Forse non sapete che uno studio dell'EPFL di Losanna, in Svizzera (pubblicato da tempo su Frontiers in Computational Neuroscience) ha rivelato che le strutture del cervello umano operano fino a 11 dimensioni.
"Abbiamo trovato un mondo multidimensionale che non avremmo mai immaginato", spiega il neuroscienziato Henry Markram, direttore del Blue Brain Project (che ha condotto la ricerca) e professore all'EPFL.
Un universo multidimensionale all'interno del cervello
Le immagini cercano di trasmettere qualcosa che va oltre l'immaginazione: un regno di strutture e luoghi multidimensionali. Sulla sinistra è una replica digitale di una porzione della neocorteccia, che è la regione più evoluta del cervello. Forme che vanno da 1 a 7 dimensioni e oltre. Il "buco nero" al centro simboleggia un complesso di spazi o cavità multidimensionali.
Nello studio, i ricercatori hanno rivelato che le reti di neuroni contenute in tali cavità forniscono l'anello mancante tra struttura e funzione neurale.
"Ci sono centinaia di milioni di questi oggetti, anche in un piccolo punto del cervello, fino a sette dimensioni. Abbiamo scoperto strutture fino a undici dimensioni in alcune reti", ha detto Markram.
La matematica non bastava
Le visioni matematiche tradizionali, secondo questi studi sul cervello umano, sono insostenibili e inefficaci. "La matematica solitamente applicata alle reti di studio non è in grado di rilevare la struttura multidimensionale che ora vediamo chiaramente", ha rivelato Markram.
Al suo posto, gli scienziati hanno deciso di adoperare la topologia algebrica. Si tratta di una branca della matematica che fa uso di strumenti dell'algebra astratta per studiare gli spazi topologici. Nello studio, gli scienziati del Blue Brain Project sono stati assistiti dai matematici Kathryn Hess dell'EPFL e Ran Levi dell'Università di Aberdeen.
"La topologia algebrica è come un telescopio e un microscopio allo stesso tempo. Può ingrandire le reti per rivelare strutture non rilevabili in precedenza. In una metaforica foresta, insomma, può vedere sia gli alberi che gli spazi vuoti (le radure)" ha aggiunto la professoressa Hess.
Il cervello umano multidimensionale può creare strutture fino a 11 dimensioni
Gli scienziati hanno scoperto che le strutture cerebrali vengono create quando un gruppo di neuroni - cellule che trasmettono segnali nel cervello - formano qualcosa chiamato clique. Ogni neurone è connesso a ogni altro neurone del gruppo in modo univoco, creando un nuovo oggetto. Più neuroni ci sono in una clique, maggiore è la "dimensione" dell'oggetto.
Gli scienziati sono stati in grado di costruire un cervello virtuale con l'aiuto del computer, poi modellare le sue strutture utilizzando la topografia algebrica. Successivamente hanno condotto esperimenti su tessuto cerebrale reale per confermare i risultati. I ricercatori hanno scoperto cavità tra le cliques aggiungendo stimoli al cervello virtuale.
"La comparsa di ogni cavità multidimensionale quando il cervello elabora le informazioni significa che i neuroni nella rete reagiscono agli stimoli in modo estremamente organizzato", ha spiegato Levi.
È come se il cervello reagisse a uno stimolo costruendo e poi radendo al suolo una torre di blocchi multidimensionali, iniziando con aste (1D), poi tavole (2D), poi cubi (3D), e poi geometrie più complesse con 4D, 5D, ecc. La progressione dell'attività attraverso il cervello assomiglia a un castello di sabbia multidimensionale che si materializza dalla sabbia e poi si disintegra.
Ran Levi , Università di Aberdeen.
I nuovi dati sul cervello umano offrono una visione senza precedenti di come il cervello umano elabora le informazioni.
A che punto siamo oggi?
La scoperta, epocale, ha dato un forte impulso alle ricerche sul funzionamento del cervello. Il Covid ne ha rallentata qualcuna, ma i quesiti sul cervello 'multidimensionale' sono ancora tutti sul tavolo. Gli scienziati hanno affermato che non è ancora chiaro, ad esempio, come si formino le cliques e le cavità nei loro modi altamente specifici.
Nuovi studi (guidati anche dalla sempre più efficace intelligenza artificiale) potranno aiutare gli scienziati a svelare questo arcano, ed insieme quelli che si porta dietro. Ad esempio, uno dei più grandi misteri della neuroscienza: dove il cervello "immagazzina" i suoi ricordi. "Magari proprio in una cavità multidimensionale", conclude Markram.
