Lo studio della risonanza magnetica sfida la nostra conoscenza di come funziona il cervello umano - Physics World

Come funziona il cervello umano? Dipende da chi chiedi.

A scuola, probabilmente ti è stato insegnato che il nostro cervello contiene miliardi di neuroni che elaborano gli input e ci aiutano a formare pensieri, emozioni e movimenti. Chiedi agli specialisti di imaging e imparerai come possiamo vedere il cervello in modi diversi utilizzando una varietà di tecniche di imaging e cosa possiamo imparare da ogni immagine. I neuroscienziati ti parleranno anche delle interazioni tra neuroni e sostanze chimiche correlate, come la dopamina e la serotonina.

Se chiedi a un sottogruppo di neuroscienziati che si concentrano su quadri matematici su come la forma del cervello influenza la sua attività - un'area della neuroscienza matematica chiamata teoria del campo neurale - inizierai a capire la relazione tra forma, struttura e funzione del cervello in un altro modo. .

La teoria del campo neurale si basa sulla nostra comprensione convenzionale di come funziona il cervello. Utilizza la forma fisica del cervello – la dimensione, la lunghezza e la curvatura della corteccia e la forma tridimensionale della sottocorteccia – come un'impalcatura su cui l'attività cerebrale si svolge nel tempo e nello spazio. Gli scienziati quindi modellano l'attività elettrica macroscopica del cervello usando la geometria del cervello per imporre vincoli. L'attività elettrica lungo la corteccia, ad esempio, potrebbe essere modellata come una sovrapposizione di onde viaggianti che si propagano attraverso un foglio di tessuto neurale.

“L'idea che la geometria del cervello possa influenzare o limitare qualunque attività avvenga all'interno non è una domanda di neuroscienze convenzionale, giusto? È una domanda molto esoterica... Ci sono stati decenni di lavoro nel tentativo di mappare l'intricato cablaggio del cervello, e abbiamo pensato che tutta l'attività che esce dal cervello sia guidata da questo intricato cablaggio", dice Giacomo Pang, ricercatore alla Monash University Turner Institute per il cervello e la salute mentale.

In uno studio pubblicato Natura, Pang e i suoi colleghi hanno sfidato questa comprensione prevalente identificando una forte relazione tra la forma del cervello e l'attività della risonanza magnetica funzionale (fMRI).

I ricercatori stavano studiando le risonanze naturali chiamate modi propri, che si verificano quando diverse parti di un sistema vibrano alla stessa frequenza, come le eccitazioni che si verificano nel cervello durante una scansione fMRI evocata da un compito. Quando hanno applicato i modelli matematici della teoria dei campi neurali a oltre 10,000 mappe di attività e dati fMRI del Progetto Human Connectome, i ricercatori hanno scoperto che l'attività corticale e subcorticale risulta dall'eccitazione di automodi a livello cerebrale con lunghe lunghezze d'onda spaziali fino a 6 cm e superiori. Questo risultato contrasta con la convinzione principale che l'attività cerebrale sia localizzata.

"Abbiamo pensato a lungo che pensieri o sensazioni specifici suscitino attività in parti specifiche del cervello, ma questo studio rivela che modelli strutturati di attività sono eccitati in quasi tutto il cervello, proprio come il modo in cui una nota musicale nasce dalle vibrazioni che si verificano lungo l'intera lunghezza di una corda di violino, e non solo un segmento isolato", afferma Pang in un comunicato stampa.

L'apprendimento automatico fornisce informazioni sul cervello umano

Pang e i suoi colleghi hanno anche confrontato il modo in cui gli automi geometrici, ottenuti da modelli di forma del cervello, si comportavano rispetto agli automi del connettoma, che sono ottenuti da modelli di connettività cerebrale. Hanno scoperto che i modi automatici geometrici imponevano limiti maggiori all'attività cerebrale rispetto ai modi propri del connettoma, suggerendo che i contorni e la curvatura del cervello influenzano fortemente l'attività cerebrale, forse anche in misura maggiore rispetto alla complessa interconnettività tra le stesse popolazioni di neuroni.

In poche parole, i risultati degli scienziati sfidano la nostra conoscenza di come funziona il cervello umano.

"Non stiamo dicendo che la connettività nel tuo cervello non sia importante", afferma Pang. “Quello che stiamo dicendo è che anche la forma del tuo cervello ha un contributo significativo. È molto probabile che entrambi i mondi abbiano una certa sinergia... ci sono stati decenni e decenni di lavoro da entrambi i lati della ricerca nel mondo della teoria dei campi neurali e nel mondo della connettività, ed entrambi sono importanti, secondo me. Questo studio apre così tante possibilità: potremmo studiare come gli automodi geometrici variano attraverso il neurosviluppo o vengono interrotti da disturbi clinici, per esempio. È abbastanza eccitante.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/