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Il cervello è dieci volte più attivo di quello che si è sempre pensato

Il cervello è dieci volte più attivo di quello che si è sempre pensato
Tempo di lettura: 3 minuti

Una ricerca ha scoperto che il cervello è più attivo grazie ai dendriti,che non sono solo condotti passivi per correnti elettriche tra i neuroni. Questo risultato potrebbe cambiare la comprensione di come funziona il cervello, e potrebbe portare a nuovi approcci per il trattamento di disturbi neurologici e per lo sviluppo di computer che “pensano” più come gli esseri umani.

La ricerca: i dendriti

Finora le ricerche effettuate sui dendriti consideravano questi componenti dei neuroni come elementi passivi nel processo alla base della formazione e dell’immagazzinamento dei ricordi, responsabili solamente dell’invio di corrente di altri neuroni al soma.

Tuttavia, un recente studio condotto dai ricercatori dell’University of California di Los Angeles (UCLA) sulla loro struttura e sulla funzione, ha portato alla scoperta di un nuovo ruolo dei dendriti, che non avrebbero più solo un ruolo passivo, ma sarebbero elettricamente attivi, generando quasi 10 volte più picchi dei soma.

Il meccanismo

I dendriti sono i  componenti dei neuroni, le cellule nervose del cervello. I neuroni sono composti da un corpo, il soma, con numerosi rami chiamati dendriti che si estendono verso l’esterno. I soma generano brevi impulsi elettrici chiamati “picchi” per collegarsi e comunicare tra di loro.

Attraverso uno studio con dei topi il team UCLA ha sviluppato una nuova tecnica che prevede l’inserimento degli elettrodi in prossimità dei dendriti, invece che direttamente su di loro per misurare l’attività elettrica dei dendriti.

 

Attività nei dendriti e picchi nel soma

Utilizzando questo approccio, gli scienziati hanno misurato l’attività dei dendriti nei ratti che potevano muoversi liberamente in un grande labirinto. Prendendo misure dalla corteccia parietale posteriore, la parte del cervello che svolge un ruolo fondamentale nella pianificazione del movimento, i ricercatori hanno trovato molta più attività nei dendriti che nel soma: un numero di picchi circa 5 volte maggiore mentre i ratti dormivano, e fino a 10 volte di più quando stavano esplorando.

I picchi somatici sono brevi raffiche elettriche considerate il centro dell’elaborazione neurale e dell’apprendimento.

Questa scoperta, pubblicata sulla rivista Science, sfida la convinzione relativa ai picchi nel soma, che sono da sempre considerati il modo principale in cui si verificano la percezione, l’apprendimento e la formazione della memoria.

“I dendriti costituiscono più del 90% del tessuto neurale”, ha detto il neurofisico UCLA Mayank Mehta, autore dello studio. “Sapendo che sono molto più attivi del soma, fondamentalmente cambia la natura della nostra comprensione di come il cervello calcola le informazioni. Può aprire la strada per la comprensione e il trattamento di disturbi neurologici e per lo sviluppo di computer simili al cervello“.

I ricercatori hanno inoltre scoperto che i dendriti generano grandi fluttuazioni di tensione in aggiunta ai picchi: il soma genera infatti solo picchi “tutto o niente”, proprio come fanno i computer digitali. IN aggiunta a ciò dendriti generano anche grandi tensioni variabili che ancora più grandi dei picchi, il che suggerisce che i dendriti eseguono calcoli analogici.

 

Considerazioni: il cervello ha una capacità di calcolo superiore

“Abbiamo scoperto che i dendriti sono ibridi che fanno calcoli analogici e digitali. Sono quindi fondamentalmente diversi dai computer puramente digitali, ma simili ai computer quantistici“, ha affermato Mehta, professore di fisica e astronomia, di neurologia e della neurobiologia dell’UCLA. “Una credenza fondamentale nel campo delle neuroscienze è stata che i neuroni sono dispositivi digitali: generano un picco o no. Questi risultati mostrano che i dendriti non si comportano puramente come un dispositivo digitale. I dendriti generano picchi digitali, tutto o niente, ma mostrano anche grandi fluttuazioni analogiche che non sono “tutto o niente. Questa è una grande partenza da ciò che i neuroscienziati hanno creduto per circa 60 anni “.

Poiché i dendriti sono quasi 100 volte più grandi in termini di volume rispetto ai centri neuronali, Mehta ha affermato che il gran numero di picchi dendritici potrebbe significare che il cervello ha una capacità di calcolo di oltre 100 volte superiore rispetto a quanto precedentemente pensato.

 

Cambiata la nostra comprensione di come calcolano i neuroni

Afferma Jason Moore, ricercatore UCLA e autore dello studio: “I nostri risultati indicano che l’apprendimento può avvenire quando il neurone che invia il segnale è attivo allo stesso momento di un dendrite, e potrebbe essere che diverse parti dei dendriti siano attive in momenti diversi, cosa che suggerisce una maggiore flessibilità nel modo in cui l’apprendimento avvenire in un unico neurone “.

Esaminare il soma per capire come funziona il cervello ha fornito un quadro di riferimento per numerose questioni mediche e scientifiche, dalla diagnosi e dal trattamento delle malattie a come costruire i computer. Ma, come ha detto Mehta, questo quadro è basato sulla comprensione che il corpo delle cellule effettua le decisioni e che il processo sia digitale.

“Quello che abbiamo trovato indica che tali decisioni vengono prese nei dendriti molto più spesso che nel corpo cellulare e che tali calcoli non sono solo digitali, ma anche analogici“, ha detto Mehta. “A causa delle difficoltà tecnologiche, la ricerca sulle funzioni del cervello si è concentrata in gran parte sul corpo cellulare. Ma abbiamo scoperto la vita segreta dei neuroni, specialmente nei grandi rami neuronali. I nostri risultati cambiano notevolmente la nostra comprensione di come calcolano i neuroni”.

 

 

Fonte:

http://science.sciencemag.org/content/355/6331/eaaj1497

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Redazione

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