Come batte il nostro cuore: una collaborazione tra ingegneri e matematici risolve un problema aperto da anni
Altro che battiti impazziti e colpi di scena da film romantico: il nostro cuore ha un ritmo preciso.
Non va a caso, non è capriccioso e nemmeno caotico. Anzi: segue una playlist ben organizzata, fatta di regolarità matematica e armonia fisiologica.
La scoperta arriva dall’Università di Pisa grazie a una collaborazione tra cervelli matematici e ingegneri del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e del Dipartimento di Matematica.
Il risultato? Uno studio che ha risolto un mistero aperto da decenni nella medicina e nella bioingegneria: la dinamica del nostro sistema cardiovascolare è regolare, non caotica.
Lo studio italiano premiato da EMBC
Il “singolo di punta” di questa ricerca è stato presentato lo scorso 16 luglio alla International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), la più importante conferenza al mondo di ingegneria biomedica.
E non è passato inosservato: ha vinto il Best Student Paper Award, superando lavori da Cina, Stati Uniti, Giappone, Australia e molti altri Paesi.
Protagonisti di questo successo sono Martina Bianco, dottoranda in ingegneria biomedica con un passato da matematica e Andrea Scarciglia, anche lui laureato in matematica e con la cui tesi è iniziata la collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria. “Gli intervalli tra un battito e l’altro – racconta Bianco – formano quella che chiamiamo Variabilità della Frequenza Cardiaca, una serie, composta da intervalli successivi ottenuti dell’elettrocardiogramma, che deriva da molteplici input fisiologici”.
Una specie di spartito, insomma, in cui suonano segnali del sistema nervoso, ormoni, respiro e pressione sanguigna.
Il cuore sotto formula
Durante la sua tesi, Martina Bianco ha sviluppato un metodo per capire se una serie di dati (tipo proprio quelli del battito cardiaco) nasce da un sistema regolare o da uno caotico.
“Applicare un metodo matematico elaborato in astratto a dati numerici reali, come sono le serie derivanti dagli elettrocardiogrammi è stata per me una bellissima sfida. Questo perché – ha spiegato la dottoranda -nei dati reali spesso è presente una componente casuale ”di disturbo”, il cosiddetto “rumore fisiologico” che non dipende solo dall’errore di misurazione, ma soprattutto da interazioni e fluttuazioni interne al sistema in esame”.
Il metodo ha funzionato: il cuore segue un ordine. Niente improvvisazioni jazz, ma una composizione ben strutturata.
Come batte il nostro cuore: verso nuovi biomarcatori del rischio
A fianco a lei, Andrea Scarciglia e i professori Gaetano Valenza e Claudio Bonanno, rispettivamente docenti di Bioingegneria e di fisica matematica all’Università di Pisa, che hanno sottolineato l’importanza di questo studio.
“Il metodo sviluppato consente di avere una conoscenza più approfondita del sistema cardiovascolare e, più in generale, delle dinamiche neurofisiologiche -ha rilevato Valenza – Questa maggiore conoscenza ci potrebbe consentire, per esempio, di definire nuovi biomarcatori in grado di quantificare il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari, che ancora oggi rimangono una delle principali cause di morte a livello mondiale”
Capire meglio come “suona” il nostro cuore può aprire dunque importanti nuove prospettive per la prevenzione.
Sapere che non è un batterista impazzito, ma un direttore d’orchestra con un piano preciso è un importante primo passo che la collaborazione interdisciplinare ha messo a frutto.
Il riconoscimento ottenuto dallo studio dell’Università di Pisa ne ha premiato gli autori ma “mi auguro -ha commentato Bonanno – che serva anche a ribadire l’importanza del portare avanti, in contemporanea, la ricerca di base e la ricerca applicata.”
