La matematica e l’ingegneria ci insegnano a capire i malanni del cuore
Premiato alla Conferenza internazionale uno studio dell’ateneo pisano
Al centro: Martina Bianco e Gaetano Valenza, UNIPI
PISA. Sul mistero di come batta il cuore per far rima con amore hanno scritto migliaia di canzonette e milioni di versi, una doppia équipe di studiosi dell’università di Pisa ha provato a leggere la questione per risolvere un enigma ancora aperto nella comunità scientifica medica e della bioingegneria sin dagli anni ’90. Obiettivo: comprendere meglio la dinamica del sistema cardiovascolare così da poter aprire «la strada alla definizione di nuovi biomarcatori in grado di quantificare il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari», spiegano dall’ateneo pisano. Come farcela? Mettendo insieme le virtù della matematica e quelle dell’ingegneria.
È accaduto così che, grazie alla collaborazione tra studiosi del Dipartimento di ingegneria dell’informazione e del Dipartimento di matematica dell’Università di Pisa si sia arrivati ad applicare – è stato sottolineato – «un metodo matematico innovativo alla serie ricavata dalle misure della frequenza cardiaca». Spoiler: questo ha consentito di intuire che «la dinamica del sistema cardiovascolare è regolare e non caotica».
Il risultato è che durante l’International Conference of the Ieee Engineering in Medicine and Biology Society (Embc), la principale conferenza internazionale di ingegneria biomedica, il lavoro ha ricevuto il “Best Student Paper Award” in un “conclave” di brillanti menti provenienti da oltre 70 paesi. L’articolo premiato ha superato la concorrenza di lavori di ricercatori da Cina, Giappone, Australia, Messico, Stati Uniti, Emirati Arabi e diversi stati europei: gli autori sono Martina Bianco, dottoranda al Dipartimento di ingegneria dell’informazione e prima autrice dell’articolo, Andrea Scarciglia e Gaetano Valenza (Dipartimento di ingegneria dell’informazione) e Claudio Bonanno (Dipartimento di matematica).
Martina Bianco è una dottoranda in ingegneria biomedica che ha una laurea in matematica alle spalle: «Gli intervalli di tempo tra battiti cardiaci consecutivi – spiega – formano una serie chiamata “serie della Variabilità della Frequenza Cardiaca” (Hrv). Questa serie, composta da intervalli successivi ottenuti dell’elettrocardiogramma deriva da molteplici input fisiologici, come quelli del sistema nervoso centrale, simpatico e parasimpatico, la respirazione, la pressione sanguigna e l’attività ormonale».
La studiosa segnala che «durante il mio lavoro di tesi al dipartimento di matematica, avevo messo a punto un metodo per capire se una serie di dati può essere interpretata come “output” di un sistema regolare (il cui stato cioè è determinabile in ogni momento) oppure caotico (cioè dipendente in modo essenziale dalle condizioni iniziali, e che quindi si evolve in modo non predicibile se tali condizioni cambiano anche di poco)». Aggiungendo poi: «È stata per me una bellissima sfida applicare un metodo matematico elaborato in astratto a dati numerici reali, come sono le serie derivanti dagli elettrocardiogrammi. Questo perché 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 risultato che abbiamo ottenuto è abbastanza netto: la dinamica del sistema cardiovascolare è regolare, e non caotica».
Gaetano Valenza, docente di bioingegneria all’Università di Pisa, è «molto contento» di questa collaborazione tra due dipartimenti di eccellenza dell’ateneo: «Il metodo sviluppato consente di avere una conoscenza più approfondita del sistema cardiovascolare e, più in generale, delle dinamiche neurofisiologiche. 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».
Per Claudio Bonanno, che nell’ateneo pisano è docente di fisica matematica, questo riconoscimento premia innanzitutto «il lavoro di tesi di Martina, ma anche quello di Andrea, anche lui laureato in matematica e con la cui tesi è iniziata la collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione». Premia – dice – anche il coraggio di questi due studiosi nel «decidere di spendere le loro competenze matematiche nelle applicazioni alla bioingegneria». E aggiunge: «Mi auguro che questo riconoscimento, che nasce da una fruttuosa collaborazione tra due dipartimenti del nostro ateneo, serva a ribadire l’importanza del portare avanti, in contemporanea, la ricerca di base e la ricerca applicata».
