Febbraio 9, 2023

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La capacità del cervello di percepire lo spazio mentre l’universo si espande: la salute

I bambini piccoli a volte pensano che la luna li segua o che possano allungare la mano e toccarla. Sembra essere molto più vicino di quanto non sia in proporzione alla distanza effettiva. Quando ci muoviamo nella vita di tutti i giorni, tendiamo a pensare che ci stiamo muovendo nello spazio in modo lineare.

Ma gli scienziati del Salk Institute (USA) lo hanno scoperto Il tempo speso a esplorare l’ambiente fa crescere le rappresentazioni neurali in modi sorprendenti.

I risultati, pubblicati sulla rivista scientifica Nature Neuroscience, mostrano che i neuroni nell’ippocampo, che sono essenziali per la navigazione spaziale, la memoria e la pianificazione, rappresentano lo spazio in un modo coerente con la geometria iperbolica non lineare: un’estensione tridimensionale in crescita esponenziale.

In altre parole, ha la forma di una clessidra in espansione. Anche i ricercatori lo hanno scoperto La dimensione di quello spazio cresce con il tempo trascorso in un posto.

Il volume aumenta in modo logaritmico corrispondente al massimo aumento possibile dell’informazione elaborata dal cervello.

Questa scoperta fornisce preziose strade per l’analisi dei dati sui disturbi neurocognitivi legati all’apprendimento e alla memoria, come il morbo di Alzheimer.

I risultati mostrano che i neuroni nell’ippocampo rappresentano lo spazio in modo coerente con una geometria iperbolica non lineare.

“Il nostro studio mostra che il cervello non funziona sempre in modo lineare. Al contrario, le reti neurali operano lungo una curva in espansione, che può essere analizzata e compresa utilizzando la geometria iperbolica e la teoria dell’informazione”, afferma la professoressa Tatiana Charpy, a capo dello studio.

“È emozionante vederlo Le risposte neurali in questa regione del cervello formavano una mappa che si espandeva con l’esperienza in funzione del tempo trascorso ad un luogo specifico. L’effetto è stato mantenuto anche per piccole deviazioni nel tempo quando l’animale correva più lentamente o più velocemente nell’ambiente. “

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Il laboratorio di Sharpee utilizza metodi computazionali avanzati per comprendere meglio come funziona il cervello. Di recente hanno aperto la strada all’uso della geometria iperbolica per comprendere meglio i segnali biologici come le molecole olfattive e la percezione degli odori.

In questo nuovo studio, gli scienziati hanno scoperto che la geometria iperbolica dirige anche le risposte neurali. Le mappe iperboliche di molecole ed eventi sensoriali sono visualizzate attraverso mappe neurali iperboliche.

Le rappresentazioni spaziali si espansero dinamicamente in correlazione con il tempo che il ratto trascorreva esplorando ogni ambiente. E man mano che il topo si muoveva più lentamente nell’ambiente, acquisiva più informazioni sullo spazio, il che faceva aumentare le sue rappresentazioni neurali.

I risultati forniscono una nuova prospettiva su come le rappresentazioni neurali possono essere modificate dall’esperienza. I principi ingegneristici identificati nel nostro studio possono anche guidare gli sforzi futuri nella comprensione dell’attività neurale in diversi sistemi cerebrali, afferma Huanqiu Zhang, uno studente laureato nel laboratorio di Sharpee.

“Si potrebbe pensare che la geometria iperbolica si applichi solo su scala cosmica, ma non è vero. I nostri cervelli operano molto più lentamente della velocità della luce, il che potrebbe essere uno dei motivi per cui si osservano effetti iperbolici in spazi osservabili piuttosto che cosmici”, ha affermato Sharpe. .

“Quindi, Vorremmo saperne di più su come queste rappresentazioni iperboliche dinamiche crescono, interagiscono e comunicano tra loro nel cervello.”

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