L`emergenza delle funzioni molecolari in modelli di neuroni

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Egidio D’Angelo
Università di Pavia, Dept. Of Brain and Behavioral Sciences;
Brain Connectivity Center, IRCCS C.Mondino, Pavia
L’emergenza delle funzioni molecolari in modelli di neuroni, circuiti e sistemi
integrati
Abstract
Il sistema nervoso è costituito da complesse reti cellulari nelle quali i neuroni comunicano tra loro a
livello delle sinapsi. I neuroni generano segnali elettrici tramite speciali molecole (canali ionici,
recettori e trasportatori) che consentono di regolare i flussi ionici e le differenze di potenziale a
livello della membrana cellulare. Questi meccanismi possono essere studiati sperimentalmente a
vari livelli, dando informazioni essenziali sulla natura dei processi neurali. Questi meccanismi
possono poi essere rappresentati da modelli biofisici e tradotti in modelli matematici generando
rappresentazioni accurate delle funzioni neuronali. Tali modelli possono essere connessi in circuiti,
che possono a loro volta essere integrati in sistemi di controllo e interfacciati a robots in grado
svolgere comportamenti complessi. In tal modo è possibile studiare l’emergenza delle funzioni
molecolari, neuronali e circuitali a livello di comportamenti integrati di significato biologico.
Tale procedura modellistica è stata elaborata per la rete neuronale del cervelletto. Un microcircuito
cerebellare, o microzona, è costituito da alcune decine di migliaia di neuroni (cellule granularli,
cellule del Golgi , cellule del Purkinje, cellule stellate e a canestro, neuroni dei nuclei cerebellari
profondi e del nucleo olivare inferiore) connessi tra di loro secondo specifiche regole
topografiche. Il circuito cerebellare è stato modellizzato matematicamente ed inserito all’interno di
un sistema di controllo robotico. Questo ultimo passaggio è fondamentale per il cervelletto, in
quanto tale struttura è al centro del sistema di forward-controller del circuito sensori-motorio.
In questa presentazione viene mostrato come tale sistema modellistico viene costruito sula base dei
dati sperimentali ed utilizzato per studiare come i processi di computazione e apprendimento nel
sistema cortico-cerebellare.
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