Come il cervello può imparare diverse melodie
Johanni Brea, Walter Senn e Jean-Pascal Pfister dell'Istituto di Fisiologia dell'Università di Berna propongono sul "Journal of Neuroscience" un modello matematico che estende la cosiddetta regola di apprendimento di Hebb per la programmazione delle connessioni nervose nel cervello.
Il punto di partenza della teoria dei ricercatori bernesi è la distinzione tra neuroni di primo piano e di sfondo. I neuroni in primo piano rappresentano i modelli di attivazione predeterminati da una sequenza, nel caso di una melodia dall'attività in primo piano dei neuroni uditivi. Mentre la sequenza ha luogo nei neuroni in primo piano, anche i neuroni di sfondo sono attivi in un ordine inizialmente casuale. Questi ultimi imparano a supportare la sequenza di attività in primo piano.
Secondo la regola di Hebb, le connessioni tra neuroni attivati in immediata successione si rafforzano ("fire together, wire together"). Tuttavia, le connessioni sinaptiche con i neuroni di sfondo non devono essere adattate in base a questa regola, perché altrimenti le sequenze inizialmente casuali e possibilmente errate diventeranno "bruciate" nei neuroni di sfondo.
"Secondo il nostro modello, i cambiamenti sinaptici sono modulati da un segnale che stima l'effetto dell'attività di fondo sull'attività in primo piano", spiega l'ultimo autore Jean-Pascal Pfister: "Se l'attività di fondo attuale ha un effetto di sostegno, viene applicata la regola di apprendimento di Hebb originale - altrimenti il segno della regola di apprendimento viene invertito e la connessione dei neuroni attivati in sequenza viene indebolita".
"Nel caso della melodia, ciò significa che l'attività di sottofondo che potrebbe innescare una continuazione anticipata o errata della melodia viene soppressa all'interno della pausa", aggiunge Pfister.
Il modello dei ricercatori di Berna fa previsioni direttamente testabili sperimentalmente. Secondo Pfister, è possibile determinare sperimentalmente in che modo i segnali sovraordinati adattano le connessioni sinaptiche.
Articolo originale:
Johanni Brea, Walter Senn e Jean-Pascal Pfister: Corrispondenza tra memorizzazione e richiamo nell'apprendimento di sequenze con reti neurali spiking. The Journal of Neuroscience, 5 giugno 2013, 33(23): 9565-9575; doi: 10.1523/JNEUROSCI.4098-12.2013
