Angelo MARCELLI | Progetti

MODELLI NEUROCOMPUTAZIONALI DELL'APPRENDIMENTO MOTORIO

Con riferimento ai correlati neurali del sistema descritto in fig. 1, si osserva che:il primo livello coinvolge i sistemi sensoriali e quelli per l'esecuzione del movimento, ed i meccanismi neurali che realizzano le associazioni innate sono noti e consolidati;il secondo livello coivolge i sistemi del primo livello ed il cervelletto, che svolge un ruolo di primaria importanza nell'apprendimento di nuove associazini stimolo-risposta;il terzo livello include il sottosistema per la selezione delle azioni, attraverso i gangli della base ed un sistema di valori che misura l'efficacia del movimento.In questa rappresentazione, la restante parte della corteccia viene modellata come una rete completamente associativa tra le rappresentazioni di alto livello del mondo (percezione) e il repertorio di movimenti che possono essere eseguiti (azioni). In questo progetto si intende concentrare l'attenzione sui meccanismi di apprendimento che intervengono nei diversi livelli della gerarchia descritta in precedenza. Con riferimento ai riflessi acquisiti, e considerato che il correlato neurale dei meccanismi di apprendimento e' unanimemente riconosciuto nel cervelletto, e partendo dal modello computazionale del cervelletto sviluppato dal gruppo di ricerca nell'ambito del progetto "Modelli neurocomputazionali dell'esecuzione di movimenti volontari" sara' analizzato il ruolo che i meccanismi di plasticita' sinaptica svolgono nell'apprendimento e successiva memorizzazione di riflessi condizionati. Successivamente il modello sara' esteso per includere i gangli della base, il talamo e l'oliva inferiore per analizzare l'interazione tra il cerveletto e queste strutture nelle selezioni delle azioni che andranno a comporre la strategia motoria dell'individuo per l'esecuzione di un movimento volontario (fig.3).$IMM_PER_0003Con riferimento ai movimenti volontari, verra' sviluppato un modello neurocomputazionale della VTA e dell'Amigdala, nonche delle aree cerebrali coivolte nella elaborazione dei segnali di reward/punishments per comprendere le modalita' attrverso le quali determinati stimoli, inizialmente neutri, possono assumere la funzione di reward/punishment nell'apprendimento dei movimenti volontari, e le modalita' con le quali il meccanismo di apprendimento viene implementato a livello neurale (fig.4).$IMM_PER_0004Si procedera' quindi alla validazione del modello confrontando i tempi di apprendimento del modello con quelli ottenuti da soggetti umani nel corso di un esperimento di apprendimento di sequenze di movimenti volontari. I modelli computazionali che saranno sviluppati nell'ambito del progetto saranno infine utilizzati per comprendere gli effetti di alcune patologie neurodegenerative del sistema cognitivo-motorio, quali la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson, sulla produzione della scrittura e l'eventuale correlazione tra le alterazioni e l'evoluzione della patologia, con particolare riferimento ai primi stadi di sviluppo.