Il nostro cervello elabora inconsciamente un sistema di rappresentazione spaziale che ci consente di localizzarci e di collegare eventi attuali a ricordi passati. Elementi come finestre, porte e la disposizione dei mobili vengono registrati mentalmente, creando mappe neurali che ci guidano.
Quando attraversiamo un corridoio, la nostra mente costruisce una mappa mentale attraverso l'attività di centinaia di neuroni. Questa mappa ci aiuta a percepire le variazioni ambientali, a riconoscere la nostra posizione e a comprendere le relazioni spaziali, come il fatto che rientrare in una stanza da un'altra parte del corridoio indichi che il corridoio è circolare. Questo processo chiude un ciclo, collegando l'inizio e la fine del nostro percorso.
Una recente ricerca pubblicata sulla rivista Neuron ha fornito la prima evidenza che le informazioni ambientali sono organizzate geometricamente nel cervello. Analizzando l'attività neuronale nell'ippocampo, una regione chiave per memoria e navigazione, gli scienziati hanno osservato che questa rappresentazione assume la forma di anelli tridimensionali. Nei topi che navigano in un labirinto, i neuroni si attivano lungo traiettorie che completano cerchi in uno spazio astratto, formando un anello che simboleggia l'esperienza del viaggio.
Non tutti i neuroni svolgono lo stesso ruolo. Alcuni codificano informazioni sensoriali specifiche, come texture o ricompense, mentre altri utilizzano segnali ambientali più ampi per mantenere l'orientamento. Questi diversi gruppi neuronali formano anelli paralleli ma con funzioni distinte. In condizioni normali, lavorano in coordinamento per garantire stabilità. Tuttavia, in caso di disorientamento, alcuni meccanismi neuronali mantengono una rappresentazione fissa, agendo come una bussola interna, mentre altri neuroni si riorientano per riflettere il cambiamento, ripristinando il nostro senso di orientamento.
La comprensione di come il cervello codifichi la struttura spaziale con precise forme geometriche apre nuove prospettive sulla cognizione, la memoria e l'orientamento. Lo studio della geometria e della topologia dell'attività cerebrale è un campo emergente che unisce matematica, data science e bioingegneria avanzata. Tecnologie attuali permettono di identificare e manipolare sottotipi neuronali, visualizzando e controllando la loro attività in tempo reale, migliorando la comprensione delle mappe neurali interne.
Ogni scoperta non solo decifra le basi biologiche della memoria e dell'orientamento, ma apre anche la strada a nuove applicazioni in neurotecnologia, intelligenza artificiale e potenziali trattamenti per disturbi neurologici come l'Alzheimer, dove queste capacità di mappatura sono compromesse. Studi recenti suggeriscono che diverse aree cerebrali, inclusi ippocampo e corteccia prefrontale, utilizzano rappresentazioni geometriche distinte per astrarre e generalizzare le informazioni, indicando una divisione del lavoro nell'elaborazione spaziale.
Le tecniche avanzate di brain mapping, spesso potenziate dall'intelligenza artificiale, consentono di visualizzare l'attività neuronale con dettagli senza precedenti. Metodi come l'analisi delle componenti principali nella regressione del sottospazio (PCArs) rivelano come le informazioni percettive e mnemoniche siano codificate attraverso forme geometriche in varie regioni cerebrali. Questa conoscenza approfondisce la nostra comprensione dei meccanismi cerebrali e promette sviluppi terapeutici per disturbi come l'Alzheimer.