Neuroview: laboratorio frattale

Antonio Di Ieva è medico e specialista in neurochirurgia. Prima all’Istituto Clinico Humanitas di Milano, poi professore e ricercatore di neuroanatomia all’Università di Vienna, ora neurochirurgo al St. Michael’s Hospital di Toronto. Si occupa di neurooncologia e neuroimaging. Insieme a Fabio Grizzi e altri colleghi ha fondato il “Virtual Fractal Lab”, un punto di incontro on-line su frattali e biomedicina. Qui ci racconta alcuni dettagli.

Perchè i frattali? Se Galileo Galilei ne “Il Saggiatore” (1623) affermava che “[L’Universo] e’ scritto in lingua matematica, e i caratteri sono triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche…”, spetta a Benoit Mandelbrot (1924-2010) l’introduzione di quello che puo’ essere considerato il vero linguaggio della natura: “… Le nuvole non sono sfere, le montagne non sono coni, cosi’ come il fulmine non cade in linea retta” (dal suo libro “The Fractal Geometry of Nature”, pubblicato nel 1977). Nonostante le intuizioni di molti scienziati precedenti, fu Mandelbrot a capire che oggetti platonici e geometria euclidea non sono modelli consoni alla descrizione della complessità’ geometrica esibita dagli oggetti naturali. I frattali (termine coniato dal latino “fractus”, nel significato di “frazionato”, “rotto”, “spezzato”) furono la naturale conseguenza di tali speculazioni.

Perchè il Fractal Lab? Dalla loro introduzione, i frattali hanno trovato larghe applicazioni in una pletora di campi di ricerca, dalla fisica (soprattutto nella scienza del caos) alla geologia, dall’economia alla computer graphic. Negli ultimi 30 anni i frattali hanno trovato applicazione anche nelle scienze biomediche, in considerazione della complessita’ presentata dai sistemi biologici e dal corpo umano, nel suo intero spettro fisio-patologico. Attualmente la keyword “fractal” in Pubmed genera piu’ di 6000 articoli! L’applicazione dei frattali in biomedicina richiede comunque un’altissima translazionalita’ di ricerca e competenze diverse, visto che medici e biologi non possono fare a meno della competenza di informatici, matematici e/o ingegneri. Il Fractal Lab e’ nato proprio per assecondare tale richiesta: cercare di mettere insieme le più’ disparate figure professionali da ogni parte del mondo, considerando quanto tali figure siano rare in ogni singola istituzione. Il nostro Lab e’ “Fractal”, perché’ focalizzato all’applicazione dei frattali in biomedicina (nel mio caso, nelle neuroscienze), ma anche “virtual”, perché’ non esistente come infrastruttura fisica, ma solo come blog di interazione virtuale (scambio di memi online!).

Che troviamo nel Fractal Lab? Il Fractal Lab nasce quindi dalla necessita’ di mettere insieme diverse figure professionali per l’applicazione di modelli matematici complessi (quali la geometria frattale) alla ricerca biomedica (sia di base che clinica). Il primo scopo e’ quello di generare un network interdisciplinare di scienziati per disseminare l’uso della geometria frattale in medicina e biologia, sviluppare software inerenti ad applicazioni biomediche, nonché’ discutere del corpo umano come un sistema complesso. Nel sito sono attualmente presenti pagine informative, un blog di contributi per gli iscritti al Fractal Network, una pagina di links alle riviste scientifiche che pubblicano ricerche inerenti i frattali, una newsletter, links per scaricare/condividere gratuitamente software, nonché’ un nascente Web Journal, The Fractal Laboratory Journal, patrocinato dalla moglie dello stesso compianto Mandelbrot. Il sito e’ comunque sempre in progress e molto dinamico, attualmente contiamo circa 100 iscritti da tutto il mondo e diverse decine di nuove visite al giorno; siamo sempre molti attenti ad ogni nuova proposta o forma di critica.

Alcune applicazioni in neuroscienze? Personalmente mi occupo di applicazione della geometria frattale allo studio quantitativo e qualitativo del microcircolo vascolare dei tumori cerebrali, dalla neuroanatomia e neuropatologia al neuroimaging (Risonanza Magnetica anche a campi “ultra-alti”, a 7 Tesla). I frattali trovano comunque svariate applicazioni nell’intero campo delle neuroscienze: morfometria dei neuroni o del cervello, in neuropatologia come nel neuroimaging, cosi’ come analisi di serie temporali (studio di elettroencefalogrammi per differenziare patterns specifici in pazienti epilettici, per esempio), ecc. E’ interessante notare che lo studio della complessità’ per mezzo dell’analisi frattale ha mostrato delle “impronte digitali” strutturali specifiche, nello stato fisiologico come nel patologico (microcircolo della ghiandola ipofisi diverso da quello degli adenoma ipofisari, per esempio), cosi’ come delle peculiarità’ dei diversi stadi di diverse malattie (diversi gradi di tumori cerebrali o specifiche alterazioni cerebrali correlate a svariate malattie). E’ evidente che i frattali svelano segreti che il cervello cela quando interrogato con metodiche classiche!

E Bruner & A Di Ieva

Lettura consigliata sull’importanza della creazione di networks scientifici per la circolazione delle idee: Di Ieva A. 2008. Memetics in Neurosurgery and Neuroscience. NeuroQuantology 6: 182-193.

~ di Emiliano Bruner su febbraio 22, 2012.

Una Risposta to “Neuroview: laboratorio frattale”

  1. Una intervista a Antonio di Ieva dell’European Association of Neurosurgical Societies (EANS):

    http://www.eans.org/pages/about-us/interviews

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