Le reti neurali sono costituite da neuroni fortemente interconnessi

Nel regno animale, la struttura del cervello dipende da reti neurali complesse. Queste reti consentono ai neuroni di inviarsi e ricevere informazioni tra loro. I neuroni, cioè le cellule del sistema nervoso, sono gli elementi base del sistema nervoso Sistema nervoso. Queste sono cellule specializzate responsabili della trasmissione degli impulsi nervosi.

Al centro di questa rete di neuroni, un piccolo numero di neuroni condivide connessioni molto più forti di tutti gli altri neuroni. Queste forti connessioni svolgono un ruolo importante nel funzionamento del cervello.

Il cervello è un organo complesso. Sta diventando sempre più conosciuto, ma ci sono ancora molte zone grigie riguardo al suo operato. Ad esempio, gli scienziati ancora oggi si chiedono come le reti di neuroni siano in grado di riorganizzarsi per formare connessioni così forti e rare. Si chiedono anche se questo processo sia specifico della specie o governato da un principio comune. In uno studio pubblicato su Fisica della naturaCSA queste domande stanno cercando di dare una risposta i ricercatori americani delle università di Chicago, Harvard e Yale.

Per cercare di comprendere queste connessioni molto forti tra i neuroni possiamo provare a prendere l’esempio di un social network: alcune connessioni sono un po’ come quelle che abbiamo con i nostri migliori amici o anche con i nostri familiari. Sono molto più forti di altri e sono anche molto importanti.

Grazie ai progressi nella microscopia e nell’imaging, gli scienziati hanno le tecniche per osservare più da vicino come avvengono queste potenti connessioni neurali.

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Un modello matematico per confrontare le connessioni neurali tra le specie

Durante questo studio, gli scienziati hanno notato che alcuni neuroni si collegavano tra loro per formare reti neurali con connessioni più forti di altre (Fonte: Romanova Natali/Shutterstock)

I ricercatori hanno analizzato grandi quantità di dati e studi sulle connessioni neurali in molti animali tra cui il moscerino della frutta o il moscerino della frutta, i topi, Alcuni tipi sono elegantiÈ un verme non parassita che misura solo pochi millimetri Platinieris DumerelliVerme marino anellide.

Tutti questi dati sono stati raccolti mediante microscopia elettronica in modo da poter effettuare confronti tra le specie. Utilizzando tecniche di elaborazione delle immagini ad alto rendimento, gli scienziati sono stati in grado di confrontare le reti neurali e cercare somiglianze e differenze riguardo a queste forti connessioni.

Il gruppo di ricerca ha creato un modello matematico per descrivere come credono che le connessioni tra i neuroni potrebbero essere riorganizzate ad un certo punto per sviluppare queste forti connessioni.

Questo modello matematico utilizzato dai ricercatori si basa su un meccanismo neuroscientifico vecchio di decenni noto come regola di Hebb o teoria del clustering neuronale.

Questa regola utilizzata nelle neuroscienze e come concetto per le reti neurali in matematica è stata creata nel 1949 da Donald Mucchio (1904-1985), neuropsicologo canadese. Questo è un concetto relativamente complesso che descrive i cambiamenti adattivi in ​​una rete neurale durante il processo di apprendimento. Tuttavia, possiamo riassumerlo così: i neuroni che si attivano insieme si collegano tra loro, o ancora, i neuroni che si attivano insieme si collegano insieme.

I risultati ottenuti hanno permesso agli scienziati di dimostrare che la plasticità di Hebb porta i neuroni a creare connessioni neurali molto forti, che hanno osservato studiando diverse specie di animali.

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Un modello di comunicazione neurale che si applica a tutte le specie

I ricercatori hanno evidenziato anche una seconda caratteristica fondamentale della struttura delle reti neurali: la tendenza dei neuroni a formare gruppi strettamente connessi.

Il modello dei ricercatori si basa sulla premessa che i neuroni si riorganizzano e comunicano secondo una miscela di… Plasticità De HpMa anche dinamiche casuali. Questo modello ha dimostrato di essere applicabile a tutte le specie, dimostrando come principi semplici e generali di auto-organizzazione cellulare possano in definitiva creare connessioni molto potenti e reti strettamente interconnesse che si trovano nel cervello.

I risultati indicano che la formazione delle reti neurali non dipende da meccanismi specie-specifici, ma è soggetta ad un semplice meccanismo di auto-organizzazione.

Questi studi e le nuove conoscenze che ne derivano possono fornire una base importante per lo studio della struttura del cervello in altre specie animali. Questi risultati potrebbero aiutare a comprendere meglio come funziona il cervello umano.

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fonte :

Lynn, CW, Holmes, CM & Palmer, SE, “La connettività neurale a coda pesante emerge dall'auto-organizzazione hebbiana”. natura. Fisica(2024), https://doi.org/10.1038/s41567-023-02332-9