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.