I genitori hanno sperimentato come i neonati afferrano il dito e lo tengono stretto. Questa risposta quasi istantanea è uno dei movimenti involontari più dolci che i bambini esibiscono. I nervi del neonato percepiscono un tocco, elaborare le informazioni e reagire senza dover inviare un segnale al cervello. Sebbene nelle persone questa capacità svanisca molto presto nella vita, il sistema che lo abilita offre un utile esempio per le reti digitali che collegano sensori, processori e macchinari per tradurre le informazioni in azioni.

La mia ricerca sia sul sistema nervoso umano che sulle reti di telecomunicazioni avanzate ha trovato alcuni sorprendenti paralleli tra i due, compresa la somiglianza tra il sistema nervoso dei bambini e le reti a risposta rapida ora in fase di sviluppo per gestire sempre, reti di sensori sempre connesse, telecamere e microfoni in tutte le case delle persone, comunità e luoghi di lavoro.

Queste intuizioni possono suggerire nuovi modi di pensare alla progettazione dei futuri sistemi di telecomunicazioni, oltre a fornire nuove idee per la diagnosi e il trattamento di disturbi neurologici come la sclerosi multipla, disturbo dello spettro autistico e morbo di Alzheimer.

Una visione della neurologia umana

Parlando in generale, il sistema nervoso ha tre componenti principali:il cervello, il midollo spinale e il sistema nervoso periferico.

Il sistema nervoso periferico è distribuito in tutto il corpo, percependo input come pressione, caldo e freddo, e trasmettere tali informazioni attraverso il midollo spinale al cervello. Questo sistema gestisce anche le risposte del cervello, controllare i movimenti volontari, e svolge alcune regolazioni locali di funzioni corporee involontarie come la respirazione, digestione e mantenere il battito cardiaco.

Il midollo spinale gestisce un gran numero di input sensoriali e risposte di azione che passano avanti e indietro tra il cervello e il corpo. Gestisce anche i movimenti muscolari involontari chiamati archi riflessi, come il riflesso istintivo del ginocchio quando il medico esegue un esame o il rapido "ritrarsi" di una mano quando viene toccato qualcosa di caldo.

Il cervello, il centro della maggior parte della potenza di elaborazione del sistema nervoso, ha diverse regioni specializzate nei suoi emisferi destro e sinistro. Queste aree ricevono input da sensori come gli occhi, orecchie e pelle, e restituire gli output sotto forma di pensieri, emozioni, ricordi e movimento. In molti casi, questi output sono utilizzati anche da altre parti del cervello come input che consentono il perfezionamento e l'apprendimento.

Nelle persone sane, questi elementi lavorano insieme in straordinaria armonia combinando reti di cellule che rispondono a specifiche sostanze chimiche, modifiche meccaniche, caratteristiche di luce, cambiamenti di temperatura e dolore attraverso un processo chiamato trasduzione sensoriale. Questa complessità rende anche uno dei più piccoli componenti del sistema nervoso, la fibra nervosa, o assone, una sfida da studiare.

Alcune delle interconnessioni del sistema nervoso, a lungo pensato per essere solo fisico, può anche essere effettivamente wireless. Il cervello genera un campo elettrico altamente specializzato in determinati siti di fibre nervose durante il normale corso del suo funzionamento. Misurare le caratteristiche di questo campo può offrire indicazioni che un cervello è sano, o che potrebbe avere alcuni disturbi neurologici.

All'interno delle reti di telecomunicazioni

L'attuale generazione di reti di telecomunicazioni avanzate, noto come 5G, è senza fili, e ha tre categorie simili di componenti.

L'equivalente digitale del sistema nervoso periferico è "l'internet delle cose". Si tratta di una vasta e crescente rete di dispositivi, veicoli ed elettrodomestici che contengono componenti elettronici, software e connettività che consentono loro di connettersi tra loro, interagire e scambiare dati.

L'equivalente tecnologico del cervello è la "nuvola, "un gruppo connesso a Internet di potenti computer e processori che memorizzano, gestire ed elaborare i dati. Spesso lavorano insieme per gestire compiti complessi che comportano grandi quantità di input ed elaborazione, prima di restituire gli output su Internet.

Tra questi due tipi di componenti c'è l'equivalente del midollo spinale, un nuovo tipo di rete chiamato "nebbia" - un gioco sul fatto che si tratta di un cloud sottilmente distribuito - impostato per accorciare le connessioni di rete e i conseguenti ritardi di elaborazione tra il cloud e i dispositivi remoti. I processori e i dispositivi di archiviazione nella nebbia possono gestire compiti che richiedono reazioni particolarmente rapide.

Somiglianze sorprendenti

Nella costruzione di reti tecnologiche in tutto il mondo moderno, le persone hanno apparentemente – e probabilmente inconsciamente – rispecchiato la neurologia umana.

Ciò offre opportunità per identificare soluzioni tecnologiche ai problemi di rete che potrebbero essere adattate a trattamenti medici per disturbi neurologici che non hanno cure conosciute.

Disturbo dello spettro autistico, Per esempio, è una grave condizione dello sviluppo che compromette la capacità delle persone di comunicare e interagire. Si ritiene che si verifichi a causa di uno squilibrio tra due tipi di comunicazioni neurali:le persone con disturbo dello spettro autistico hanno troppa attività nei neuroni che eccitano altri neuroni e troppo poca attività nei neuroni che calmano altri neuroni. Questo è come succede quando alcuni collegamenti in una rete di telecomunicazioni si sovraccaricano, mentre altri non sono affatto occupati. Gli strumenti software che gestiscono grandi reti cloud e fog possono uniformare la domanda e ridurre al minimo i ritardi delle telecomunicazioni. Questi programmi possono anche simulare – e suggerire modi per ridurre – gli squilibri di rete nei disturbi legati all'autismo.

La sclerosi multipla è una malattia spesso invalidante in cui il sistema immunitario del corpo corrode i rivestimenti protettivi delle fibre nervose. Questo interrompe il flusso di informazioni all'interno del cervello, e tra il cervello e il corpo. Tecnologicamente, questo è simile alle interruzioni in particolari punti di connessione di rete, che viene regolarmente gestito inviando messaggi da altre rotte che hanno connessioni funzionanti. Forse la ricerca medica può identificare modi per reindirizzare i messaggi nervosi attraverso i collegamenti vicini quando alcuni nervi non funzionano correttamente.

Usare software e medicina insieme

La malattia di Alzheimer è un tipo di demenza che causa problemi di memoria, pensiero e comportamento. Nel 2015, Ho presentato il lavoro del mio laboratorio di ricerca sulla scoperta di nuove reti nel cervello il cui comportamento indicava che l'Alzheimer potrebbe essere una malattia autoimmune, come la SM. Ciò suggerisce che un cervello con l'Alzheimer potrebbe essere come una rete di telecomunicazioni attaccata da un intruso che modifica non solo i dati all'interno della rete, ma anche la struttura stessa della rete.

Il mio gruppo di ricerca ha quindi utilizzato il sistema immunitario umano come ispirazione per lo sviluppo di software per difendere le reti di computer da attacchi dannosi. Questo software può, a sua volta, essere utilizzato per simulare l'andamento della malattia di Alzheimer in un paziente, forse evidenziando modi per ridurne gli effetti.

Il coinvolgimento del sistema nervoso in altre malattie autoimmuni, come il diabete di tipo 1 e l'artrite reumatoide, può offrire opportunità per ulteriori approfondimenti sulle reti digitali, oi modi in cui sensori e soluzioni software potrebbero aiutare i pazienti. Secondo me, modelli software, reso più realistico dalla ricerca clinica, aiuterà i ricercatori a comprendere la struttura e la funzione del sistema nervoso umano e, lungo la strada, rendere le reti ei servizi di telecomunicazione più veloci, affidabili e sicuri.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.