Cervello, un modello matematico ne “dipinge” le reazioni

Un diagramma frutto di un modello matematico che “dipinge” le reazioni del cervello. È il risultato di una ricerca portata a termine da un team di studiosi della Rockefeller University di New York, che grazie a un sistema numerico è riuscito a descrivere con macchie di colore le oscillazioni dell'attività elettrica dei neuroni. Il nuovo modello, pubblicato sulla rivista scientifica "Chaos", consente di mappare la reazione del cervello agli stimoli esterni e, secondo i ricercatori, sarà molto utile per studiare i comportamenti patologici.

Il segreto è nel ritmo – La ricerca prende in esame le onde cerebrali, ossia l’attività elettrica che svolge un ruolo importante nella trasmissione delle informazioni all'interno dei circuiti neurali del cervello. Il ritmo con il quale queste onde “si muovono” può fornire ai ricercatori delle spiegazioni su alcuni comportamenti. Nei topi, ad esempio, è stato dimostrato che le oscillazioni nella regione dell'ippocampo codificano le nozioni legate alla posizione dell'animale nello spazio. Negli esseri umani si è ben lontani da una completa definizione delle loro funzioni e spesso queste oscillazioni vengono prese in esame solo nei casi di epilessia e nei disturbi del sonno.

Stesso tessuto, comportamenti diversi – Ricerche precedenti, spiegano gli studiosi, dimostrano che le reti neurali quando vengono sottoposte a stimoli esterni non rispondono sempre allo stesso modo. “Queste diverse reazioni – sottolinea uno dei ricercatori della Rockefeller University, Leandro Alonso - sollevano molte domande: come è possibile che lo stesso tessuto neurale faccia cose diverse in tempi differenti? Come fanno le connessioni e le dinamiche intrinseche dei circuiti nervosi ad alterare l'informazione?”

Tutte le risposte possibili - Per trovare una risposta a questi quesiti i ricercatori della Rockefeller University hanno applicato il concetto matematico di “oscillazione non lineare” al modello computazionale di Wilson-Cowan, uno strumento utilizzato nelle neuroscienze per descrivere l'attività media dei neuroni. In questo modo è stato possibile tracciare tutto lo spettro di risposte che genera un circuito neurale, che è stato rappresentato sotto forma di diagrammi colorati. Nel modello il colore e l’intensità varia in base alla frequenza e all’ampiezza di uno stimolo esterno: nei grafici, in estrema sintesi, sull'asse delle ascisse e su quello delle ordinate vengono rappresentati tipo e frequenza degli stimoli. I colori invece rappresentano le risposte del cervello: si va da un minimo di 1 (risposta nulla, contrassegnata dal colore blu) a un massimo di 11 (risposta massima, di colore rosso intenso). Lo spettro evidenzia quanto le reazioni del cervello siano differenti, anche di fronte a uno stesso stimolo.

Un risultato sorprendente – “Quando si osserva la complessità dei fenomeni oscillatori nel cervello, sembra ragionevole supporre che esso può essere spiegato da un sistema altrettanto complesso che sottende queste oscillazioni”, ha dichiarato Alonso che ha sottolineato come i risultati della ricerca prendano in esame solo due popolazioni di neuroni interconnessi che, nonostante il numero esiguo, sono in grado di produrre un repertorio “davvero molto diversificato di reazioni”.