Scienziati dell'Università di Granada (UGR) hanno dimostrato per la prima volta che esiste una stretta relazione tra diversi fenomeni emergenti nei sistemi magnetici (molto studiati dai fisici della materia condensata) e alcuni stati dell'attività cerebrale.

I ricercatori, che hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista Reti neurali , hanno studiato un modello cerebrale costituito da una rete neuronale bilanciata con l'80% di sinapsi eccitatorie (cioè, connessioni neuronali che favoriscono la trasmissione di informazioni tra neuroni) e sinapsi inibitori del 20% (connessioni neuronali che impediscono la trasmissione di tali informazioni).

interessante, l'obiettivo iniziale degli scienziati dell'UGR era studiare come funziona il cervello autistico, per cui intendevano sviluppare un modello matematico che consentisse di analizzare le connessioni neuronali di questa malattia.

Però, man mano che la loro ricerca progrediva, hanno potuto dimostrare, sia matematicamente che attraverso simulazioni al computer, l'esistenza di un tipo di stato chiamato "spin glass, " che corrisponde a stati di bassa attività (Giù) o alta (Su). Questo è stato ampiamente descritto nella corteccia dei mammiferi, compreso il cervello umano.

I cosiddetti stati di vetro di spin sono sistemi magnetici che sono stati ampiamente descritti in materiali magnetici disordinati a bassa temperatura e compaiono anche in modelli di reti neurali artificiali.

Gli stati di vetro di spin sono stati di spin disordinati congelati a causa della frustrazione nelle interazioni tra gli spin (proprietà fisica delle particelle subatomiche, per cui ogni particella elementare porta un momento angolare intrinseco il cui valore è fissato). Tali stati possono essere sia ferromagnetici che antiferromagnetici, impedendo al sistema di rilassarsi allo stato fondamentale o causando tempi di rilassamento molto lunghi.

Nelle neuroscienze, d'altra parte, gli stati di vetro di rotazione si manifestano con l'attività neuronale congelata, e si manifestano (in assenza di fluttuazioni termiche o di rumore) per l'interferenza prodotta dalla memorizzazione di un numero macroscopico di memorie e per l'impossibilità di discernere tra tante di esse nel processo di memoria.

In questo documento, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta il ruolo costruttivo e la funzionalità di un particolare tipo di stato spin-glass nelle neuroscienze. "Infatti, abbiamo dimostrato sia teoricamente che attraverso la simulazione che gli stati Up e Down osservati nell'attività dei cervelli dei mammiferi sarebbero solo una mera manifestazione di questi stati spin-glass, "Joaquín Torres Agudo, professore del Dipartimento di Elettromagnetismo e Fisica della Materia dell'UGR e autore principale dello studio, spiega.

Questo lavoro costituisce un quadro teorico appropriato e innovativo per studiare i meccanismi biologici di destabilizzazione di questi stati che possono indurre transizioni tra stati Up e Down, simili alle transizioni comunemente descritte durante i processi di anestesia o nel passaggio dalla veglia al sonno.