Comprendere i costituenti fondamentali dell'universo è difficile. Dare un senso al cervello è un'altra sfida. Ogni millimetro cubo di cervello umano contiene circa 4 km di "fili" neuronali che trasportano segnali a livello di millivolt, collegando innumerevoli cellule che definiscono tutto ciò che siamo e facciamo. Gli antichi egizi sapevano già che diverse parti del cervello governano diverse funzioni fisiche, e sono passati un paio di secoli da quando i medici intrattenevano le folle facendo passare correnti attraverso i cadaveri per farli sembrare vivi. Ma solo negli ultimi decenni i neuroscienziati sono stati in grado di approfondire i circuiti del cervello.

Il 25 gennaio, parlando a un pubblico gremito nel dipartimento di teoria del CERN, Vijay Balasubramanian dell'Università della Pennsylvania ha descritto l'approccio di un fisico alla risoluzione del cervello. Balasubramanian ha fatto il suo dottorato di ricerca. in fisica teorica delle particelle all'Università di Princeton e ha anche lavorato all'esperimento UA1 al Super Proton Synchrotron del CERN negli anni '80. Oggi la sua ricerca spazia dalla teoria delle stringhe alla biofisica teorica, dove applica metodologie comuni in fisica per modellare la topografia neurale dell'elaborazione delle informazioni nel cervello.

L'architettura di base del cervello è ragionevolmente ben compresa. Compiti sensoriali e cognitivi altamente complessi sono svolti dall'azione cooperativa di molti neuroni e circuiti specializzati, ognuno dei quali ha una funzione sorprendentemente semplice. Balasubramanian ha usato esempi tra cui il nostro senso dell'olfatto, che consente agli esseri umani e ad altri animali di distinguere vaste serie di miscele di odori utilizzando risorse neurali molto limitate, e il nostro "senso del luogo" (il modo in cui rappresentiamo mentalmente la nostra posizione fisica) per dimostrare che i cervelli hanno sviluppato circuiti neurali che sfruttano sofisticati principi matematici, alcuni dei quali vengono scoperti solo ora.

Sorprendentemente, le previsioni fatte da modelli abbastanza rozzi si stanno rivelando per descrivere piuttosto bene i circuiti del cervello, spesso sfidando il pensiero tradizionale. Generalmente, I calcoli di Balasubramanian suggeriscono che gli animali si sono evoluti per ottenere il massimo impatto cognitivo per il minor numero possibile di neuroni. "I neuroni sono costosi!" lui dice, sottolineando che il cervello costituisce solo il due per cento del nostro peso corporeo, ma rappresenta il 20 per cento del nostro carico metabolico. Il cervello consuma solo 12W di potenza, sette volte meno di un normale computer portatile, ma vanta una potenza di calcolo significativamente maggiore sfruttata per eseguire funzioni più sottili. "Il cervello può farci innamorare, mentre il computer riconosce a malapena un volto, " lui dice.

Ancora, Balasubramanian pensa che gli umani sovrastimino le loro capacità cognitive:non siamo così speciali come pensiamo di essere. Sostiene che la maggior parte del comportamento del nostro cervello deriva da un cablaggio primario comune alla maggior parte dei vertebrati. Mentre una comprensione quantitativa di concetti superiori come "pensieri" o "coscienza" è ancora lontana, chiaramente c'è un terreno fertile da esplorare per i fisici nel mondo in rapida evoluzione delle neuroscienze.