L'effetto farfalla rende il cervello intrinsecamente inaffidabile.
I neuroscenziati si sono chiesti per anni come sia possibile che il nostro cervello, il dispositivo di elaborazione dei dati più potente che conosciamo, sia in grado di svolgere così bene tutti i suoi compiti anche se le connessioni dei suoi “circuiti” sembrano essere estremamente flessibili.
Una ipotesi, molto diffusa, afferma che i circuiti del cervello in realtà sono stabili - e la variabilità apparentemente alta è data dal fatto che il cervello è impegnato in molte attività contemporaneamente, attività che si influenzano in modo reciproco.
È questa l’ipotesi che i ricercatori dell’University College di Londra (UCL) hanno deciso di testare.
Il team – una collaborazione tra il Wolfson Institute per le ricerche biomediche e Peter Latham della Gatsby Computational Neuroscience Unit – ha preso ispirazione dal famoso effetto farfalla (butterfly effect) secondo il quale il battito delle ali di una farfalla in Brasile potrebbe scatenare un tornado in Texas.
La loro idea è stata quella di introdurre una piccola perturbazione nel cervello, l'equivalente neurale del battito delle ali di una farfalla, e verificare che cosa sarebbe successo nei circuiti neurali contigui. La perturbazione sarebbe cresciuta, con un effetto a cascata, o si sarebbe estinta subito senza alcun esito?
La perturbazione si è propagata con un enorme effetto a catena. Lo stimolo iniziale, artificialmente introdotto, consisteva in una piccola scarica neurale applicata ad un singolo neurone nel cervello di un topo da laboratorio. Lo stimolo iniziale applicato ad un singolo neurone si è propagato ad almeno trenta neuroni vicini, dalla maggior parte dei quali si sono propagati altrettanti stimoli ad altrettanti neuroni contigui. E così via. Questo può sembrare marginale se si pensa che nel cervello si producono milioni di scariche al secondo, ma è notevole il fatto che dalla scarica di un singolo neurone, i ricercatori stimano si siano prodotti alcuni milioni di altri impulsi elettrici.
Il Dr. Mickey London, del Wolfson Institute for Biomedical Research afferma che “questo risultato indica che la variabilità che osserviamo nel cervello può essere dovuta al rumore di fondo e rappresenta una caratteristica fondamentale delle funzioni cerebrali”.
Questa rapida amplificazione degli impulsi indica che il cervello è estremamente “rumoroso” - molto, molto più rumoroso rispetto ai computer. Tuttavia, il cervello può eseguire operazioni molto complesse con enorme velocità e precisione, ed è di gran lunga più veloce e più accurato rispetto al computer più potente mai costruito.
I ricercatori dell’University College di Londra suggeriscono che il cervello per funzionare a così alti livelli di rumore debba utilizzare una strategia denominata “Rate Code” che consiste nel considerare solo l’attività di consistenti gruppi di neuroni ignorando di fatto la variabilità individuale, o il “rumore”, prodotto da ciascuno di essi. La ricerca ha dimostrato che il cervello è estremamente rumoroso, ma non è ancora chiaro il perché. Una ipotesi è che il rumore sia il prezzo che il cervello paga per l’elevatissima connettività tra i neuroni (ogni neurone ha circa 10.000 collegamenti, un impianto di circa 8 milioni di chilometri di “cavi” per ogni cervello umano). È logico ipotizzare che l’alta connettività sia alla base della smisurata potenza di calcolo del cervello umano tuttavia, come mostra la ricerca, maggiore è la connettività maggiore è il rumore (inteso come segnale che non genera informazione).
Fonte: University College London (2010, July 1). 'Butterfly effect' in the brain makes the brain intrinsically unreliable.
