Per ottimizzare le loro connessioni, i neuroni del cervello scelgono il percorso piรน breve. Ma siamo sicuri che sia proprio cosรฌ? A tornare oggi su questo mistero di lunga data sono stati i ricercatori del Network Science Institute della Northeastern University che in un nuovo articolo, pubblicato su Nature, dimostrano come la stessa matematica usata per la teoria delle stringhe potrebbe essere utilizzata anche per risolvere la questione del perchรฉ i neuroni si ramificano e si connettono in quel modo.
Le connessioni nel cervello
A partire dagli anni ’40, ricordiamo brevemente, la comunitร scientifica ha ipotizzato che i neuroni del cervello avrebbero ottimizzato le loro connessioni scegliendo il percorso piรน breve, preservando il loro consumo di energia, regolato dai cosiddetti “principi di minimizzazione”. Con l’innovazione delle tecnologie di imaging che hanno reso possibili mappe piรน dettagliate del cervello, tuttavia, รจ diventato chiaro che i neuroni non si comportano come previsto, e quindi secondo i principi di minimizzazione.
Matematica e neuroni
Per determinare se i principi di minimizzazione giochino davvero un ruolo o meno nelle reti fisiche, e almeno in relazione all’architettura del cervello, i ricercatori del nuovo studio hanno sviluppato una nuova metodologia chiamata minimizzazione della superficie, secondo la quale, invece di cercare semplicemente di minimizzare la lunghezza, le reti fisiche minimizzano le loro superfici, “il che spiega naturalmente la loro geometria di ramificazione e connettivitร ”, ha commentato il co-autore Csaba Both.
La teoria delle stringhe
Paragonandolo a un mosaico composto da tante piccole tessere, il primo autore dell’articolo Albert-Lรกszlรณ Barabรกsi ha commentato “รจ un problema matematicamente molto, molto, molto, molto complicato, perchรฉ le superfici sono molto complicate”. Per risolverlo, quindi, i ricercatori hanno usato un approccio matematico, la teoria delle stringhe, ossia il tentativo, difficile da verificare sperimentalmente, di spiegare lo strano mondo quantistico che sottende la realtร , la cui modellazione si affida ai cosiddetti diagrammi di Feynman.
Stressi strumenti matematici per scale diverse
I ricercatori del nuovo studio hanno cosรฌ scoperto che gli stessi strumenti matematici sviluppati per teoria delle stringhe per gestire i diagrammi di Feynman, se applicati sia al cervello sia ad altri tipi di sistemi fisici, possono prevedere con accuratezza il modo in cui i neuroni si connettono. “Non stiamo dicendo che la teoria delle stringhe e il cervello siano simili”, ha commentato Barabรกsi. Piuttosto, รจ la matematica che funziona su entrambe le scale. “Loro devono minimizzare le superficiโ, continua l’esperto riferendosi ai suoi colleghi teorici delle stringhe, “noi dobbiamo minimizzare le superfici”. Il prossimo passo sarร ora quello di cercare di capire come la minimizzazione della superficie influisca sul funzionamento dei sistemi fisici, non solo nel cervello. โLa matematicaโ, ha concluso Both, โsembra applicabile a sistemi fisici che vanno dal cervello al sistema vascolare, fino alle barriere corallineโ.
