Elaborato da neuroscienziati computazionali italiani e svedesi nell’ambito di “Human Brain Project”

Un importante programma di ricerca  sul funzionamento del nostro cervello è stato messo in campo ormai da alcuni anni  presso il Laboratorio di Neurofisiologia Computazionale degli Istituti Clinici Scientifici Maugeri dell’Università di Napoli in collaborazione con li Royal Institute of Technology di Stoccolma. L’ambizioso progetto europeo denominato Human Brain Project  intende simulare il funzionamento del cervello umano per giungere a curarlo con sempre maggiore efficacia.

Per questo la neuroscienza computazionale si è sempre maggiormente indirizzata verso la realizzazione di reti neurali artficiali “biorealistiche”, cioè in grado di riprodurre sempre più fedelmente le caratteristiche morfologiche e funzionali delle artcolazioni cellulari presenti nel cervello umano. Si tratta di un’impresa non facile perché il cervello è un sistema complesso, altamente interconnesso ed in continua evoluzione. Inoltre per riprodurre ciò che accade al suo interno e realizzare un modello di funzionamento è indispensabile saper simulare la comunicazione tra cellule nel modo più accurato possibile. L’encefalo, infatti, sviluppa 1000 miliardi di neuroni, cifra che va moltiplicata per almeno mille o diecimila volte per avere il numero delle sinapsi, elementi che mediano il trasferimento dell’informazione nel sistema nervoso centrale.

Servono, quindi, modelli matematici che riproducano con precisione il passaggio del segnale elettrico. Ciascun neurone comunica attraverso dei canali ionici incorporati nelle membrane cellulari che consentono il passaggio del segnale. Questi canali sono costituiti da piccoli forellini molto selettivi che si aprono e si chiudono a seconda del voltaggio e della concentrazione dei soluti nell’ambiente intra ed extracellulare, regolando così la conduzione dei segnali elettrici. Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Fielding Huxley dell’Università di Cambridge, li scoprirono studiando l’assone gigante del calamaro e ne fornirono anche un dettagliato modello matematico, ottenendo per questi studi nel 1963 il Nobel per la fisiologia. Pertanto la modellizzazione di un canale ionico costituisce la base per costruire ogni tipo di rete neuronale bio-realistica.

“Alla luce degli avanzamenti delle conoscenze elettrofisiologiche, abbiamo formulato un nuovo modello matematico in grado di riprodurre con ancora maggiore precisione e fedeltà il comportamento dei canali ionici che in un certo senso rivede, migliorandolo, il modello classico di Hodgkin e Huxley”, spiega al quotidiano torinese La Stampa il dottor Pietro Balbi, direttore del Laboratorio di Neurofisiologia Computazionale degli Istituti Clinici Scientifici Maugeri.

Il nuovo studio è stato presentato in una comunicazione sulla rivista specializzata Scientific Reports. Sapere come funzionano i canali ionici risulta di grande importanza sopratutto per lo sviluppo di nuove terapie, perché questi operano ovunque nel corpo umano. La loro alterazione è stata associata all’insorgenza di molte malattie ereditarie. Ad esempio, alcune malattie psichiatriche sono associate ad alterazioni della plasticità sinaptica. Gli stessi canali ionici e i trasportatori di membrana costituiscono i principali bersagli dei farmaci di nuova generazione messi a punto con successo in questi ultimi anni.