l`attività cerebrale e il campo magnetico prodotto dagli impulsi elettrici

Fisica: l’attività cerebrale e il campo magnetico
prodotto dagli impulsi elettrici.
Ogni volta che uno degli oltre dieci miliardi di neuroni che compongono il nostro
cervello entra in attività per ricevere o trasmettere un segnale psichico produce una
scarica elettrica a bassissimo voltaggio elettrico (microvolt) e
frequenza.
L'attività cerebrale coinvolge in ogni momento milioni di
neuroni di differenti aree del cervello che si attivano insieme
generando onde elettromagnetiche, dette onde cerebrali,
abbastanza forti da attraversare la sostanza cerebrale ed essere
rilevate da elettrodi posti sulla cute esterna della testa.
E' stato lo svizzero H. Berger ad applicare per primo, intorno al 1920, una serie di
elettrodi sulla testa, riuscendo a registrare nel tracciato elettroencefalografico (EEG)
le continue e brusche variazioni dell'attività cerebrale.
.
Nel 1929 apparve il suo primo lavoro di EEG clinica, che contribuì grandemente alla
diagnosi dell'epilessia e delle lesioni cerebrali.
.
L'EEG si presenta spesso di difficile interpretazione e soprattutto non offre la
capacità di individuare con precisione la zona del cervello coinvolta in una precisa
attività, di fatto oggi è in questa direzione che puntano la maggior parte delle attuali
ricerche, per cui si tende ad utilizzare strumenti di registrazione sempre più "precisi"
nella loro definizione spaziale e a più alta sensibilità, come la visualizzazione
mediante risonanza magnetica o la tomografia (TAC).
Tuttavia, l'elettroencefalogramma presenta indubbi vantaggi per applicazioni che
tendono a creare una connessione con l'andamento dello stato di coscienza
dell'individuo. L'EEG consente di rilevare con estrema facilità e immediatamente, nel
momento stesso in cui si verificano, le variazioni della attività cerebrale.
L'introduzione dell'elaboratore elettronico inoltre ha permesso di leggere con
maggiore chiarezza il tracciato encefalografico, consentendo una precisa distinzione,
momento per momento, del tipo di onde generate dall'attività cerebrale.
Si è rilevato che uno stato di sonno produce onde molto "lunghe" e lente (bassa
frequenza - onde DELTA e THETA), mentre in uno stato di veglia le onde sono più
strette e veloci e tendono ad aumentare la loro frequenza quando l'individuo è alle
prese con complessi problemi logici o matematici (onde BETA). Determinati ritmi
caratteristici compaiono in circostanze ben definite: il "ritmo ALFA" ad esempio
compare nello stato di riposo, in condizione di "assenza di pensiero" in cui il tracciato
EEG è netto e armonizzato, mentre il "ritmo THETA" compare nelle fasi di sonno
REM (sonno con sogni) e nelle fasi di pensiero caratterizzate da grande produzioni di
immagini mentali.
Si è potuto notare inoltre che il tipo di onda cerebrale varia al variare dell'età (i
soggetti molto giovani presentano in genere una maggiore attività BETA), e che casi
di importanti perturbazioni mentali come la depressione, l'ansia o la paranoia, sono
sempre correlati a precise mappe di attività cerebrale.
Uno schema dei tipi di onde cerebrali, suddivise a seconda della loro frequenza, può
essere il seguente:
onde DELTA (da 0,5 a 4 Hz -cicli al secondo)
Inconscio
Sono le onde più lente.
Compaiono soprattutto durante lo stato di sonno non REM (senza sogni).
Sono in correlazione con il nostro inconscio più antico e profondo.
Sono collegate anche a stati di tensione muscolare.
onde THETA (da 5 a 7 Hz -cicli al secondo)
Preconscio
Si rilevano soprattutto durante lo stato di sonno REM ( sogni).
Sono in correlazione con i nostri cambiamenti di umore, con le emozioni e i
sentimenti, con le nostre immagine profonde.
onde ALFA (da 8 a 13 Hz -cicli al secondo)
Coscienza a riposo
Sono in correlazione con uno stato di veglia rilassato e privo di pensieri.
Compaiono quasi sempre appena chiudiamo gli occhi.
Indicano in genere una situazione di benessere psicofisico.
onde BETA (da 14 a 35 Hz -cicli al secondo)
Coscienza di veglia
Sono in correlazione con l'attività di pensiero superiore, quando focalizziamo
l'attenzione o ci impegniamo nella soluzione di un problema.
Il principio fisico su cui si basa il funzionamento dell’EEG è stato osservato attorno
al 1820: il fisico danese Hans Christian Oersted scoprì che un campo magnetico non
viene prodotto solo da materiale magnetico (come la magnetite) ma viene generato
anche da una corrente elettrica.
Questa scoperta è di estrema importanza perché costituisce il primo passo per
comprendere la "vera" natura del campo magnetico e lo lega indissolubilmente al
campo elettrico. Il campo magnetico non è "distinto" dal campo elettrico. Non sono
due campi di "natura diversa". Assieme costituiscono qualcosa di "inscindibile" : il
campo elettromagnetico.
Consideriamo un conduttore rettilineo molto lungo (in teoria, infinito) percorso da
una corrente elettrica costante (cioè che non varia nel tempo). La corrente genera
nello spazio attorno al conduttore un campo magnetico le cui linee di forza sono
circonferenze concentriche perpendicolari al conduttore che a sua volta si trova nel
centro delle medesime.
(il verso della corrente è quello convenzionale, dal polo positivo del generatore al polo negativo)
Se poniamo un ago magnetizzato nei vari punti di una linea di forza (circolare)
attorno al conduttore, otterremo che esso si disporrà lungo le linee di forza nel
seguente modo :
La direzione dell'ago sarà tangente alla linea di forza.
Guardando (nella direzione del conduttore) dall'alto :
Naturalmente, le linee di forza sono infinite e sono tutte circonferenze coassiali al
conduttore.
Utilizzando la limatura di ferro si ottiene la seguente immagine :
dove si vede bene che la limatura di ferro si dispone lungo le linee di forza circolari
coassiali al conduttore.
Subito dopo le osservazioni di Oersted, Felix Savart e Jean-Baptiste Biot riuscirono a
calcolare il valore del campo magnetico intorno ad un conduttore percorso da
corrente fissando i risultati ottenuti nella legge che porta i loro nomi.
Consideriamo un circuito percorso da una corrente stazionaria I, il tratto che
prenderemo in esame è supposto rettilineo, molto lungo e di sezione trascurabile (filo
rettilineo indefinito).
La legge di Biot-Savart si può riassumere nella seguente espressione per il campo B:
dove d è la distanza del punto P dal filo e la costante μ0, detta permeabilità magnetica
del vuoto vale
e le sue unità di misura sono
Alla quantità Ω s si dà il nome di henry (H), per cui
La direzione del campo B è nel piano della circonferenza con centro sul filo e
passante per P e risulta ad essa tangente.
Per determinare il verso si può usare la regola della mano destra: essa afferma che se
si pone il pollice nella direzione della corrente, e le dita nella direzione del punto P,
quando si chiude la mano, le dita della mano destra indicheranno il verso in cui sono
orientate le linee del campo magnetico.