Una teoria pubblicata sul Journal of Neuroscience da tre ricercatori del Picower Institute for Learning and Memory del MIT propone un nuovo modello per spiegare cognizione e coscienza. Secondo gli autori, il cervello non funzionerebbe solo tramite circuiti sinaptici fissi, ma userebbe onde elettriche viaggianti per coordinare reti neurali in tempo reale, attraverso una forma di calcolo analogico.
L’autore senior dello studio, il professor Earl K. Miller, sostiene che la metafora del cervello come insieme di “circuiti” sia incompleta. Le sinapsi immagazzinano ricordi e obiettivi, ma la loro riconfigurazione chimica è troppo lenta per gestire il flusso costante e imprevedibile di stimoli sensoriali. Serve quindi un sistema di controllo più rapido: le onde cerebrali.
Perché le onde cerebrali sono un sistema di calcolo
Miller e i coautori Scott L. Brincat e Jefferson E. Roy spiegano che le onde cerebrali permettono di coordinare milioni di neuroni in una frazione di secondo. A differenza dei circuiti digitali, che eseguono operazioni in sequenza, il calcolo analogico basato sull’interferenza delle onde elabora più informazioni in parallelo, risultando estremamente efficiente dal punto di vista energetico.
Selettività mista: neuroni multitasking
Alla base della teoria c’è la cosiddetta selettività mista: molti neuroni non svolgono un solo compito, ma partecipano contemporaneamente a più reti funzionali. Questo garantisce enorme potenza di calcolo, ma pone un problema di coordinamento che, secondo i ricercatori, viene risolto proprio dalle onde cerebrali.
Onde alfa/beta e onde gamma: una gerarchia funzionale
Gli studi di Miller mostrano che onde più lente, di tipo alfa e beta, rappresentano ricordi e obiettivi e regolano le onde gamma, più veloci, che codificano le informazioni sensoriali in arrivo. Le onde beta agiscono come una sorta di “stencil mobile”, stabilendo dove e quando i circuiti gamma possono elaborare i dati sensoriali.
Accoppiamento efaptico: quando le onde guidano i neuroni
Una scoperta chiave del laboratorio Miller riguarda l’accoppiamento efaptico: un meccanismo mediato dal campo elettrico attraverso cui le onde, pur emergendo dall’attività dei neuroni, arrivano rapidamente a influenzarne e coordinarne direttamente l’attività. Questo processo agirebbe sia nello spazio, su aree corticali locali, sia nel tempo, propagandosi lungo la corteccia cerebrale.
Il legame tra onde cerebrali e coscienza
Secondo lo studio, la coscienza emerge quando gli schemi ondulatori portano la corteccia in uno stato globalmente integrato e organizzato. Le prove più solide arrivano dagli studi sull’anestesia generale condotti da Miller insieme a Emery N. Brown (MIT, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School).
I due laboratori hanno osservato che farmaci anestetici con meccanismi d’azione molecolare completamente diversi alterano in modo simile la dinamica delle onde cerebrali, causando la perdita di coscienza. Questo suggerisce che la coscienza dipenda più dall’organizzazione delle onde su larga scala che da specifici recettori o tipi cellulari.
Implicazioni cliniche future
Gli autori sottolineano un aspetto pratico rilevante: le onde cerebrali possono essere manipolate in modo non invasivo. Sviluppare trattamenti basati sulla loro dinamica non sarebbe quindi solo un’opportunità scientifica, ma, secondo Miller, un vero e proprio obbligo per la ricerca clinica. Il laboratorio del MIT è già coinvolto in studi sulle onde cerebrali applicati all’autismo.
I prossimi passi della ricerca
Gli stessi autori definiscono il lavoro una teoria da verificare. Il passo successivo del team sarà cercare prove dirette di elaborazione analogica nei pattern delle onde cerebrali, per confermare che i calcoli ipotizzati avvengano realmente in questo modo.
Come scrivono i ricercatori, data la forte pressione evolutiva verso l’efficienza energetica, sarebbe sorprendente se il cervello non avesse sviluppato un substrato di calcolo analogico così intrinseco alla sua stessa fisica.
Jneurosci: “Analog Cognition and Consciousness”. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0711-26.2026