Le neuroscienze di base ci insegnano che le singole cellule cerebrali comunicano tra loro, come i vicini chiacchierano sulla recinzione del giardino.

Questa è una parte vitale della funzione cerebrale. Sempre più spesso i neuroscienziati salgono di piano e studiano l'elaborazione delle informazioni che avviene all'interno e tra le reti neurali dell'intero cervello, più affine al complesso flusso di informazioni digitali che pulsano costantemente in tutto il mondo.

Ciò li ha portati a comprendere l'importanza di ciò che chiamano "entropia cerebrale", la complessità intensa e la variabilità irregolare dell'attività cerebrale da un momento all'altro, segnata anche da maggiori correlazioni a lunga distanza nell'attività neurale. Una maggiore entropia, fino a un certo punto, è indicativa di una maggiore capacità di elaborazione delle informazioni, contrariamente alla bassa entropia, caratterizzata da sistematicità e ripetizione, quella presente quando siamo nel sonno profondo o in coma.

Un nuovo studio (1) pubblicato su Scientific Reports è il primo a esaminare se e in che modo l'ingestione di uno psicostimolante - in questo caso la caffeina - influenza l'entropia cerebrale. I risultati mostrano che la caffeina causa un aumento diffuso dell'entropia cerebrale. Questa dose di anarchia neurale è probabilmente benvenuta, specialmente considerata alla luce di un altro nuovo studio (2), in PLOS One, che trova una maggiore entropia cerebrale correlata con un più alto QI verbale e capacità di ragionamento.

Per lo studio sulla caffeina, Da Chang della Hangzhou Normal University in Cina e altri ricercatori hanno analizzato il cervello di 60 partecipanti - 30 uomini e 30 donne - al basale, e anche dopo aver ingerito una pillola di caffeina da 200 mg (approssimativamente due tazze di caffè). Era una scansione in 'stato-di-riposo', cioè i partecipanti stavano semplicemente nello scanner senza fare nulla. Per entrambe le scansioni, il team di Chang ha analizzato i livelli mutevoli di attività neurale da un momento all'altro e ha cercato correlazioni nell'attività tra le regioni del cervello e all'interno di esse per calcolare l'entropia cerebrale. Ha anche misurato i cambiamenti nel flusso sanguigno cerebrale in tutto il cervello.

Le scansioni hanno mostrato che la caffeina aumentava l'entropia cerebrale in quasi tutta la corteccia cerebrale, ma soprattutto nella "corteccia prefrontale laterale, nella rete di modalità predefinita (che coinvolge i sogni ad occhi aperti e l'auto-riflessione), nella corteccia visiva e nella rete motoria", che i ricercatori hanno collegato i noti effetti benefici della caffeina su "attenzione, vigilanza e azione / movimento". C'era poca correlazione localmente tra aumento dell'entropia e flusso sanguigno cerebrale (che era ridotto dalla caffeina), suggerendo che gli effetti della caffeina erano via influenza sulla funzione neuronale, piuttosto che a causa di cambiamenti vascolari.

"L'entropia cerebrale aumentata a riposo indica un aumento di irregolarità o complessità dell'attività del cervello a riposo, suggerendo un aumento della capacità di elaborazione delle informazioni nel cervello a riposo", hanno detto i ricercatori.

Nel frattempo, un gruppo separato guidato da Glenn Saxe della New York University ha usato gli stessi metodi del team di Chang per misurare l'entropia cerebrale in 900 partecipanti sani, che hanno anche completato le misurazioni della loro intelligenza verbale e della capacità di ragionamento al di fuori dello scanner. I ricercatori di New York hanno definito l'entropia cerebrale come "una misura della flessibilità complessiva del cervello o della prontezza a incontrare stimoli imprevedibili" e hanno scoperto che è correlata all'intelligenza.

Nello specifico, le prestazioni superiori nel vocabolario sono state associate ad una maggiore entropia dello stato di riposo nel lobo frontale inferiore sinistro, mentre la capacità di ragionamento superiore è stata associata ad una maggiore entropia in quella stessa regione, ma anche in aree prefrontali bilaterali.

Saxe e i suoi colleghi hanno detto che "l'entropia in questo contesto fornisce un indicatore della prontezza generale del cervello a elaborare stimoli imprevedibili dall'ambiente"; un cervello con maggiore entropia potrebbe in effetti essere più capace di modellare e prevedere i risultati di un mondo complesso e caotico. I ricercatori hanno aggiunto, tuttavia, che non avevano misurato "l'uso attivo degli stati cerebrali durante un particolare compito". In effetti, è ora necessaria una ricerca conseguente per vedere come varia l'entropia cerebrale durante l'esecuzione di specifiche sfide mentali e come la caffeina e altre sostanze potrebbero influenzare l'entropia durante tali compiti.

In contrasto con l'associazione tra entropia e intelligenza, l'età e gli anni di istruzione dei partecipanti non erano correlate ai punteggi dei test del QI (quoziente di intelligenza). "Questi risultati suggeriscono che l'entropia è un predittore affidabile di intelligenza e fornisce informazioni uniche non acquisite solo dallo stadio di sviluppo e dallo stato educativo", hanno detto i ricercatori.

Le nuove scoperte si aggiungono alla ricerca precedente per la misurazione dell'entropia neurale, che ha dimostrato che l'entropia è ridotta negli adulti con diagnosi di ADHD, ad esempio, e nelle persone dipendenti dalla cocaina. Tuttavia, la storia non è così semplice come più entropia va bene, meno va male. Per esempio, i pazienti con diagnosi di schizofrenia hanno una maggiore entropia neurale rispetto ai controlli sani, forse indicativa di "una disregolazione sottostante di reti funzionali più complesse".

Sarà interessante vedere come si svilupperà la ricerca sull'entropia neurale in futuro. Per ora, è sufficiente meravigliarti che mentre ti godi il tuo caffè mattutino, stai aumentando l'entropia in tutto il cervello; il tonico amaro non ti sta semplicemente svegliando, ma a quanto pare sta aumentando anche l'utile anarchia del cervello, la sua complessità e la capacità di elaborare le informazioni.