un sistema automatico per l`analisi dell` attività nervosa - PUMA

UN SISTEMA AUTOMATICO PER L'ANALISI
DELL' ATTIVITÀ NERVOSA
G. B. GERACE - G. GESTRI
Viene presentato un sistema per l'analisi delle informazioni rilevate mediante microelettrodi dalle fibre nervose.
L'intero processo di osservazione, misura ed analisi è
automatico ed è realizzato tramite un'apparecchiatura
che converte le informazioni analogiche, tratte dall' esperienza fisiologica, in dati numerici, ed analizza tali dati
su un calcolatore elettronico. Il sistema consente di studiare l'attività contemporanea di più fibre in funzione
del tempo e quindi le correlazioni tra l'attività spontanea o sotto stimolo delle fibre di uno stesso fascio.
Con l'impiego di più microelettrodi è possibile studiare
le correlazioni tra 'più fasci di fibre .
Viene poi descritta in dettaglio l'apparecchiat1wa e le
sue principali caratteristiche logiche ed elettroniche.
I. INTRODUZIONE.
Lo studio dell'attività delle fibre del sistema nervoso
animale è di grande interesse sia per la fisiologia che
per la cibernetica; esso ha ricevuto un notevole impulso
negli ultimi anni mediante l'Impiego degli strumenti di
osservazione forniti dalla tecnica elettronica. La fase
di classificazione e analisi dei risultati sperimentali costituisce invece un campo dove l'elettronica svolge ancora una funzione embrionale. Se si pensa che un microelettrodo, introdotto ad esempio nella retina peranalizzare l'attività spontanea di una singola fibra, registra
un numero di scariche dell'ordine di 1 000 al minuto, si
comprende facilmente come l'analisi e la classificazione
dei dati rappresenti per lo sperimentatore un lavoro hmgo e tedioso, limitato nella precisione e nella possibilità
di estendere l'analisi a grandi quantità di dati; per questa ragione l'indagine si arresta spesso all'interpretazione soggettiva dell'andamento qualitativo dell'attività
nervosa, con ovvii limiti nel metodo e nei risultati.
Lo. sviluppo delle tecniche numeriche e l'impiego dei
calcolatori elettronici permettono invece di automatizzare ad un livello elevato la classificazione e l'analisi
dei dati, aprendo così alle ricerche neurofisiologiche possibilità di sviluppo finora precluse.
Negli ultimi anni queste tecniche sono state impiegate in alcuni laboratori; in particolare, Clynes e Kohn
hanno impiegato il calcolatore CAT II [IJ per ricavare
risposte medie da registrazioni eseguite con grossi elettrodi, mentre al laboratorio di biofisica del Massachusetts Institute of Technology è stato utilizzato il calcolatore TX-O per ottenere la distribuzione nel tempo e
l'istogramma degli intervalli delle scariche di un solo
neurone in attività spontanea o stimolata [2].
I sistemi citati eseguono analisi su valori medi dell'attività neuronìca, ma non permettono di analizzare
l'attività nervosa come una funzione del tempo. Solo
recentemente, e indipendentemente da questo lavoro,
sono state presentate due apparecchiature [3, 4J che
compiono questa analisi per una singola cellula e forniscono i dati su banda perforata. Nel sistema che viene
(*) .GOlt. ing. G. B. GERACE, dott. G. GESTRI, del Centro
Studi Ca1eolatrici Elettroniche del C.N.R. presso l'Università
di Pisa (C.S.C.E.).
(*)
qui presentato, la stessa analisi è invece eseguita sulla
attività contemporanea di più gruppi di cellule [5J.
2.
IL
METODO DI Ai'lALISI.
Nel quadro dell'attività del Gruppo di Cibernetica costituitosi nel 1961 all'Università di Pisa sotto gli auspici
del C.N.R., ed al quale collaborano l'Istituto di Fisiologia, I'Istituto di Fisica ed il Centro Studi Calcolatrici
Elettroniche del C.N.R. (C.S.C.E.), è stato proposto e
realizzato dagli autori un sistema automatico di analisi
dell'attività delle fibre nervose della retina. Il sistema
analizza l'attività (spontanea o sotto stimolo) di un numero di fibre variabile da 1 a 15, registrata contemporaneamente con un microelettrodo: per ogni impulso di
scarica viene fornito il dato ed il « nome» della fibra da
cui proviene; i dati vengono classificati, correlati ed elaborati su un calcolatore elettronico. In tal modo è possibile ottenere per ogni fibra e per un gruppo di fibre
la funzione nel tempo dell'attività registrata, ed è importante notare che il sistema permette di indagare le
influenze che sull'attività di una fibra esercitano le
fibre vicine.
Nell'attività sotto stimolo è quindi possibile, ad esempio, prendere in esame processi come l'adattamento, e,
nell'attività spontanea, studiare le caratteristiche di stazionarietà od altre proprietà dei processi stocastici. Inoltre è ancora possibile eseguire analisi medie dell'a.ttività, quali la distribuzione nel tempo e I'istogramma
degli intervalli.
In generale il sistema prevede:
1) lo studio delle relazioni temporali nell' attività di
una singola fibra in attività spontanea o sotto stimolo;
2) lo studio delle relazioni temporali tra l'attività
spontanea o stimolata di diverse fibre dello stesso fascio
(la registrazione è fatta con un microelettrodo);
3) lo studio delle relazioni temporali tra l'attività
spontanea o stimolata di diversi gruppi di fibre (la registrazione è eseguita con più microelettrodi).
Le esperienze sono condotte, presso l'Istituto di Fisiologia, sulla retina animale e registrate in forma analogica su banda magnetica. Le informazioni così registrate vengono selezionate, convertite in forma numerica e nuovamente registrate su banda magnetica dall'apparecchiatura che viene descritta in questo articolo.
La nuova banda viene poi impiegata come ingressodati nel calcolatore elettronico CEP del C.S.C.E.
Il sistema, realizzato per l'esame dell'attività nervosa
della retina, è in generale applicabile ad altre parti del
sistema nervoso, ove si voglia che l'intero processo osservazione, misura, analisi - sia automatico. In ogni
caso è necessario:
a) definire a quali, fra le grandezze osservate, viene
associata una certa informazione e che tipo di informazione. La scelta deve mirare ad estrarre le grandezze
fondamentali dell' esperienza, a prescindere dal tipo di
analisi e di classificazione che possa di volta in volta
interessare il ricercatore. In questo modo egli potrà
operare su dati oggettivi ed elaborarli in maniera diver-
Estratto da « ALTA FREQUENZA », N. 9 val. XXXII - 1963 - da pago 639 a pago 644