La matematica fa bene al cuore – dal Rinascimento ai gemelli digitali

In primo luogo, l’intuizione di Eraclito — «il cambiamento è l’unica costante» — ci ricorda che la conoscenza evolve attraverso trasformazioni continue.
Allo stesso modo, Pitagora affermava che tutto è numero, e Galileo Galilei sosteneva che il libro della natura è scritto in linguaggio matematico. Queste idee, apparentemente antiche, anticipano la funzione moderna della matematica come linguaggio universale della scienza.
Tuttavia, la percezione comune la descrive ancora come una disciplina astratta, distante dalla realtà quotidiana. In verità, la matematica permea ogni ambito della nostra vita. Inoltre, essa è oggi parte integrante della ricerca biomedica, dove contribuisce a comprendere e simulare i meccanismi vitali.
Pertanto, tra arte, scienza e tecnologia, la matematica si rivela una chiave per decifrare il funzionamento del cuore umano.

Leonardo da Vinci: l’intuizione anatomica e il linguaggio dei vortici

Storicamente, Leonardo da Vinci intuì l’esistenza di un legame profondo tra geometria, fluidodinamica e fisiologia. Già nel XVI secolo, i suoi disegni anatomici rappresentavano con precisione la valvola aortica e i seni di Valsalva.
In particolare, il Maestro ipotizzò che il sangue, uscendo dal ventricolo sinistro, generasse vortici capaci di favorire la chiusura dei lembi valvolari. Questa intuizione, rimasta incompresa per secoli, fu confermata solo negli anni Settanta da un gruppo di ricerca dell’Università di Oxford guidato da Brian Bellhouse.
Di conseguenza, ciò che Leonardo aveva osservato con l’occhio dell’artista è oggi dimostrato attraverso equazioni e modelli fluidodinamici. In tal senso, la matematica contemporanea prosegue idealmente l’opera leonardiana, traducendo l’intuizione visiva in conoscenza misurabile.

Dal disegno al modello digitale: il cuore matematico

Nei primi anni Duemila, l’intuizione di Leonardo ha trovato nuova vita nei laboratori del Politecnico di Milano grazie al progetto europeo iHEART, coordinato dal professor Alfio Maria Quarteroni.
In questo contesto, il cuore diventa un sistema modellabile attraverso equazioni differenziali e simulazioni numeriche. Inoltre, il progetto utilizza tecniche di calcolo avanzato per descrivere l’interazione tra impulsi elettrici, flussi ematici e deformazioni meccaniche.
In modo non invasivo, i ricercatori riescono così a stimare il campo di velocità del sangue e a localizzare zone di turbolenza, riducendo i rischi diagnostici.
Nel complesso, l’obiettivo è costruire un cuore matematico che aiuti cardiologi e cardiochirurghi a pianificare interventi personalizzati. Tale modello consente di comprendere meglio le aritmie, la fibrillazione atriale o la tachicardia ventricolare, migliorando la prevenzione e la terapia.

Matematica e intelligenza artificiale: verso la cardiologia predittiva

Oggi, la matematica si fonde con l’intelligenza artificiale per alimentare la nuova disciplina della cardiologia computazionale.
Grazie al machine learning, le immagini ottenute da TC, risonanza magnetica o ecocardiografia possono essere analizzate per rilevare placche aterosclerotiche non visibili con i metodi tradizionali, stimare il rischio di infarto e valutare la risposta a trattamenti personalizzati.
Le reti neurali profonde (deep learning) permettono di generare mappe predittive del rischio e di realizzare veri e propri gemelli digitali cardiaci — modelli individuali che integrano dati clinici, genetici e fisiologici del paziente, in grado di simulare scenari terapeutici diversi.
In tal modo, la medicina passa da un paradigma reattivo a uno predittivo e personalizzato, in linea con la visione della cardiologia di precisione sostenuta dall’European Society of Cardiology (ESC, 2025) e dal programma europeo Digital Europe Health.

Quando la matematica incontra la vita quotidiana

Il rigore matematico non appartiene solo ai laboratori. Al contrario, accompagna la nostra vita di ogni giorno.
Un curioso esempio proviene da uno studio di Kevin M. Moroney pubblicato su Le Scienze (2016). Applicando un modello di estrazione ottimale, il suo team ha ridotto del 25% l’uso di polvere di caffè per espresso, mantenendo inalterato il gusto e migliorando la sostenibilità economica.
Di conseguenza, la matematica mostra la sua versatilità: la stessa logica che modella il flusso sanguigno può ottimizzare un semplice espresso.
Infine, questo dimostra che il pensiero quantitativo, se applicato con rigore, non è un esercizio astratto ma un modo concreto per migliorare la vita quotidiana e, nel caso della medicina, salvare vite.

… e allora?

In sintesi, la matematica è il linguaggio invisibile che collega il passato e il futuro della medicina.
Dalle intuizioni artistiche di Leonardo alle simulazioni del Politecnico di Milano, essa continua a rivelare le leggi profonde della fisiologia.
Pertanto, il cuore matematico e i gemelli digitali rappresentano una delle più promettenti frontiere della sanità digitale.
In definitiva, comprendere il cuore attraverso le equazioni significa anche umanizzare la tecnologia: la matematica non toglie spazio all’intuizione, ma la amplifica, rendendo la scienza più precisa, la clinica più sicura e la conoscenza più condivisa.
Ecco perché, davvero, la matematica fa bene al cuore — biologicamente, tecnologicamente e umanamente.

📚 Bibliografia essenziale

Bellhouse, B. J., Talbot, L., & Wood, N. B. (1973). Flow in the sinuses of Valsalva. Journal of Physiology, 235(2), 371–390.
https://doi.org/10.1113/jphysiol.1973.sp010397

European Society of Cardiology (ESC) Digital Health Committee. (2025). Digital Twins in Cardiology: Roadmap 2025. European Heart Journal – Digital Health.
https://academic.oup.com/ehjdh

Hunter, W. (1784). Annotations on Leonardo da Vinci’s anatomical drawings. Royal Society Archives, London.
Sintesi storica disponibile in: https://litfl.com/leonardo-da-vinci-first-anatomist/

Moroney, K. M., et al. (2016, November). The mathematics of coffee extraction: Modelling espresso for efficiency and flavor. Le Scienze.
https://www.lescienze.it/news/2016/11/10/news/matematica_espresso_caffe_modello-3315536/

Quarteroni, A. M., Zingaro, A., Faggiano, E., & Vergara, C. (2023). A comprehensive mathematical model for cardiac perfusion: coupling electromechanics and hemodynamics. Scientific Reports, 13, 13802.
https://www.nature.com/articles/s41598-023-41312-0

Quarteroni, A. M. (2024). iHEART Project – Innovative mathematical modeling of the human heart. Politecnico di Milano / École Polytechnique Fédérale de Lausanne.
https://iheart.polimi.it/en/

Royal Collection Trust. (2019). Leonardo da Vinci: Anatomist – The Windsor Collection. London: RCT Publications.
https://media.rct.uk/sites/default/files/file-downloads/Leonardo%20da%20Vinci%20Anatomist.pdf

Zingaro, A., Faggiano, E., Vergara, C., & Quarteroni, A. M. (2024). Computational modeling of left ventricular fluid dynamics for patient-specific simulations. Frontiers in Physiology – Computational Physiology and Medicine, 15, Article 1395271.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2024.1395271/full

🔗 Fonti istituzionali e divulgative

• CORDIS – European Commission. (2024). A virtual simulator of the human heart – iHEART Project.
  https://cordis.europa.eu/article/id/446832-a-virtual-simulator-of-the-human-heart

• Politecnico di Milano – MOX Laboratory. (2025). Industrial and scientific projects: iHEART.
  https://mox.polimi.it/industrial-and-scientific-projects/project-detail/?id=142

• European Heart Network (EHN). (2025). Digital health and cardiovascular innovation: position statement.
  https://ehnheart.org/publications

 

 

 

 

Sì come una giornata bene spesa dà lieto dormire,

così una vita bene usata dà lieto morire.

Leonardo (il libro della musica)