Neuroscienze computazionali

Attualmente sono attive due linee principali di ricerca una rivolta allo studio di modelli realistici di singolo neurone ed una alla dinamica di reti neurali, ove i singoli nodi sono costituti da semplici modelli neuronali ("leaky integrate-and-fire") e l'interazione è mediata dai potenziali d'azione emessi dai neuroni.

Modelli di singolo neurone

Nel primo ambito ci siamo sinora interessati allo studio della risposta del neurone singolo sottoposto a stimoli stocastici decorrelati e/o correlati, in particolare abbiamo analizzato il ruolo costruttivo del rumore e le condizioni per cui si abbia una coerenza massima nella risposta del neurone. I risultati principali ottenuti sono, nel caso decorrelato, la messa in luce di una coesistenza di due tipi distinti di risonanza coerente, mentre nel caso correlato si è mostrato come una ottimale combinazione di intensità del rumore combinata ad un certo livello di correlazione fra gli stimoli possa portare il neurone a rispondere con un livello massimo di coerenza.
In futuro ci proponiamo di esaminare la risposta di neuroni stimolati in modo maggiormente realistico, considerando sinapsi con tempi di risposta non finiti e tenedo in conto degli effetti di plasticità delle sinapsi medesime.

Dinamica di reti neuronali

Nel secondo contesto abbiamo esaminato il ruolo di connessioni sinaptiche inibitorie sulla dinamica di una semplice rete neuronale, in particolare abbiamo mostrato come questa sia assolutamente non banale. Tantoché anche in situazioni ove il comportamento lineare del sistema è stabile si ha la occorrenza di transienti erratici esponenzialmente lunghi prima di osservare uno stato finale periodico. Questi stati possono essere importanti per la computazione a livello cerebrale dato che combinano una fondamentale stabilità ad una ricchezza estrema di stati corrispondenti al transiente erratico. Si pensa di estendere tali risultati a reti ove (più realisticamente) i seganli non vengano più trasmessi istanatneamente a tutti i neuroni, ma ove tale trasmissione avvenga con un ritardo finito.

Istituto dei Sistemi Complessi Sezione TD di Firenze - Area della Ricerca CNR
Via Madonna del Piano, 10 - 50019 Sesto Fiorentino (FI)
E-mail:admin@fi.isc.cnr.it - Tel. +39 055 522 6632 - Fax +39 055 522 6683