Struttura di un neurone

Struttura di un neuroneCorpo cellulare (soma)DendritiAssone

Il potenziale d’azione

1) Soglia2) Forma stereotipata3) Tempo refrattario assoluto4) Tempo refrattario relativo

Struttura della cellula

Modello di membrana

Il modello di Hodgking Huxley

Come comunicano i neuroni?• I neuroni comunicano attraverso sinapsi,

eccitatorie e inibitorie

A cosa serve il potenziale d’azione?• La depolarizzazione

della cellula si attenuerebbe lungo l’assone dopo pochi millimetri

• Il potenziale d’azione innesca un processo di rigenerazione del segnale

Fibre mieliniche

• La rigenerazione del segnale avviene soltanto nei nodi di Ranvier

• La velocità di propagazione è molto alta

Modello “integra e spara”

Poiché il potenziale d’azione ha una forma stereotipata, viene simulato il solo comportamento sotto-soglia

Dal modello “integra e spara” al modello alla “frequenza media”

Modello “firing rate”

• Se i neuroni hanno attività scorrelata è possibile sostituire agli spike la loro frequenza media

Caratteristica dinamica

Caratteristica statica

(sigmoide)

Caratteristiche di una rete neurale(Rumelhart “The Architecture of the Mind”, 1989)

• a set of processing units;• a state of activation defined over the processing units;• an output function for each unit that maps its state of

activation into an output;• a pattern of connectivity among units;• an activation rule for combining the inputs impinging on a

unit with its current state to produce a new level of activation for the unit;

• a learning rule whereby patterns of connectivity are modified by experience; and

• an environment within which each system must operate

Classificazione delle memorieMemoria: ogni cambiamento del comportamento

indotto dall’esperienza

Il connessionismo e la regola di Hebb

“When two active brain processes have been active together in immediate succession, one of them, on recurring, tends to propagate its excitement into the other” (W. James, 1890)

“When neuron A repeatedly participates in firing neuron B, the strength of the action of A onto B increases” (D. Hebb, 1949)

Apprendimento delle sinapsi

Memoria eteroassociativa

Memoria autoassociativa

Percettrone

Reti a correzione di errore

Reti del tipo WTA

Meccanismo competitivo fra i neuroni• Competizione debole:

migliora il contrasto• Competizione forte: un

solo neurone rimane attivo (the Winner Takes All)

Rete auto-organizzata

Formazione di mappe topologiche

La corteccia somatosensoriale

La corteccia somatosensoriale:

l’omuncolo (Penfield and Bolbrey 1937)

La corteccia somatosensoriale nel macaco

Organizzazione del cervello

I quattro lobi cerebrali con le relative funzioni

La corteccia cerebrale: suddivisione delle parti

Aree associative