Epilessia: effetto domino e sincronia cerebrale

L’epilessia è una malattia complessa, caratterizzata spesso da convulsioni. Ora alcuni scienziati hanno sviluppato un modello matematico per la comprensione di questo sintomo chiave.

Epilessia: un problema anche di sincronia

Nel cervello sano, le reti di neuroni si possono comportare attraverso stati biochimici ed elettronici armonizzati, noti come sincronizzazione, oppure stati dissimili, chiamati desincronizzazione. Questi processi sono associati anche ai processi di attenzione e di memoria. Tuttavia, in un cervello con un disturbo neurologico, come l’epilessia, questa sincronizzazione può crescere in misura quasi pericolosa. Questo succede quando un insieme di cellule cerebrali inizia a emettere elettricità in eccesso. Infatti troppa sincronizzazione, come quella che si verifica nelle crisi epilettiche o nel Parkinson, è associata alla malattia e può compromettere le funzioni cerebrali.

Convulsioni: un approccio matematico

Un team di scienziati dell’Università di Exeter ha studiato i meccanismi alla base dei modelli di attività elettrica dei gruppi di neuroni nel cervello che accompagnano le convulsioni. I nuovi studi, pubblicati su PLoS Computational Biology e SIAM Journal on Applied Dynamical Systems, mostrano un sofisticato approccio di modellazione matematica per esplorare la sincronizzazione dei vari gruppi di neuroni. Lo studio, svolto al Center for Predictive Modeling in Healthcare dell’Università di Exeter e dell’Università di Birmingham, ha utilizzato una versione estesa di un modello matematico già esistente. Questo rappresenta il cervello come una rete di nodi fatti da gruppi di neuroni interconnessi fra loro. Ogni nodo può avere due stati stabili: a riposo o convulsivo. Questi nodi rimangono nel loro stato corrente fino a quando non ricevono il giusto stimolo che li fa cambiare all’altro stato. Questo stimolo può provenire da altri nodi collegati o da fonti esterne. Queste possono essere risposte endocrine associate a uno stato emotivo o cambiamenti fisiologici dovuti alla malattia.

Epilessia: effetto domino

Il team di ricerca ha scoperto che un piccolo cambiamento in un nodo poteva avere un pesante effetto domino sugli altri. L’aggiunta di un piccolo stimolo esterno che causa un cambiamento provocava effetti a cascata difficili da fermare. Il cambiamento portava alla transizione di ogni nodo allo stato attivo in maniera sequenziale. Inoltre, la struttura del sistema era tale che il ritorno allo stato di riposo richiedeva molto più tempo rispetto alla sua uscita. La nuova ricerca si basa su questo “effetto domino” per identificare le circostanze che determinano questi cambiamenti sincroni e indagare come influenzino il comportamento dell’intera rete neuronale. Sebbene il modello sia teorico, il cambiamento sincrono è ispirato ai veri cambiamenti neuronali durante le crisi epilettiche. Questo mostra i livelli e le fasi generali che causano l’effetto domino dei cambiamenti tipici dell’epilessia. La professoressa Krasimira Tsaneva-Atanasova, coautrice dello studio, ha dichiarato:

La modellizzazione matematica dell’inizio e della propagazione delle crisi non solo può aiutare a scoprire i complessi meccanismi sottostanti delle crisi, ma fornisce anche un mezzo per consentire studi in silico per prevedere il risultato delle manipolazione dei sistemi neurali.

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