CRONACA

Pi greco, la costante che va su tutto

NOTIZIE – Pi greco. È stupefacente pensare che degli scienziati vadano a cercare una costante strutturale nell’organizzazione dei neuroni nel cervello e finiscano per trovare il valore π…

Scusate, vado per ordine perché sennò non si capisce.

Le connessioni fra neuroni nel cervello (in tutto il sistema nervoso a dire il vero) formano una struttura estremamente complessa. Troppo complessa perché sia definita in origine da istruzioni precise (cioè a livello di ogni singola connessione) contenute nei geni. Quello che è contenuto nei geni sono presumibilmente delle regole di massima che stabiliscono le connessioni principali fra le varie macro-aree e poi delle regole di autorganizzazione, autorganizzazione che viene guidata dall’attività dei neuroni stessi.

Gli scienziati da tempo stanno cercando di capire quali siano queste regole. Per esempio sembrano d’accordo sul fatto che valga quella grossolana che dice “cellule che sono in attività sincrona, si connettono”, ma è un po’ troppo poco per capire nel dettaglio la struttura precisa delle connessioni del cervello.

Di recente lo studio citato all’inizio, pubblicato su Science Express, sembra aver trovato una nuova e importante regolarità. Di che cosa si tratta?

Senza scendere troppo nel dettaglio, bisogna però sapere qualcosa dell’organizzazione della corteccia visiva primaria nel cervello. I neuroni nella corteccia visiva sono specializzati nell’analizzare certi tipi di stimolo. Grazie a un’architettura specifica di connessioni che creano un bilancio preciso di attivazioni e inibizioni fra neuroni vicini, singoli neuroni riescono a riconoscere nell’immagine la presenza, per esempio, di bordi orientati in maniera precisa.

Questo vuol dire che ci saranno neuroni capaci di segnalare (in ogni punto dell’immagine – per praticità immaginate un pixel) la presenza di un bordo verticale, uno inclinato di 45°, uno orizzontale e tutti gli altri orientamenti in mezzo. Nella corteccia i neuroni con lo stesso orientamento preferito sono raggruppati in colonne (nel senso che questa sensibilità si estende anche verticalmente attraverso i diversi strati della corteccia). Ma non basta, le varie colonne con diverso orientamento specifico sono a loro volta raggruppate in unità funzionali (ipercolonne). Ogni ipercolonna è in grado di esaminare tutti i possibili orientamenti di un bordo in quel dato punto dello spazio visivo.

Guardando le ipercolonne dall’alto, in molte specie, si può riconoscere una struttura a “girandola” dove le varie colonne con orientamento selettivo sono disposte le une accanto alle altre in modo da passare con una transizione dolce attraverso tutti i 360°.

Matthias Kaschube e colleghi, dell’Università di Gottinga in Germania, hanno misurato (con grande perizia e sforzo) tutta una serie di parametri di queste ipercolonne in tre specie molto diverse: il furetto, la tupaia e il galagone (un mustelide, un rappresentante del gruppo degli “scandentia” e un primate). Questi tre animali hanno abitudini molto diverse, ma condividono alcune caratteristiche del sistema visivo, in primo luogo l’organizzazione in colonne della corteccia visiva primaria, anche se da specie a specie la dimensione, per esempio, di queste colonne è molto diversa. Fra i parametri registrati c’erano la dimensione media delle colonne, la distanza media fra le colonne con lo stesso orientamento e la densità dei centri delle girandole.

La cosa che ha sorpreso gli scienziati è stato che il rapporto fra la densità dei centri delle girandole in relazione a una serie di altri parametri dava un numero costante in tutte le tre specie. La cosa ancora più singolare è che questo numero è π!

Gli scienziati non si sono fermati qui: nell’articolo infatti spiegano anche che il numero viene previsto da i modelli matematici che sono stati sviluppati per mimare i processi biologici sottostanti.  Secondo Kaschube e colleghi questo risultato è dato principalmente dai pattern di connessioni di lungo raggio fra neuroni, connessioni che collegano colonne con orientamento uguale. Sono queste connessioni a imporre un’architettura globale al network e danno la forma alla mappa sensoriale (cioè l’intera rappresentazione dello spazio visivo nella corteccia) nel complesso.

Questa agli occhi di scienziati cognitivi e neuroscienziati suona davvero come una notizia bomba, un passo fondamentale per comprendere come si sviluppa e funziona il cervello. Io resto scettica, anche perché Science Express non mi frega di nuovo. Esigo conferme.

Federica Sgorbissa
Federica Sgorbissa è laureata in Psicologia con un dottorato in percezione visiva ottenuto all'Università di Trieste. Dopo l'università, ha ottenuto il Master in comunicazione della scienza della SISSA di Trieste. Da qui varie esperienze lavorative, fra le quali addetta all'ufficio comunicazione del science centre Immaginario Scientifico di Trieste e oggi nell'area comunicazione di SISSA Medialab. Come giornalista free lance collabora con alcune testate come Le Scienze e Mente & Cervello.

16 Commenti

  1. A me fa venire in mente che se prendi le misure delle piramidi e sottrai, sommi e moltiplichi puoi far uscire anche la distanza tra la Terra e Vega…
    Non ti arrabbiare, ma la tupaia appartiene agli Scandentia, non ai Primati. 8-)))

    Marco Ferrari

    1. Grazie… corretto! (anche a me sembra un po’ tirato per le orecchie, ma questo scrivono, stiamo a vedere cose ne viene fuori)

      1. è un po’ poco specificato, il rapporto di che? detta così, che da una “girandola” si tiri fuori un pi greco, mi pare che sia un tantino tautologico, cioè descrive solo la struttura. Se mi parli di altri parametri, forse posso capire meglio… : S

  2. Tempo fa lessi che il rapporto tra la lunghezza reale dei fiumi e la loro lunghezza presa in linea d’aria tende a P greco… in una pubblicazione che adesso non riesco più a trovare. Fatto curioso, avete informazioni su questo?

    1. Gherardo, non credo sia la pubblicazione alla quale ti riferisci, questo è un romanzo, ma Baricco ne scriveva in City: “[…] anche se mi sforzo, mi viene solo in mente quella storia dei fiumi, se proprio voglio trovare qualcosa che mi faccia digerire tutta questa faccenda, finisco per pensare ai fiumi, e al fatto che si son messi lì a studiarli perché giustamente non gli tornava ’sta storia che un fiume, dovendo arrivare al mare, ci metta tutto quel tempo, cioè scelga, deliberatamente, di fare un sacco di curve, invece di puntare dritto allo scopo, devi ammettere che c’è qualcosa di assurdo, ed è esattamente quello che pensarono anche loro, c’è qualcosa di assurdo in tutte quelle curve, e così si son messi a studiare la faccenda e quello che hanno scoperto alla fine, c’è da non crederci, è che qualsiasi fiume, proprio qualsiasi fiume, prima di arrivare al mare fa esattamente una strada tre volte più lunga di quella che farebbe se andasse dritto, sbalorditivo se ci pensi, ci mette tre volte tanto quello che sarebbe necessario, e tutto a furia di curve, appunto, solo con questo stratagemma delle curve, e non questo fiume o quello, ma tutti i fiumi, come se fosse una cosa obbligatoria, una specie di regola uguale per tutti, che è una cosa da non credere, veramente, pazzesca, ma è quello che hanno scoperto con scientifica sicurezza a forza di studiare i fiumi, tutti i fiumi, hanno scoperto che non sono matti, è la loro natura di fiumi che li obbliga a quel girovagare continuo, e perfino esatto, tanto che tutti, e dico tutti, alla fine, navigano per una strada tre volte più lunga del necessario, anzi per essere esatti, tre volte virgola quattordici, giuro, il famoso pi greco, non ci volevo credere, in effetti, ma pare che sia proprio così, devi prendere la loro distanza dal mare, moltiplicarla per pi greco e hai la lunghezza della strada che effettivamente fanno, il che, ho pensato, è una gran figata, perché, ho pensato, c’è una regola per loro vuoi che non ci sia per noi, voglio dire, il meno che ti puoi aspettare è che anche per noi sia più o meno lo stesso, e che tutto questo sbandare da una parte e dall’altra, come se fossimo matti, o peggio smarriti, in realtà è il nostro modo di andare diritti, modo scientificamente esatto, e per così dire già preordinato, benché indubbiamente simile a una sequenza disordinata di errori, o ripensamenti, ma solo in apparenza perché in realtà è semplicemente il nostro modo di andare dove dobbiamo andare, il modo che è specificatamente nostro, la nostra natura, per così dire, cosa volevo dire?, quella storia dei fiumi, si, è una storia che se ci pensi è rassicurante, tanto che ho deciso di crederci […]”.

  3. La costante PiGreco è presente in tutti i calcoli matematici.Questo dimostra che la vita sulla Terra non è dovuta al Caso ,ma è stata progettata.Ma la cosa più stupefacente e che PiGreco è stato scoperto 4.000 anni fà dai babilonesi,che osservarono che la circonferenza e 3 volte il diametro.Poi,Archimede di Siracusa determina il primo valore di PiGreco.Ma come avranno fatto i babilonesi a diventare così esperti di matematica ,…ma io,penso che abbiano avuto una visita da alieni provenienti dal cielo,scambiati per angeli.

    1. Esatto: sono stati i templari grigi spaziali che hanno messo una piramide a Renne-le-Chateau

  4. Idea semplice e ingenua: pigreco non e’ una cosatante solo geometrica, ma anche topologica. E’ la costante fondamentale dell’isotropia. Tutte le volte che un qualcosa in uno spazio a qualunque numero di dimensioni mostra una qualche isotropia, non necessariamnete su tutte le dimensioni dello spazio in cui sta, salta fuori sempre pi-greco. Dal punto di vista teleonomico, l’evoluzione dell’encefalo, per quanto riguarda la topologia delle connessioni neuronali, avrebbe potuto semplicemente tendere all’isotropia.

  5. Uno scienziato, Gyorgy Buzsaki, paragona il cervello, in particolare la sua scalabilità, ad una struttura di R.Buckminster Fuller, in cui i neuroni nel lungo corso di ingegneria genetica, hanno mappato i loro percorsi piu brevi e quindi minimizzato il volume di assioni richiesti…
    (pag. 128) Google Libri – The architect’s brain: neuroscience, creativity, and architecture
    Di Harry Francis Mallgrave

  6. cara federica il tuo articolo non mi piace affatto forse perchè mi fa sentire un po’ stupido.
    il fatto è che io insegno alla facoltà di ingegneria di UNICAL e alla fine della lettura non ho capito assolutamente nulla.
    è vero che non sono biologo, neurologo, topologo ecc…. ma la domanda che mi resta è la seguente:
    “da decenni mi interesso avidamente di quasi tutti gli argomenti scientifici che abbiano una qualche relazione con la fisica, la cosmologia, la teologia, la neurologia e così via e sono da tutti, anche al difuori del campo accademico, ritenuto depositario di un notevole bagaglio di nozioni scientifiche; se io non ho capito nulla, ma veramente nulla, del tuo articolo….. mi domando a quale precentuale dei lettori di Ulisse tale articolo sia diretto.
    se qualcuno vorrà rispondere e se le risposte saranno statisticamente significative, e se ognuno indicherà anche il proprio curriculum studiorum…. potremmo provare a capire meglio quale potrebbe essere questa percentuale.
    grazie
    comunque sia mi complimento lo stesso poichè sei indubbiamente una brava giornalista scientifica e riesci a districarti bene nella irta via che corre angusta tra l’approfondimento eccessivo e la banalizzazione della notizia.

  7. La Costante di Planck detta anche “quanto d’azione e la sua scoperta ha avuto un ruolo determinante per la nascita e l’evoluzione della Meccanica Quantistica.
    Max Planck è il padre della moderna Teoria Quantistica ,questa costante si esprime in due formule ,la seconda è : Costante uguale a costante diviso 2 PiGreco.Pi Greco è presente in tutto l’Universo.

  8. Forse perché ho alle spalle una laurea in scienze biologiche (nel secolo scorso, vabbé) e ho letto parecchio sull’argomento (e qualche annetto di divulgazione scientifica) ho trovato l’articolo leggibile e comprensibile. A parte ovviamente la frase “La cosa che ha sorpreso gli scienziati è stato che il rapporto fra la densità dei centri delle girandole in relazione a una serie di altri parametri dava un numero costante in tutte le tre specie”. probabilmente Federica ha pensato, e non so darle torto, che la serie di altri parametri sarebbe stata troppo pesante da spiegare per una notizia. Insomma, ha fatto il meglio possibile per una cosa complicata ma intrigante.

    1. Ok, mi avete beccato.

      L’articolo originale è essenzialmente matematica, di quelle più ostiche. Con l’aggravante che purtoppo ho scoperto che l’istituto in cui lavoro, ha sì accesso agli articoli di Science, ma non a quelli di Science Express. Del lavoro ho potuto dunque leggere l’abstract e un’interessante approfondimento qui, e in nessuno dei due luoghi è specificato esattamente quali siano questi parametri – perché immagino si tratti di cose molto matematiche, molto astratte e difficilmente spiegabili in maniera esplicita ai non matematici (e sì lo so che questo era esattamente il punto debole del mio articolo, dove mi sarei esposta al fuoco amico). L’ho scritto lo stesso perché, più che la scoperta della costante, mi interessava spiegare alcune cose del nostro sistema visivo (è da questi studi che provengo) che trovo assolutamente affascinati, e cioè che razza di “macchinario” sofisticato è la corteccia visiva primaria, con la sua organizzazione in unità funzionali. Ricordo che quando sui banchi dell’università ho studiato per la prima volta questo argomento mi ci sono persa dentro – in senso positivo.
      Volevo inoltre introdurre anche un argomento che oggi va per la maggiore e cioè gli studi sull’autorganizzazione dei neuroni nel sistema nervoso, settore multidisciplinare che oggi coinvolge anche matematici, fisici, e scienziati che qualche decennio fa non si sarebbero mai sognati di occuparsi di “cervello”…

      Mi scuso dunque per la vaghezza e prometto di tenervi aggiornati sugli sviluppi in questo campo…

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