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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 6 - 24 giu 2015
ISSN 2037-4801

Vita CNR   a cura di Francesca Gorini

Salute

'Spiky' mostra come funzionano i neuroni

Come 'decide’ il nostro cervello? Come riesce a rappresentare gli stimoli dell’ambiente o a mettere in atto un’azione motoria? Per dare una risposta a questi interrogativi il Laboratorio di neuroscienze computazionali dell’Istituto dei sistemi complessi (Isc) del Cnr di Sesto Fiorentino sta studiando questi processi dal 2004.

Il Laboratorio in cui operano sette ricercatori, sia italiani sia stranieri, è impegnato nell’indagine della dinamica delle reti neurali complesse e sviluppa metodi innovativi per l'analisi delle 'serie temporali’ ottenute da esperimenti su circuiti neuronali. Ricerche che oggi possono contare su uno strumento in più, un’innovativa interfaccia grafica chiamata 'Spiky’, che riunisce in un unico sistema user-friendly le più recenti metodologie per l’analisi delle serie temporali neurali. “Per serie temporale neurale si intende la sequenza di impulsi che caratterizza l’attività di un neurone. L’interfaccia 'Spiky’ prova a decifrare il 'codice neuronale’ cioè il processo per cui il nostro cervello nel giro di pochi secondi agisce, reagisce e prende decisioni”, spiega il coordinatore Alessandro Torcini dell’Isc-Cnr. 

'Spiky’, che dispone anche di una pagina Facebook e un canale Youtube consultabili rispettivamente su www.facebook.com/SPIKYgui e www.youtube.com/user/SPIKYgui1, è stato sviluppato dal gruppo di 'Data Analysis’ coordinato da Thomas Kreuz, neuroscienziato computazionale di origine tedesca, in Italia da oltre dieci anni. "Spiky è stato messo a punto per serie neuronali, ma è applicabile a ogni serie temporale di eventi: dai rimbalzi di un pallone da basket sul campo da gioco al tempo di arrivo dei fotoni”, precisa il ricercatore.

Il risultato segue altri importanti contributi per la comprensione del funzionamento delle reti neuronali, come una recente scoperta, ispirata da misure sperimentali dell’attività dell’ippocampo. “Abbiamo riscontrato che la dinamica dei circuiti neuronali dipende da piccoli gruppi di neuroni, o cliques funzionali, che, pur non presentando connessioni sinaptiche dirette fra loro, sono in grado di attivarsi secondo un ordine temporale prestabilito, mettendo in atto una sequenza di attivazioni propedeutica alla sincronizzazione su grande scala della rete neurale”, aggiunge il ricercatore. “In particolare, abbiamo visto che agendo su uno solo di questi neuroni si possono bloccare le oscillazioni sincronizzate di tutta la rete: un elemento che, in futuro, potrebbe permetterci di controllare i processi di sincronizzazione anomala che si verificano in presenza di gravi malattie neurodegenerative come epilessia e morbo di Parkinson”. 

La struttura di Sesto Fiorentino, che dal 2010 è riconosciuta come polo del Laboratorio congiunto italo-israeliano sulle neuroscienze, istituito dal ministero degli Affari esteri, è anche un importante centro di formazione avanzata. “Siamo fortemente coinvolti nella formazione di nuove figure professionali grazie a progetti finanziati dal programma 'Marie Curie’ della Commissione Europea, che ci consentono la partecipazione a network internazionali quali il 'Neural Engineering  Transformative Technologies’, con 18 soggetti coinvolti fra università, centri di ricerca e compagnie private, e l’'European Joint Doctorate Complex Oscillatory Systems: Modeling and Analysis’, che riunisce diversi atenei europei per il rilascio di titoli di dottorato congiunti su tematiche relative alle reti complesse. Abbiamo poi frequenti visite di ricercatori da tutto il mondo, che rendono il laboratorio un luogo di attrazione e di scambio a livello internazionale”, conclude Torcini

Fonte: Alessandro Torcini, Istituto dei Sistemi Complessi, tel. 055/5226670 , email alessandro.torcini@cnr.it -

Per saperne di più: - neuro.fi.isc.cnr.it/