Newswise – Le stesse regole della fisica che governano le molecole quando si condensano da gas a
liquido o si ghiacciano da liquido a solido, si applicano all’ attività dei neuroni nel cervello
umano. Il matematico Jack Cowan dell’ Università di Chicago spiegherà questi approfondimenti sulla
fisica dell’ attività cerebrale questa settimana a Boston, durante la conferenza annuale dell’
American Association for the Advancement of Science.
“Strutture formate da moltissime unità possono esibire chiare transizioni da uno stato all’ altro,
che i fisici chiamano transizione di fase,” dice Cowan, un Professore di Matematica e Neurologia di
Chicago. “Accandon strane e interessanti cose in vicinanza della transizione di fase.”
Quando i liquidi entrano in fase di transizione, evaporano in gas o ghiacciano. Quando il cervello
va in transizione di fase, passa da attività casuale ad attività organizzata. “Il cervello a riposo
produce attività casuale,” dice Cowan, o cio’ che i fisici definiscono “moto Browniano”.
La maggior parte del suo lavoro comprende equazioni derivate, le scoperte di Cowan si fondono bene
con i dati generati in laboratorio sulla corteccia cerebrale e l’ elettroencefalogramma. I suoi
ultimi risultati mostrano che gli stessi strumenti usati dai fisici per descrivere il comportamento
delle particelle subatomiche e la dinamica dei liquidi e solidi, possono ora essere applicati per
comprendere come il cervello genera i suoi ritmi.
Questi includono le onde delta prodotte durante il sonno, le onde alfa del cervello visivo, le onde
gamma, scoperte nella scorsa decade, che sembrano collegate al processo informativo. “Lo stato di
riposo dell’ attività cerebrale sembra avere una struttura statistica caratteristica di un certo
tipo di transizione di fase,” dice Cowan. “Al cervello piace stare lì, perchè è un posto in cui il
processo informativo è ottimizzato.”
Cowan ha organizzato una sessione per AAAS sulla Matematica e il Cervello, che avrà luogo dalle 8:30
alle 10 a.m EST, sabato, 16 febbraio. Parteciperà anche in una discussione sull’ argomento alle 3
p.m. EST, il 15 febbraio. Ad entrambi gli eventi parteciperanno anche la matematica Nancy Kopell
della Boston University e il neuroscienziato computazionale Tomaso Poggio del Massachusetts
Institute of Technology.
A questo stadio della ricerca, Cowan afferma che sarebbe prematuro e speculativo per lui provare a
spiegare come le transizioni di fase nel cervello possano essere correlate alle condizioni
neurologiche o agli stati della coscienza umana. “Questo per il futuro,” ha detto.
Altro componente della sua ultima ricerca è la stretta relazione tra le formazioni schemantiche
spontanee nei circuiti cerebrali e nelle reti di reazioni chimiche.
In questa ricerca, ha mostrato come la matematica puo’ aiutare a spiegare le allucinazioni visive e
come la corteccia visiva ottiene le striscie, che sono visibili ad occhio nudo quando rimosso dai
cadaveri.
“Questa linea di ricerca sulla formazione dello schema si puo’ ricollegare ad Alan Turing, che ha
anche fondato la moderna scienza della computazione,” ha detto Terrence Sejnowski del Salk Institute
for Biological Studies di La Jolla, California, che è specialista nella neurobiologia
computazionale.
La ricerca di Cowan per la comprensione del funzionamento cerebrale usando metodi numerici, prosegue
da 4 decenni. Lungo il percorso ha collaborato con una serie di studenti laureati e colleghi in
fisica, matematica, biologia e neuroscienze.
Nel 1972, lui e il collega Hugh Wilson, ora della York University in Canada, hanno formulato una
serie di equazioni che possono descrivere la dinamica delle reti neurali. Ora definite “equazioni
Wilson-Cowan”, sono divenuti il riferimento principale per la ricerca delle reti neurali. “Ma ho
sempre saputo che queste equazioni erano inadeguate, allora ho continuato a pensarci sopra,” ha
detto Cowad.
Quindi nel 1985, ha visto un articolo in un giornale giapponese che descriveva l’ approccio fisico
statistico alle reti di reazioni chimiche. “Mi sono serviti anni per capire come usare questi
strumenti per le reti biologiche,” ha detto. “Così è apparsa l’ analogia esistente tra il
comportamento delle reti di reazioni chimiche e le reti neurali.”
La sua carriera nella ricerca è iniziata nel 1962, quando come studente laureato in ingegneria
elettrica, ha lavorato con i fondatori della teoria della rete neurale.
Questa includeva Norbert Wiener, morto nel 1964, prima che potessero lavorare assieme sul problema
su cui Cowan continua ad operare.
“Non ho capito davvero cosa mi stesse dicendo finchè non ci ho lavorato da me. Era uno dei piu’
grandi matematici del ventesimo secolo,” ha detto Cowan.
Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Fonte: www.newswise.com/articles/view/537817/
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