Il nostro corpo funziona attraverso processi costanti e ritmici, come la respirazione e la pulizia notturna del nostro cervello. Ora, i ricercatori hanno scoperto che i ritmi fondamentali sia nel nostro cervello che nel nostro intestino operano secondo principi fisici sorprendentemente simili, rimodellando potenzialmente la nostra comprensione di entrambi i sistemi.
Fisica parallela nel cervello e nell’intestino
Gli stessi schemi oscillanti che guidano la digestione, ovvero il movimento del cibo attraverso il sistema digestivo, si trovano anche nei vasi sanguigni del cervello. Questi modelli aiutano a regolare il flusso di ossigeno e sostanze nutritive al cervello quando necessario. Questa straordinaria scoperta evidenzia una base fisica condivisa per processi biologici apparentemente disparati.
Modellare i ritmi intestinali come punto di partenza
La ricerca, condotta da un team internazionale, è iniziata con il desiderio di capire come i vasi sanguigni nel cervello controllano i cambiamenti ritmici nel flusso sanguigno, un processo noto come vasomozione corticale. Per affrontare questa sfida complessa, gli scienziati si sono prima concentrati su un sistema più semplice: la peristalsi intestinale. Basandosi sulla ricerca precedente, il team ha sviluppato un modello matematico più completo, un modello Ginzburg-Landau (GL), per rappresentare i ritmi e le onde coinvolte.
I ricercatori hanno testato il loro modello aggiornato cercando di replicare i modelli di oscillazione osservati nell’intestino dei gatti. Lo ha fatto con successo, dimostrando l’accuratezza del modello.
Comprendere le oscillazioni accoppiate
Una scoperta chiave di questo approccio matematico è la capacità di spiegare come le oscillazioni vicine possono sincronizzarsi o “accoppiarsi” tra loro. La ricerca ha rivelato soglie critiche: quando le oscillazioni si sincronizzeranno e quando no. Questo spiega i modelli nel sistema digestivo e, cosa interessante, mostra somiglianze nel modo in cui funzionano i neuroni del cervello.
“Gli oscillatori accoppiati comunicano tra loro e ogni sezione dell’intestino è un oscillatore che comunica con le sezioni vicine”, spiega il fisico Massimo Vergassola dell’UC San Diego. “Tradizionalmente, gli oscillatori accoppiati vengono studiati all’interno di un ambiente uniforme, dove tutti gli oscillatori hanno frequenze più o meno simili. Nel nostro caso, le frequenze erano più varie, proprio come nell’intestino e nel cervello.”
Rimangono differenze significative
È importante notare che il cervello e l’intestino sono fondamentalmente diversi. L’intestino funziona come un percorso a senso unico per il cibo, mentre i vasi sanguigni nel cervello formano una rete complessa che consente molteplici direzioni di flusso.
Implicazioni per la salute mentale e i disturbi neurologici
Sebbene lo studio dimostri un comportamento simile piuttosto che una connessione diretta, è promettente. Comprendendo questi ritmi comuni, gli scienziati potrebbero ottenere informazioni sulle pulsazioni cerebrali e intestinali che possono segnalare cambiamenti nella salute mentale o addirittura prevedere l’insorgenza di condizioni neurologiche come la demenza.
“Il cervello è infinitamente più complicato dell’intestino, ma questa è la scienza al suo meglio”, afferma Kleinfeld. “Fai una domanda, ti porta da qualche altra parte, risolvi il problema e poi ritorni alla domanda originale.”
Questa ricerca sottolinea l’interconnessione dei nostri corpi ed evidenzia come la comprensione dei principi fisici fondamentali possa illuminare sistemi biologici complessi. La scoperta di questi ritmi condivisi apre nuove strade per esplorare la salute del cervello e dell’intestino e offre una nuova prospettiva su come questi organi vitali comunicano e si influenzano a vicenda.
