venerdì 24 gennaio 2014

Bossy the cow e la mappa delle idee luminose

di Atropa Belladonna



Caro Gianfranco,
sono quasi certa che tu non avessi idea di cosa sia la microscopia di superrisoluzione, quella che rompe-con espedienti da fisici-il limite della diffrazione di circa 250 nanometri (1 nanometro è 1 miliardesimo di metro). Quella che oggi chiamiamo confidenzialmente e per essere di moda, nanoscopia o, peggio, diffraction-unlimited fluorescence microscopy.
Per spiegartela con un esempio dal mondo macroscopico osserva questa foto, dove si vedono insediamenti illuminati di notte dai lampioni. Lampioni che appaiono come macchie luminose indistinte, perchè la diffusione della luce non ci consente di avere una idea precisa della loro localizzazione individuale. Adesso immagina di poterli spegnere tutti e poi di poterne riaccendere solo pochi, qua e là a caso: fai la foto, marchi la loro posizione con un puntino usando una matita fluorescente, e poi li rispegni tutti ancora. ne riaccendi pochi altri, ancora a caso e ripeti la marcatura. Ripetendo tante volte questa operazione, alla fine avrai una mappatura dei lampioni: non appariranno più come oggetti indistinti, ma come tanti puntini fluorescenti e saprai dire con esattezza dove sono localizzati.
Questo espediente è simile a quello che si usa per visualizzare, o meglio per capire dove sono, oggetti molto piccoli dell' ordine di qualche decina di nanometri con la microscopia di fluorescenza, all'interno di una cellula. In questo caso quella che ci dà problemi è la diffrazione, una combinazione di diffusione ed interferenza: croce e delizia di ogni biofisico. Poichè gli oggettini nanoscopici all' interno della cellula, ad es. proteine, non sono in genere fluorescenti quello che si fa è attaccare loro un altro nano-oggetto fluorescente, in genere una proteina fotosensibile. Un oggettino fluorescente però che possiamo "spegnere" con luce di un certo colore e riaccendere, in modo casuale all' interno della cellula, con luce di altro colore. Questi oggettini si chiamano photoswitches ed in genere per ottenere un'imaging dettagliato della distribuzione di un certo nano-oggetto dentro una cellula si fanno un 10000 cicli, ma il tutto dura pochi minuti. Credici o meno, ma questo trucchetto permette di abbattere il limite di diffrazione che blocca  la risoluzione a 250 nm e di arrivare fino a 20-30 nanometri!

Dal punto di vista didattico in generale si usa la mucca Bossy (vd. qui sotto), mentre io qui ho usato quella splendida  immagine lassù, presa da Capo san Marco.



Localization precision, resolution, and molecular density in single-molecule localization techniques. This series of images of Bossy the cow demonstrates how the superresolution image is built by plotting localized molecules, depicted here as points. For the purposes of illustration, the point sizes in panels a–c are depicted much larger than would be necessary to achieve the final image shown in panel d. The image of Bossy in panel a shows many localized points, but the relatively low density does not allow recognition of the image. As more points are placed in the images in panels b and c, it becomes more recognizable, but distinguishing (resolving) the fine features associated with Bossy's image requires a higher density of points, as shown in panel d. Thus, an image can be produced that contains precisely localized points using single-molecule localization techniques, but the density of those points affects directly the capability to resolve the features of the image.(George Patterson,Michael Davidson, Suliana Manley,Jennifer Lippincott, Superresolution Imaging using Single-Molecule Localization,  Annu Rev Phys Chem. 2010;61:345-67)


Perchè ti racconto queste cose, ti chiederai? perchè secondo me questo modo di capire dove e come stanno gli oggetti che ci interessano con altissima precisione spaziale, può essere utile anche per capire come accade che a volte, improvvisamente, si squarci un velo di conoscenza: con metodologie e patterns mentali che funzionano secondo me da millenni, ma che a molti paiono astrusi o poco ortodossi. Sicuramente non lineari e sicuramente spesso, per vederci chiaro, bisogna essere in grado di "spegnere" tutti i pregiudizi ed i preconcetti, fare tabula rasa, e lasciare che si accendano delle luci, qua e là in modo che all'inizio sembra casuale ed entropico, ma che alla fine potrebbe dare una mappatura delle idee luminose ben precisa, molto più geniale ed accurata di quella che consegue il pensiero lineare. Perchè se nel pensiero lineare qualcuna delle premesse è sbagliata, diffonderà il casino a quella dopo e così via. Purtroppo mi mancano i termini tecnici di tipo neuro-antropologico per traslare il concetto del photoswitching molecolare, ai network neuronali ed alla loro evoluzione: sì, perchè occorre anche considerare che le foto lassù sono statiche, ma ciò che avviene in una mente viva è dinamico. E credo una cosa: il semplice pensiero lineare e consequenziale, può essere caratteristico di persone anche molto intelligenti e produrre sviluppi tecnici anche molto potenti. Ma per come la vedo io è la capacità di individuare la mappa delle idee luminose ed eventualmente produrne di nuove, che esprime il pensiero geniale. Credo di avere la fortuna di conoscere un paio di persone così, che sanno farlo. Bravi!

“For the rest of my life I will reflect on what light is” Albert Einstein.