rex possa davvero eseguire controlli motori fini e comportamenti più sfumati, come la forza del morso e il comportamento di alimentazione", ha detto Holliday. + Esplora ulteriormente

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