Ecco come il cervello codifica le informazioni

“Come un libro in cui le singole pagine non sono tutte diverse, ma portano piccole porzioni di testo comune o come un gruppo di persone che fischiano una melodia molto simile, così funzionano le nostre cellule cerebrali“, affermano gli scienziati.

È il fenomeno della “correlazione”, in cui i singoli neuroni non sempre agiscono come unità indipendenti nel ricevere e trasmettere informazioni, ma come un gruppo con azioni simili e simultanee. Osservando l’attività elettrica di queste cellule in laboratorio, insieme all’uso di modelli matematici computerizzati, un gruppo di ricercatori guidati dal Professor Michele Giugliano della SISSA ha fatto luce per la prima volta sui meccanismi cellulari dietro queste correlazioni.

Nello studio, gli scienziati hanno esaminato i neuroni eccitatori, quelli destinati a promuovere l’attività elettrica di altri neuroni e i neuroni inibitori, intesi a sopprimere la loro attività.

“La nostra scoperta ci dice che le cellule eccitatorie tendono a preferire l’individualità e a ridurre la ridondanza dei propri messaggi, mentre le cellule inibitorie agiscono insieme come una sola. Questo ci consente di aggiungere un nuovo pezzo alla comprensione di come i neuroni organizzano le informazioni nel cervello che sono sempre rappresentate dall’attività elettrica di gruppi di cellule “, spiega il Professor Giugliano.

Lo studio, che ha visto il coinvolgimento della SISSA di Trieste e dell’Università di Anversa, in Belgio, e di Pittsburgh, negli Stati Uniti, è appena stato pubblicato sul Journal of Neuroscience.

“Lo studio”, spiegano gli autori, “è stato condotto con una combinazione di modelli matematici progettati per prevedere il comportamento elettrico dei neuroni e le osservazioni dirette fatte sui neuroni in laboratorio. È un approccio integrato molto interessante per diversi motivi”.

Giugliano aggiunge: “L’accompagnamento di una scoperta sperimentale da parte di una teoria ne aumenta l’impatto. Inoltre, poiché i nostri modelli sono i più semplici possibili, possiamo focalizzare la nostra comprensione sui meccanismi biologici piuttosto che descriverne solo l’effetto. Questo approccio è alla base dei progressi attuali nelle neuroscienze e apre fronti di ricerca molto interessanti nello studio sul cervello “.

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Comprensione del codice neurale utilizzato dal cervello

La ridondanza nell’attività elettrica dei neuroni della corteccia cerebrale, chiamata anche co-variabilità, è nota da tempo. La somiglianza nel comportamento riguarda sia l’input scambiato tra i neuroni che il loro output, vale a dire la risposta che segue il messaggio in arrivo. Ciò che non è completamente noto “è il modo in cui input simili generano output simili, in termini di meccanismi cellulari”. “Pertanto, chiarire questi meccanismi ed esplorare come diversi tipi di cellule partecipano a questo fenomeno è un passo fondamentale per comprendere appieno i complessi circuiti del cervello. Studiando le caratteristiche biofisiche di questo fenomeno, abbiamo notato che i neuroni eccitatori tendono a scoraggiare la ridondanza dei loro risultati, forse perché la loro azione deve essere inequivocabile e più informativa, considerando che i loro messaggi sono in uscita dalla corteccia mentre i neuroni inibitori fanno il contrario. Queste cellule tendono a lavorare insieme usando questa ridondanza per sincronizzare e amplificare i loro effetti“, continua Giugliano.

La validazione sperimentale più accurata di una teoria matematica

“Non siamo ancora in grado di spiegare appieno il ruolo delle correlazioni nel cervello, ma abbiamo sicuramente scoperto che queste due categorie di neuroni devono essere viste sotto una nuova luce: non sono identiche. Tuttavia, c’è di più”, conclude il ricercatore: “Questa ricerca è la validazione sperimentale più accurata di una semplice teoria matematica, che descrive come emerge l’attività elettrica dei neuroni e varia nel tempo. Ciò rappresenta anche un risultato significativo di questo studio“.

Fonte,JNeuroscience