Docente
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MATTIA MAURIZIO
(programma)
1. INTRODUZIONE
- Struttura e funzione del sistema nervoso
- Panoramica dei metodi sperimentali in neuroscienze
2. DINAMICA DETERMINISTICA DEI NEURONI
- Attività elettrica nei neuroni; diversità dei canali ionici
- Sinapsi e trasmissione sinaptica
- Potenziale di equilibrio; Equazioni di Nerst e Goldman-Hodgkin-Katz
- Modello di Hodgkin-Huxley; Potenziale d’azione (spike)
- Struttura spaziale dei neuroni: assoni e dendriti
- Teoria del cavo per gli alberi dendritici; cenni ai modelli compartimentali
- Riduzione a due dimensioni del modello di Hodgkin-Huxley; analisi del piano delle fasi
- Cenni di teoria delle biforcazioni e applicazione ai modelli di neuroni bi-dimensionali
- Modelli di neuroni integrate-and-fire (IF) e loro estensioni con adattamento in frequenza
3. DINAMICA STOCASTICA DEI NEURONI
- Variabilità dei treni di spike e loro descrizione come processi di Poisson e di renewal
- Sorgenti di rumore intrinseche ed estrinseche
- Limite di diffusione per il neurone IF; equazione di Fokker-Planck
- Statistica degli intervalli inter-spike; problema del tempo di primo passaggio
- Funzione di guadagno corrente-frequenza del neurone IF in regime stazionario
4. RETI DI NEURONI E ATTIVITÀ DI POPOLAZIONE
- Popolazioni di neuroni
- Teoria di campo medio e dinamica della densità di popolazione
- Sincronia, oscillazioni ed irregolarità dell’attività di popolazione
- Bilanciamento eccitazione/eccitazione
- Dinamica ad attrattori in reti di neuroni IF
- Cenni ad approcci di riduzione dimensionale e rate model
5. MODELLI DI FUNZIONI COGNITIVE
- Modelli di decisione percettiva; competizione tra popolazioni
- Modelli di “memoria di lavoro”; modello di Hopfield
- Cenni ai modelli di plasticità sinaptica e di apprendimento
- Cenni a reti neuronali ricorrenti e reservoir computing
- Cenni di modelli di sequenze temporali
W. Gerstner, W.M. Kistler, R. Naud, L. Paninski, “Neuronal Dynamics”, Cambridge University Press 2014:
Capitolo 2; Cap. 3 (fino al 3.3 incluso); Cap. 4; Cap. 6 (6.1, 6.3.1); Cap. 7 (fino a 7.5.3 incluso); Cap. 8; Cap. 12; Cap. 13 (fino al 13.4 incluso); Cap. 15 (15.1, 15.3); Cap. 16 (16.1, 16.3); Cap. 17; Cap. 18 (18.1, 18.3); Cap. 19; Cap. 20 (20.1).
Saranno inoltre rese disponibili le diapositive delle lezioni e gli articoli rilevanti per aspetti specifici del corso.
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