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Cervello trasmette informazioni luminose come una fibra ottica super veloce

Il nostro cervello trasmette informazioni luminose come una moderna fibra ottica. Questa nuova ipotesi avanzata da un gruppo di ricercatori italiani, potrebbe contribuire a spiegare il grande salto evolutivo che ha permesso di realizzare le più complesse manifestazioni dell’intelligenza, come la coscienza, la volontà e la memoria.

Lo studio è stato recentemente pubblicato su una rivista del gruppo Nature “Scientific Reports”, frutto del lavoro di un gruppo di ricerca multidisciplinare composto da Andrea Zangari, medico dell’Azienda Ospedaliera San Camillo Forlanini di Roma, Davide Micheli, Ingegnere di TIM S.P.A. di Roma, Roberta Galeazzi, ricercatore chimica organica presso dell’Università Politecnica delle Marche ad Ancona e Antonio Tozzi, fisico dell’Azienda USL Toscana Sud Est, Grosseto. Gli studiosi hanno descritto la struttura che genera l’impulso nervoso come un sistema di nanoantenne che, attraverso un processo molto complesso di cooperazione tra loro, sono in grado di emettere onde elettromagnetiche nelle lunghezze d’onda tra la luce visibile e l’infrarosso.

Queste vengono poi trasmesse lungo il nervo mediante lo stesso principio che si verifica nelle fibre ottiche. La nuova ipotesi richiederà ulteriori studi sperimentali, che apriranno nuovi scenari nello studio della trasmissione nervosa, con promettenti implicazioni nella bioingegneria del sistema nervoso, nell’intelligenza artificiale e nella terapia di gravi malattie degenerative come la sclerosi multipla.

SINTESI DELL’ARTICOLO
Un gruppo di ricercatori italiani avanza una nuova ipotesi sui meccanismi della trasmissione neurale. Secondo gli studiosi, ai già noti processi coinvolti nella neurotrasmissione contribuirebbe la generazione e la trasmissione di fotoni, in altre parole radiazione luminosa, nello spettro del visibile e dell’infrarosso, con evidenti implicazioni di straordinaria importanza.

Il lavoro è stato di recente pubblicato sulla rivista Scientific Reports (Zangari A, Micheli D, Galeazzi R, Tozzi A: Node of Ranvier as an Array of Bio-Nanoantennas for Infrared Communication in Nerve Tissue. Sci Rep. 2018 Jan 11;8(1):539. doi: 10.1038/s41598-017-18866-x) dal gruppo di ricerca multidisciplinare, composto da Andrea Zangari, medico dell’Azienda Ospedaliera San Camillo Forlanini, UOC Chirurgia e Urologia Pediatrica di Roma, Davide Micheli, Ingegnere di TIM S.P.A., Wireless Access Engineering Department di Roma, Roberta Galeazzi, ricercatore chimica organica presso il Dipartimento di Scienze della Vita e dell’Ambiente dell’Università Politecnica delle Marche di Ancona e Antonio Tozzi, fisico della UOC Fisica Sanitaria, Azienda USL Toscana Sud Est, Grosseto.

La trasmissione di segnali lungo la fibra nervosa o assone, secondo la ben nota teoria dei premi Nobel Hodgkin e Huxley, si realizza attraverso l’attivazione a catena di correnti elettriche attraverso speciali canali ionici presenti nella membrana cellulare. Alcuni assoni sono dotati di un rivestimento pluristratificato compatto formato da una sostanza detta mielina, interrotta ad intervalli regolari da brevi segmenti di assone “nudo”, detti nodi di Ranvier. Questo complesso nodo-mielina determina una velocità di conduzione molto più elevata rispetto all’assone non mielinizzato, grazie alla cosiddetta conduzione saltatoria, mediante la quale l’impulso elettrico può “saltare” da un nodo all’altro per le proprietà isolanti della mielina.

Il nuovo modello conferma la possibilità di trasferimento delle informazioni nelle fibre nervose mediante la generazione di fotoni e la loro trasmissione secondo i principi della fibra ottica. Infatti, nonostante alcune evidenze scientifiche del passaggio di fotoni nelle fibre nervose, nessuna ipotesi era stata avanzata su quale fosse la loro sorgente, che gli autori identificano nel nodo di Ranvier. Qui, grazie alla particolare disposizione geometrica dei canali ionici, si realizza un sistema di nanoantenne in grado di emettere onde elettromagnetiche nelle lunghezze d’onda tra la luce visibile e l’infrarosso. Un sistema molto complesso di cooperazione tra le nanoantenne, concentrerebbe il massimo della radiazione elettromagnetica emessa verso il tratto di assone rivestito di mielina, che la trasporterebbe funzionando come una fibra ottica, ipotesi già avanzata recentemente anche in un’altra pubblicazione, che viene in tal modo confermata.

Identificando la sorgente di tali radiazioni viene così consolidato un nuovo paradigma, che propone un’evoluzione dell’attuale teoria, aggiungendo a quella ti tipo elettrico quella di tipo elettromagnetico. Gli autori non solo hanno analizzato e messo in relazione tra loro numerose evidenze presenti nella letteratura scientifica a sostegno della ipotesi, ma sottolineano l’importanza del significato evolutivo che essa assume. Infatti è intuitiva la superiorità della trasmissione ottica rispetto a quella elettrica in termini di capacità di trasporto di informazioni, che si immagina facilmente mettendo a confronto il vecchio telefono a cavi elettrici con i sistemi attuali in fibra ottica. Questo potrebbe contribuire a spiegare il grande salto evolutivo che ha permesso di realizzare le più complesse manifestazioni dell’intelligenza, come la coscienza, la volontà e la memoria. E’ infine interessante notare che la natura ha utilizzato in maniera molto efficiente negli esseri viventi i concetti di antenna e di fibra ottica molto tempo prima che l’intelligenza dell’uomo li inventasse, prima per applicarli alle telecomunicazioni e poi per scoprire che anche la vita ne fa uso. La nuova ipotesi richiederà ulteriori studi sperimentali, che apriranno ampi scenari nello studio della trasmissione nervosa, con promettenti implicazioni nella bioingegneria del sistema nervoso, nell’intelligenza artificiale e nella terapia di gravi malattie degenerative come la sclerosi multipla.