I collegamenti neurali e la loro intensita’

I collegamenti neurali e la loro intensita’

04 settembre 2018

Uno studio di reti neurali ha dimostrato che è la struttura delle ramificazioni dendritiche a
determinare una caratteristica universale del cervello umano, ovvero l’ampia gamma d’intensità delle
sinapsi che collegano tra loro i neuroni (red)

da lescienze.it/news

I neuroni, le cellule che costituiscono il tessuto nervoso, condividono tutti un’unica struttura di
base, costituita da un corpo cellulare, o soma, che contiene il nucleo, e da prolungamenti che
possono essere di due tipi: gli assoni – uno per ogni neurone – che conducono il segnale nervoso dal
soma verso altri neuroni, e i dendriti, che conducono il segnale, proveniente da un altro neurone
verso il soma. La connessione tra neuroni è garantita dalle sinapsi, che possono collegare gli
assoni di un neurone con i dendriti, l’assone o il soma di un altro neurone.

Secondo un paradigma ritenuto valido per molti decenni, il processo di apprendimento sarebbe da
attribuire in massima parte proprio alle sinapsi, che possono rafforzarsi o indebolirsi, in modo
plastico, a seconda delle necessità cognitive del cervello. Ido Kanter e colleghi della Bar-Ilan
University, in Israele, propongono invece un modello diverso, che hanno battezzato apprendimento
dendritico. In un articolo pubblicato su “Scientific Reports”, il gruppo dimostra, sulla base di
simulazioni condotte nell’ambito teorico delle reti neurali, che proprio l’apprendimento dendritico
è alla base di una caratteristica generale comune a tutti i cervelli umani, e cioè l’ampia gamma
d’intensità delle sinapsi.

L’idea dell’apprendimento dendritico, avanzato per la prima volta in un articolo pubblicato a marzo
di quest’anno sempre su “Scientific Reports”, si può capire considerando che ogni neurone raccoglie
segnali da diversi rami dendritici e invia segnali attraverso il suo unico assone, e che il sistema
di collegamenti cerebrali è definito da una gerarchia costituita dai seguenti livelli: neuroni di
input, assoni, sinapsi, dendriti e neurone di output. La mappa complessiva delle connessioni
cerebrali è l’esito dell’attività cerebrale spontanea e casuale del cervello, oppure può essere
determinata da una significativa attività di apprendimento.

Il precedente lavoro di Kanter e colleghi aveva dimostrato che la dinamica propria
dell’apprendimento dipende in modo cruciale dal livello gerarchico dei dendriti, da cui il nome di
apprendimento dendritico. Il nuovo studio dimostra che il livello dei dendriti è responsabile
dell’ampia gamma d’intensità che può avere una sinapsi e del fatto che la quota di collegamenti
forti e deboli rimanga, nel complesso, pressoché costante nel tempo, anche se ciascuna sinapsi può
variare notevolmente d’intensità.

Un’altra peculiarità universale dei collegamenti neurali, sottolineano i ricercatori, è che le
sinapsi forti si attivano in un tempo brevissimo, mentre quelle deboli in un tempo più lungo.

Complessivamente, il risultato determina nuovi scenari per lo studio teorico delle reti neurali che
potrebbe portare a nuove e interessanti applicazioni d’intelligenza artificiale.

dx.doi.org/10.1038/s41598-018-31523-1

www.nature.com/articles/s41598-018-23471-7