SONNO: MODELLO COMPUTERIZZATO DEI CIRCUITI TALAMO-CORTICALI

 

 

L’attività elettrica della corteccia caratteristica dello stato di sonno e di veglia, che possiamo registrare e studiare mediante l’elettroencefalografia, dipende in larga misura dalle sue connessioni con il talamo.

Le connessioni rientranti, ossia i collegamenti sinaptici caratterizzati da una completa innervazione bi-direzionale fra due aree, rappresentano una chiave di volta nella fisiologia dei sistemi cerebrali e, per questo, costituiscono un oggetto di studio privilegiato. Sul ruolo svolto dal “rientro” si basa una parte non marginale della teoria della selezione dei gruppi neuronici di Gerald Edelman e della sua interpretazione delle basi neurofunzionali della coscienza.

La connessione talamo-corticale, che dà origine ai ritmi sonno-veglia, è la maggiore delle connessioni rientranti del nostro encefalo. Riuscire a prevederne il funzionamento in condizioni sperimentali definite, potrebbe condurci alla comprensione di criteri o paradigmi di funzionamento da estrapolare anche ad altri sistemi cerebrali rientranti per interpretarne la fisiologia.

Giulio Tononi, formato alla Normale di Pisa e collaboratore di Gerald Edelman, in cooperazione con Hill (Modeling sleep and wakefulness in the thalamocortical system. J. Neurophysiol. E-pub ahead of print Nov 10, 2004; in press 2005) ha realizzato un modello computerizzato della connessione talamo-corticale in grado di simulare la transizione funzionale dallo stato di veglia a quello di sonno.

Il modello è estremamente interessante perché include numerose caratteristiche del sistema naturale, dalle proprietà dei canali ionici ai patterns di attività globale, ed è concepito in maniera tale da consentire la simulazione sperimentale di vari aspetti delle attività ad onde lente.

Queste simulazioni in un sistema artificiale di cui sono note tutte le componenti, dovrebbe favorire l’elaborazione di schemi da mettere alla prova nei ben più complessi sistemi naturali, costituiti in gran parte da processi ancora ignoti.

Uno dei problemi che si può affrontare con questo simulatore elettronico è, ad esempio, l’influenza dell’attività ad onde lente sulla plasticità neurale: le ipotesi elaborate nel rispetto dei vincoli di coerenza interna previsti dal modello artificiale possono essere messe alla prova mediante esperimenti su sistemi animali. I risultati possono consentire di correggere e perfezionare il modello che, al cimento sperimentale successivo, avrà tenuto conto di un vincolo biologico. In tal modo, ad ogni passo il modello ipotetico dovrebbe avvicinarsi di più al reale.

Questo impiego si può generalizzare consentendo, come nel caso degli automi di Edelman “Darwin I-IV” e “Nomad”, di creare delle sinergie fra elaborazione teorico-inferenziale ed interpretazione deduttiva dei dati sperimentali, procedura veramente congeniale alla cultura di Giulio Tononi.

 

Nicole Cardon, Diane Richmond & Giuseppe Perrella

BM&L-Febbraio 2005