Il corpo umano: una macchina meravigliosa

IL CORPO UMANO
Una macchina meravigliosa
Graziano Ferrini
Obiettivo del corso
Contribuire a migliorare la qualità di vita
della terza età, tramite una miglior
conoscenza delle caratteristiche anatomofisiologiche del proprio corpo, e delle
potenziali limitazioni funzionali che possono
intervenire con la terza età.
In sintesi
Conoscersi meglio per vivere meglio
Le 12 Lezioni del corso
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Il miracolo della stazione eretta
Le articolazioni
Le analogie fra sistema nervoso e computer
L’infiammazione – Leonardo e il corpo umano
Età e esercizio fisico:
I benefici dell’esercizio fisico
Le conseguenze della sedentarietà
La programmazione dell’esercizio fisico
La misura dell’esercizio fisico.
Il controllo dell’esercizio fisico: fattori di rischio
I disturbi più diffusi; cause e conseguenze
Disturbi più diffusi: comportamenti preventivi e
terapeutici.
Lezione n. 3
Le analogie fra sistema nervoso e
computer
Le analogie fra sistema nervoso e computer
Obiettivo della lezione
Contribuire alla comprensione
della complessa fisiologia e delle
straordinarie funzioni del SN e
come possono condizionare la
nostra vita
Come
Tramite alcune corrispondenze
con uno strumento, come il
computer, le cui funzioni sono
sempre più familiari
Le analogie fra sistema nervoso e computer
Partiamo da lontano
Anni 50-60
I primi computer
Impropriamente
chiamati
Cervelli elettronici
Le analogie fra sistema nervoso e computer
Perché Cervelli
elettronici ?
Perché erano in
grado di svolgere ad
alta velocità
sequenze di funzioni
aritmetiche
ma sopratutto
logiche!
Le analogie fra sistema nervoso e computer
Ma il sistema nervoso
dell’uomo e degli animali
superiori può e deve fare
ben altro.
Ricevere stimoli
sensoriali:
Tattili, termici, dolorosi,
visivi, uditivi, olfattivi,
gustativi
Produrre azioni motorie:
cammino, corsa, azioni con
le mani, la parola, e……
il pensiero
I componenti elementari di base
Il Semiconduttore
Il Neurone
E’ il componente elementare di
base dei computer, emette o
non emette un impulso elettrico
(del tipo SI – NO) a seconda del
potenziale elettrico ricevuto in
entrata
E’ la cellula che costituisce il
componente elementare del SN
capace di emettere un segnale
elettrico (tipo Si – NO) a seconda
degli impulsi ricevuti
Valvole
Transistor
Neurone
Microprocessore
Le funzioni di milioni
di transistor su un
unico supporto
Miliardi di
neuroni
Le dimensioni
RAM
Sistema nervoso
Memoria Centrale
100 Giga Neuroni
1-10 Giga Byte
Hard Disk
400-800 Giga Byte
1 Giga = 1 Miliardo
La Logica Binaria
Computer
Sistema nervoso
Due soli risultati: No – Si
che possono essere declinati con
simboli numerici in 0 (zero) e 1 (uno)
BIT – Binary digIT
Potenziale d’azione
La logica binaria
Possibilità di ottenere e
rappresentare risultati diversi
utilizzando solo due simboli: 0 e 1
Esempio di
trasformazione della
logica binaria in logica
decimale
Le combinazioni di “bit”
Il Byte
I dendriti del neurone
E’ la combinazione di Bit
necessaria per rappresentare
caratteri, cifre e simboli diversi
Ricevono la combinazione di
impulsi SI – NO richiesti per
generare la risposta nervosa
Il Pixel
E’ la combinazione
di bit necessaria
per rappresentare
immagini
L’alimentazione elettrica
E’ del tutto ovvio che nessun
computer può funzionare senza
alimentazione elettrica, cioè
senza la differenza di potenziale
fra i due poli che generano il
flusso di elettroni necessario
per eccitare il transistor
Fra l’interno e l’esterno della
cellula viene costantemente
mantenuta una differenza di
potenziale
La ricarica della batteria
Se però il computer (come i
notebook o gli smartphone) è
alimentato a batteria, questa
deve essere ricaricata
Il mantenimento della differenza
di potenziale è assicurato dal
continuo apporto di glucosio,
che alimenta la “pompa” che
deve mantenere la differenza di
potenziale
Se manca l’alimentazione
Quando è scarica la batteria il
computer si spegne; se siamo
fortunati, ci da prima un
messaggio
Se manca l’apporto di glucosio
(ischemia) per più di due minuti
la cellula nervosa va in
“necrosi” cioè muore e non può
essere rimpiazzata.
L’orologio interno
Il generatore che scandisce i
tempi che vanno ad aggiornare
l’orologio e la data
Il pacemaker naturale del cuore
situato nel nodo senoatriale;
genera gli impulsi che
determinano le contrazioni del
muscolo cardiaco, ad un ritmo
costante
Il processo evolutivo
Oggi computer sempre più
potenti e flessibili e compatti
grazie al progressivo
sviluppo della tecnologia
Qualche decina di anni
il SN ha dovuto sviluppare
funzioni più complesse per
rispondere alle esigenze
degli organismi superiori
Milioni di anni
Il processo evolutivo
Per realizzare la potenza e
flessibilità dei moderni computer è
stato necessario sviluppare
componenti sempre più
specializzate
il SN ha dovuto sviluppare
funzioni specializzate per
rispondere alle esigenze
sensorie e motorie degli
organismi superiori
Hardware e complesso neuronale
L’hardware del
computer; senza i
programmi non sa fare
nulla; solo la funzione
di caricamento dati da
un dispositivo esterno
Come il sistema nervoso del
neonato: anatomicamente
completo, ma in grado di
svolgere solo le funzioni
essenziali per la
sopravvivenza
Software e connessioni fra neuroni
Il software del computer
Il Software del SN
La sequenza delle istruzioni
che, una volta caricate nella
RAM permettono di svolgere
le varie funzioni
Tutte le capacità (di movimento,
di parlare, di pensare) vengono
progressivamente acquisite
tramite le connessioni attivate
con il processo di apprendimento
RAM e corteccia encefalica
La RAM
La corteccia encefalica
E’ la memoria in cui vengono caricati
i programmi che permettono di
eseguire le varie funzioni (ad es.
Word, Foglio Elettronico, ecc)
E la parte del cervello destinata a
ricevere gli stimoli nervosi
necessari a svolgere una specifiche
funzioni: motoria, sensitiva, visiva,
uditiva, del linguaggio ecc.
In un certo istante solo alcune
delle varie funzioni presenti nella
RAM vengono eseguite, in
relazione alla richiesta
dell’utente
In un certo istante vengono
svolte solo le funzioni richieste in
quel momento
Aree di Input e di Output
Aree di input
Corteccia sensitiva
Zone di RAM verso le quali sono
indirizzati i dati provenienti dalle
unità di input (tastiera, mouse,
scanner, CD)
Mappatura delle zone corporee da cui
ricevere gli stimoli sensoriali e gli
input uditivi e visivi
Aree di Output
Zone di RAM in cui viene mappata
l’immagine digitalizzata da inviare alle
unità di Output (monitor, stampante,
scanner, CD, unità audio)
Corteccia motoria
Mappatura di tutti i muscoli verso cui
inviare gli stimoli motori
Le strutture di collegamento
Il BUS
Componente specializzato da
cui transitano tutti i dati dalle
unità di input alla CPU e dalla
CPU alle unità di output
Midollo Spinale + Tronco
Encefalico
Punto di passaggio obbligato di
tutte le afferenze sensitive e di
tutte le efferenze motorie
Il portinaio
L’unità di controllo del
computer
Regola e coordina i trasferimenti di
istruzioni e dati fra i vari
componenti interni ed esterni del
computer
Il talamo
E’ definito il portinaio della
corteccia; dal talamo passano tutte
le afferenze sensitive e corticali, e
dirige il traffico delle stesse
efferenze verso le aree corticali
destinatarie
La memorizzazione dei programmi
Nel computer i programmi
Nel SN i comandi motori
vengono di norma memorizzati
necessari per effettuare
su memorie accessorie (hard
determinate sequenze di
disk, CD Rom ecc), e
movimenti vengono “salvati”
richiamati nella RAM al
in aree particolari chiamate
momento dell’esecuzione
“gangli della base”
Il pilota automatico
I sistemi automatici di
controllo
Complesso di comandi regolati
da un computer per controllare
assetto, direzione e velocità
Il sistema automatico
di programmazione
controllo e
esecuzione della
postura del
movimento
Il riconoscimento della parola
Software di
riconoscimento vocale
Area di riconoscimento di
Wernike
Trasformazione sequenza di
frequenze sonore in serie di BIT
Rilevazione sequenza di frequenze
sonore e stimoli visivi e tattili
Ricerca su un dizionario di
corrispondenza frequenze - parole
Associazione delle frequenze a
persone, oggetti, concetti
Produzione delle sequenze di bit e
Byte corrispondenti alle parole
Creazione tabella di corrispondenza
frequenze-concetti e oggetti
La produzione della parola
Software di
produzione vocale
Ricerca su un dizionario di
corrispondenza parole-sequenza di
bit che determinano l’eccitazione
elettromagnetica degli altoparlanti
Produzione dei comandi di
eccitazione degli altoparlanti
Area di produzione della
parola di Broca
Ricerca sulla memoria di
associazione fra concetti e
sequenze sonore
Produzione dei comandi motori
richiesti per emettere le parole
Le funzioni mentali superiori
Nel computer ?
Nel sistema nervoso
Le funzioni connesse con il controllo
del comportamento, della volontà
dell’apprendimento e del
consolidamento della memoria sono
state identificate nel sistema limbico
composto da Amigdala e Ippocampo
Il corpo umano: una
macchina meravigliosa
Prossima lezione
L’infiammazione
Leonardo e il corpo umano
4 Dicembre 16.30-18.00
Graziano Ferrini