18 giugno 2012

Pi greco nel cervello? Uno studio pubblicato su Science nel 2010.

Perché alcune forme, come la circonferenza, ci appaiono perfette? Come fanno gli animali a riconoscere forme (come le forme di altri animali) e situazioni di pericolo (come un dirupo)? In uno studio pubblicato su Science il 19 novembre 2010 un gruppo di ricerca internazionale coordinato da Matthias Kaschube (Max-Planck-Institute for Dynamics and Self-Organization, Bernstein Center for Computational Neuroscience, Faculty of Physics, Göttingen University) ha misurato alcuni parametri dei gruppi di neuroni specializzati nel riconoscimento di una particolare categoria di forme: gli orientamenti di un bordo. E dall'analisi delle posizioni di particolari raggruppamenti di neuroni in relazione a una serie di altri parametri fornisce un numero costante in tutte le tre specie: 3,14.
Chi studia la corteccia visiva sta disegnando una mappa del cervello basata sul riconoscimento degli stimoli visivi. Lo studio dell’attivazione dei neuroni secondo alcuni autori mostra che il riconoscimento degli stimoli avviene intorno a un punto fisso: paragonabile all'asse di rotazione di una girandola (pinwheel in inglese). Secondo questo modello i neuroni si attivano a grappoli intorno ai pinwheel per rispondere agli stimoli visivi. Sfruttando la teoria degli attrattori instabili di Lorenz (il primo esempio di un sistema di equazioni differenziali in grado di descrivere un comportamento complesso, introdotte da Edward N. Lorenz al MIT nel 1963), l'analisi, condotta su tre specie (il furetto, la tupaia e il galagone) ha mostrato che il rapporto fra la densità dei centri dei pinwheels è proprio pigreco.



Universality in the Evolution of Orientation Columns in the Visual Cortex 
Science 19 November 2010: vol. 330 no. 6007 pp. 1113-1116
Matthias Kaschube, Michael Schnabel, Siegrid Löwel, David M. Coppola, Leonard E. White, Fred Wolf
Abstract
The brain’s visual cortex processes information concerning form, pattern, and motion within functional maps that reflect the layout of neuronal circuits. We analyzed functional maps of orientation preference in the ferret, tree shrew, and galago—three species separated since the basal radiation of placental mammals more than 65 million years ago—and found a common organizing principle. A symmetry-based class of models for the self-organization of cortical networks predicts all essential features of the layout of these neuronal circuits, but only if suppressive long-range interactions dominate development. We show mathematically that orientation-selective long-range connectivity can mediate the required interactions. Our results suggest that self-organization has canalized the evolution of the neuronal circuitry underlying orientation preference maps into a single common design.



π = Visual Cortex (Science, 19 November 2010)

The pinwheel density is π  (The Mostly Color Channel, December 15, 2010)



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