I neuroscienziati usano modelli matematici per riprodurre come il cervello elabora gli odori.
Sapere come il cervello reagisce agli odori può aiutare a combattere le malattie
Di Natalie Sabin
11 maggio 2022 C Sapete che complicate equazioni possono prevedere quale storia appare nel vostro feed di notizie o quale video di TikTok guarderete dopo. Ma forse non sapete che la matematica può aiutarci a capire cosa succede nel cervello quando sentiamo un odore.
I ricercatori del Del Monte Institute for Neuroscience dell'Università di Rochester stanno costruendo complessi modelli matematici che fanno proprio questo C e, se continueranno a fare progressi, il loro lavoro potrebbe contribuire alla lotta contro le malattie del sistema nervoso, come l'Alzheimer e il Parkinson.
Decodificare l'odore
Ogni aroma con cui veniamo a contatto provoca risposte nel nostro cervello. Che ci crediate o no, queste risposte possono essere codificate in numeri.
Un paragone approssimativo è la vista e i colori che vediamo nei videogiochi e sugli schermi dei computer. I programmatori di computer hanno lavorato per decenni per scomporre i milioni di colori che vediamo nel mondo reale in 1 e 0 comprensibili da una macchina.
I videogiocatori di lunga data hanno assistito a questa evoluzione, con il passaggio dai sistemi Nintendo e Atari a 8 bit alle PlayStation e Xbox a 64 bit, fino ai display ancora più complessi e dettagliati di oggi. In ogni fase, l'aumento della dimensione dei bit ha permesso di ottenere una migliore precisione e maggiori dettagli.
Istantanea o sinfonia?
Per costruire un modello matematico dell'olfatto, tutto ciò che serve è l'accesso a una potenza di calcolo estremamente potente, la conoscenza del modello di Hodgkin-Huxley (la spina dorsale di molte equazioni nelle neuroscienze), un catalogo delle numerose ricerche sull'olfatto ed essere molto, molto intelligenti.
Le equazioni agiscono come un riflettore matematico per illuminare parti del cervello che altrimenti potrebbero non essere chiare, spiega Krishnan Padmanabhan, PhD, professore associato di neuroscienze all'Università di Rochester e autore senior di un nuovo studio sul sistema olfattivo del cervello, o senso dell'olfatto.
L'olfatto è una delle parti del cervello meno comprese, dice Padmanabhan.
Negli ultimi 30 anni sono state elaborate diverse teorie su come viene elaborato l'olfatto. In un modello, le risposte agli odori sono rappresentate come un'istantanea di un momento specifico. In altri, i modelli si evolvono nel tempo, come una sinfonia.
Padmanabhan e il suo team hanno cercato di capire perché nella letteratura scientifica esistono così tante teorie sugli odori e di capire meglio quali sono vere.
Così hanno costruito una simulazione al computer, utilizzando solo equazioni, simile al sistema cerebrale dell'olfatto. Poi hanno modificato le equazioni per verificare le teorie sul funzionamento del cervello quando incontra un odore.
I risultati (per ora)
I risultati suggeriscono che il modo in cui il cervello elabora gli odori dipende da ciò che deve capire in quel momento.
I nostri risultati rivelano che questi diversi modelli possono essere in realtà diverse facce della stessa medaglia, dice Padmanabhan. Piuttosto che scegliere un approccio specifico per elaborare gli odori, il cervello potrebbe passare da una strategia all'altra per interpretare gli odori nell'ambiente.
In altre parole, il cervello adatta la sua risposta a ciò che accade nel mondo che ci circonda. Questo è un bene, perché il cervello ha il compito di mantenere l'equilibrio del corpo e di farci vivere in ogni tipo di situazione, quindi la flessibilità lo aiuta a reagire di conseguenza. (I ricercatori non hanno programmato odori specifici, anche se potrebbero farlo in futuro, dice Padmanabhan).
Il lavoro ha implicazioni anche per la salute. Le alterazioni dell'olfatto sono state collegate a disturbi cerebrali come il Parkinson e il morbo di Alzheimer. Col tempo, una comprensione più approfondita di questi cambiamenti potrebbe portare a una migliore individuazione e a un migliore trattamento.
Per il momento, però, il modello di Padmanabhans è un piccolo ma importante tassello per decodificare il più grande puzzle del funzionamento del cervello.
Proprio come la grafica a 8 bit ha portato a quella a 16 bit, fino ai display fotorealistici che vediamo oggi, il modello di Padmanabhans può aiutare a gettare le basi per sviluppi futuri più grandi e più avanzati.
Questa ricerca consiste nell'usare il linguaggio matematico per studiare il cervello, dice Padmanabhan, ma anche nell'usare le cose che sappiamo sul cervello per ispirare modi migliori di scrivere equazioni e costruire sistemi di calcolo nel campo delle neuroscienze.
