Un nuovo quadro universale per confrontare le oscillazioni: implicazioni per la scienza neurale e cardiaca
Un gruppo di scienziati ha sviluppato un innovativo quadro universale per confrontare diverse oscillazioni, che potrebbe fornire importanti intuizioni nella scienza neurale e cardiaca. Convertendo il problema del confronto degli oscillatori in un problema di algebra lineare, il team può ora confrontare e comprendere oscillatori precedentemente ritenuti di avere proprietà diverse, con applicazioni potenzialmente estese dalla comprensione delle oscillazioni del cuore e del cervello all’analisi dell’oscillazione dei grattacieli.
Un quadro universale per interpretare le ’oscillazioni’
Un gruppo di ricerca internazionale propone una struttura universale per interpretare le ‘oscillazioni’. I ritmi casuali della vita ci circondano - dal lampeggio sincronizzato e ipnotico delle lucciole… al movimento avanti e indietro di un’altalena per bambini… a lievi variazioni nel costante lub-dub del cuore umano.
La sfida della comprensione delle oscillazioni
Tuttavia, la vera comprensione di questi schemi – noti come oscillazioni stocastiche o casuali – rimane al di fuori della portata degli scienziati. Nonostante alcuni progressi nell’analisi delle onde cerebrali e dei ritmi cardiaci, ricercatori e clinici non sono stati in grado di confrontare o catalogare un numero incalcolabile di variazioni e fonti.
Potenziali avanzamenti in diverse aree scientifiche
Acquisire tale intuizione sulla fonte sottostante delle oscillazioni “potrebbe portare a progressi nella scienza neurale, nella scienza cardiaca e in un numero qualsiasi di diversi campi”, ha affermato Peter Thomas, professore di matematica applicata alla Case Western Reserve University.
Un nuovo approccio per confrontare e comprendere le oscillazioni
Thomas fa parte di un team internazionale che afferma di aver sviluppato un nuovo quadro universale per confrontare e contrastare le oscillazioni, indipendentemente dai loro diversi meccanismi sottostanti, che potrebbe diventare un passo critico verso la piena comprensione di esse. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences.
Da un problema di confronto degli oscillatori a un problema di algebra lineare
“Abbiamo trasformato il problema del confronto degli oscillatori in un problema di algebra lineare”, ha detto Thomas. ”Quello che abbiamo fatto è molto più preciso di quanto fosse disponibile prima. È un grande progresso concettuale”.
Implicazioni per la scienza cardiaca e neurale
Thomas ha affermato che i ricercatori possono ora confrontare, comprendere meglio e persino manipolare oscillatori precedentemente considerati di avere proprietà completamente diverse. “Se le cellule del tuo cuore non sono sincronizzate, muori di fibrillazione atriale”, ha detto Thomas. “Ma se le cellule del tuo cervello si sincronizzano troppo, hai il morbo di Parkinson o l’epilessia, a seconda della parte del cervello in cui si verifica la sincronizzazione. Utilizzando il nostro nuovo quadro, quel cardiologo o neuroscienziato potrebbe essere in grado di capire meglio cosa potrebbero significare le oscillazioni e come il cuore o il cervello stanno funzionando o cambiando nel tempo”.
Oscillazioni di grattacieli e onde cerebrali
Thomas ha detto che i ricercatori, che includevano collaboratori da università in Francia, Germania e Spagna, hanno trovato un nuovo modo di utilizzare i numeri complessi per descrivere il tempismo degli oscillatori e quanto sono “rumorosi”, o imprecisamente temporizzati, sono.
La sfida del confronto tra oscillatori
La maggior parte delle oscillazioni sono irregolari in qualche misura, ha detto Thomas. Ad esempio, un ritmo cardiaco non è regolare al 100%. Una variazione naturale del 5-10% nel battito cardiaco è considerata sana.
Un nuovo punto di vista sulle oscillazioni stocastiche
Thomas ha detto che il problema del confronto degli oscillatori può essere illustrato considerando due esempi marcatamente diversi: i ritmi cerebrali e i grattacieli oscillanti. “A San Francisco, i grattacieli moderni oscillano nel vento, sferzati da correnti d’aria che cambiano casualmente – vengono spinti leggermente fuori dalla loro postura verticale, ma le proprietà meccaniche della struttura li riportano indietro”, ha detto. “Questa combinazione di flessibilità e resilienza aiuta gli edifici alti a sopravvivere alle scosse durante i terremoti. Non penseresti che questo processo potrebbe essere confrontato con le onde cerebrali, ma il nostro nuovo formalismo ti permette di confrontarli”.