Home Notizie recenti Il modo in cui il nostro cervello elabora e memorizza il movimento...

Il modo in cui il nostro cervello elabora e memorizza il movimento ha implicazioni per molteplici malattie, l’apprendimento automatico

69
0

Scienza (2022). DOI: 10.1126/science.abn1421″ width=”768″ height=”530″>

tre cellule nervose piramidali nella corteccia motoria, il cui compito è inviare i comandi motori direttamente al midollo spinale. Queste sono le cellule studiate nell’attuale studio del Prof. Schiller. Le cellule sono caratterizzate da una forma piramidale dei corpi cellulari e da alberi dendritici altamente ramificati, caratteristica che consente loro di eseguire complesse elaborazioni parallele delle componenti del movimento. Credito: Scienza (2022). DOI: 10.1126/science.abn1421

Dal momento in cui nasciamo, e anche prima, interagiamo con il mondo attraverso il movimento. Muoviamo le nostre labbra per sorridere o per parlare. Allungiamo la mano per toccare. Muoviamo gli occhi per vedere. Ci muoviamo, camminiamo, gestiamo, balliamo. Come fa il nostro cervello a ricordare questa vasta gamma di movimenti? Come fa a impararne di nuovi? Come fa i calcoli necessari per prendere un bicchiere d’acqua, senza farlo cadere, schiacciarlo o perderlo?

Il professor Jackie Schiller della Technion della Facoltà di Medicina di Ruth e Bruce Rappaport e il suo team hanno esaminato il cervello a livello di singolo neurone per far luce su questo mistero. Hanno scoperto che il calcolo avviene non solo nell’interazione tra i neuroni (cellule nervose), ma all’interno di ogni singolo neurone. Ognuna di queste celle, si scopre, non è un semplice interruttore, ma una complicata macchina calcolatrice. Questa scoperta, pubblicata di recente in Scienza , promette cambiamenti non solo nella nostra comprensione di come funziona il cervello, ma anche in una migliore comprensione di condizioni che vanno dal morbo di Parkinson all’autismo. E se ciò non bastasse, ci si aspetta che queste stesse scoperte facciano avanzare l’apprendimento automatico, offrendo ispirazione per nuove architetture.

Il movimento è controllato dalla corteccia motoria primaria del cervello. In quest’area, i ricercatori sono in grado di individuare esattamente quali neuroni si attivano in un dato momento per produrre il movimento che vediamo. Il team del Prof. Schiller è stato il primo ad avvicinarsi ancora di più, esaminando l’attività non dell’intero neurone come una singola unità, ma delle sue parti.

Ogni neurone ha estensioni ramificate chiamate dendriti. Questi dendriti sono in stretto contatto con i terminali (chiamati assoni) di altre cellule nervose, consentendo la comunicazione tra di loro. Un segnale viaggia dai dendriti al corpo della cellula e poi viene trasferito attraverso l’assone. Il numero e la struttura dei dendriti varia notevolmente tra le cellule nervose, come la corona di un albero differisce dalla corona di un altro.

I particolari neuroni su cui si è concentrato il team del Prof. Schiller erano i più grandi neuroni piramidali della corteccia. Queste cellule, note per essere fortemente coinvolte nel movimento, hanno un grande albero dendritico, con molti rami, sotto-rami e sotto-sotto-rami. Ciò che il team ha scoperto è che queste filiali non si limitano a trasmettere informazioni.

Ogni sottosottoramo esegue un calcolo sulle informazioni che riceve e passa il risultato al sottoramo più grande. Il sub-ramo che esegue un calcolo sulle informazioni ricevute da tutte le sue filiali e lo trasmette. Inoltre, più branchlets dendritici possono interagire tra loro per amplificare il loro prodotto computazionale combinato. Il risultato è un calcolo complesso eseguito all’interno di ogni singolo neurone. Per la prima volta, il team del Prof. Schiller ha mostrato che il neurone è compartimentato e che i suoi rami eseguono calcoli in modo indipendente.

Imparare e ricordare il movimento

LR: Il professor Jackie Schiller, Shay Achvat e Yara Otor i due principali studenti di questo studio, che tengono il numero di scienza in cui è stato pubblicato il loro articolo. Credito: Technion – Israel Institute of Technology

“Pensavamo a ciascun neurone come a una specie di fischietto, che o suona o no”, spiega il prof. Schiller. “Invece, stiamo guardando un pianoforte. I suoi tasti possono essere premuti simultaneamente o in sequenza, producendo un’infinità di melodie diverse”. Questa complessa sinfonia che suona nel nostro cervello è ciò che ci consente di imparare ed eseguire un’infinità di movimenti diversi, complessi e precisi.

È probabile che molteplici disturbi neurodegenerativi e del neurosviluppo siano collegati ad alterazioni nella capacità del neurone di elaborare i dati. Nella malattia di Parkinson è stato osservato che l’albero dendritico subisce alterazioni anatomiche e fisiologiche. Alla luce delle nuove scoperte del team Technion, comprendiamo che, a seguito di questi cambiamenti, la capacità del neurone di eseguire calcoli paralleli è ridotta. Nell’autismo, sembra possibile che l’eccitabilità dei rami dendritici sia alterata, con conseguenti numerosi effetti associati alla condizione. La nuova comprensione di come funzionano i neuroni apre nuovi percorsi di ricerca per quanto riguarda questi e altri disturbi, con la speranza del loro sollievo.

Questi stessi risultati possono anche servire da ispirazione per la comunità di machine learning. Le reti neurali profonde, come suggerisce il nome, tentano di creare un software che apprende e funzioni in modo in qualche modo simile a un cervello umano. Sebbene i loro progressi facciano costantemente notizia, queste reti sono primitive rispetto a un cervello vivente. Una migliore comprensione di come funziona effettivamente il nostro cervello può aiutare a progettare reti neurali più complesse, consentendo loro di svolgere compiti più complessi.

Questo studio è stato condotto da due MD-Ph.D. del Prof. Schiller. studenti candidati Yara Otor e Shay Achvat, che hanno contribuito in egual modo alla ricerca. Il team comprendeva anche il collega post-dottorato Nate Cermak (ora neuroingegnere) e il dottorato di ricerca. studente Hadas Benisty, oltre a tre collaboratori: i professori Omri Barak, Yitzhak Schiller e Alon Poleg-Polsky.


Articolo precedenteLa Banca Centrale Europea alza le previsioni di inflazione per il 2022 al 6,8% dal 5,1%
Articolo successivoGuerra in Ucraina: il FMI si dice preoccupato per le restrizioni all’esportazione di cibo e fertilizzanti