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.
