Alvin Liberman aerma: Un risultato comune a tutti gli esperimenti

Introduzione

Gli array di elettrodi corticali sono diventati uno strumento molto utilizzato nella ricerca neuroscientica perchè rendono possibile lo studio dell'attività si- multanea di diversi neuroni in regioni dierenti del cervello. E' infatti impor- tantissimo tenere in considerazione che solo attraverso la conoscenza di attività contemporanee da parte di regioni diverse del cervello è possibile indagare sul suo funzionamento. In neurosiologia si registra, in risposta ad uno stimolo, l'attività neurale di una o più aree corticali che si credono essere coinvolte con il tipo di stimolo fornito. Questo stimolo può essere di varia natura: sico, come un impulso luminoso oppure un suono, o astratto o cognitivo, come l'esercizio della memoria. Ciò che veramente ha importanza è come caratterizzare quan- titativamente la relazione tra lo stimolo e la risposta del singolo neurone o addirittura di un gruppo di neuroni. Anzi, capire come agiscono i neuroni in gruppo può essere indispensabile allo scopo di denire la funzionalità specica di una certa area cerebrale.

Gli animali interagiscono continuamente con oggetti di qualsiasi tipo nello spazio, interagiscono con altri individui manifestando scelte, desideri ed obiet- tivi attraverso azioni motorie, dalle più semplici a quelle più complesse. Sebbene le azioni non costituiscano, in quanto tali, una categoria semantica ci sono in- tellettuali illustri, come Jeannerod, i quali sostengono che il modo migliore per descrivere un atto a qualcun altro consiste nel mostrarlo direttamente. Il prob- lema, in termini losoci, non è di facile interpretazione, quindi ci si limita a sottolineare come vengano usati metri diversi per la descrizione di "oggetti" e di "azioni". Sebbene sia vero che spesso le azioni sono risposte a circostanze esterne, è lecito sostenere, almeno per gli esseri umani, che queste possano avere origine da intenzioni ed obiettivi interni e possano cioè essere simboliche e non correlate a bisogni immediati. Ma, allora, come fanno gli esseri umani a ri- conoscere le azioni attraverso stimoli visivi (o acustici, come il parlato)? E come mai la variabilità tra soggetti, quella cui ci si riferisce con il termine di individualità, non è un problema per il cervello, come lo è per le macchine?

Alvin Liberman aerma: Un risultato comune a tutti gli esperimenti

è che, prima di tutto, non esiste una rappresentazione cogntiva dello

stimolo prossimale che sia indipendente dalla modalità, seguita da

una traduzione in una proprietà distale particolare; al contrario, la

percezione della proprietà distale è immediata, il che signica che il

modulo

ha fatto la parte dicile del lavoro di traduzione...

Liberman, in particolare, iniziò un ciclo di ricerche volte alla realizzazione di una macchina "in grado di capire il linguaggio parlato". Si deve a lui uno dei primi tentativi di concezione di un modello dove azione e percezione fossero con- siderate un tutt'uno. Se l'aermazione di Alvin Liberman fosse vera, e quindi si accettasse che la percezione del parlato e la produzione del medesimo utiliz- zano un repertorio comune di primitive motorie responsabili di gesti articolari, e fosse anche vero che queste vengono attivate nell'ascoltatore durante la fase di percezione, si vericherebbe un fenomeno di "risonanza motoria" evocata dal parlato stesso. Da questa riessione si può estrapolare un principio di entità generale, assumendo che il cervello abbia questo funzionamento per la modalità acustica, è probabile ne adotti uno analogo per quello che compete la modal- ità visiva; in entrambi i casi questo ha bisogno di un sistema "risonante", in grado di coniugare le azioni ascoltate/osservate al repertorio motorio di colui che osserva/ascolta. Per quel che compete il lato psicologico, e che quindi esula dal lavoro svolto in questa tesi, potrebbe risultare molto interessante osservare come un animale dotato di un sistema empatico di questo tipo sarebbe in grado di prevedere automaticamente il futuro dell'evolversi dell'azione di qualcun altro, sulla base del solo inizio della stessa e della conoscenza implicita della sua dinamica.

Recentemente sono state date prove tangibili dell'esistenza di un circuito risonante nel cervello della scimmia (Gallese, Fadiga, Fogassi e Rizzolatti, 1996) e, soprattutto, è stato mostrato come questo sistema sia localizzato in una zona della corteccia premotoria, nella quale i neuroni si attivano tanto in cor- rispondenza di una azione svolta dal soggetto quanto durante la percezione di specici stimoli sensoriali. Ci si riferirà a questi particolari neuroni con il nome

"mirror", chiamati così perchè in qualche modo capaci di riconoscere, e quindi

"rispecchiare", una specica azione. Ancora più recentemente, lo stesso gruppo di ricerca ha sviluppato un paradigma sperimentale molto ecace, potenzial- mente in grado di valutare l'eetto dei mirror sulla strategia motoria da adottare per il "grasping" di un oggetto. I dati neurali studiati in questo lavoro di tesi provengono proprio dal laboratorio di neurosiologia di Parma gestito dal gruppo guidato dal Prof. Rizzolatti e dal Prof. Gallese del laboratorio di neu- rosiologia dell'Università di Parma, e sono i dati registrati con questo preciso paradigma sperimentale. Le registrazioni provengono da aree corticali, sia da F1,

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Il modulo di percezione del linguaggio

che comanda i movimenti relativi a mano e bocca, che da F5, dove sono presenti, insieme ai neuroni "canonici" (scaricano in presenza di un oggetto tridimension- ale, a prescindere che sia richiesto lo svolgimento di un "task", forse in merito alla codica delle sue proprietà intrinseche - dimensione, forma, orientamento), gli interessanti neuroni mirror.

Una scimmia è stata addestrata a prendere gli oggetti che un operatore le porgeva con tre eettori diversi: la mano, una pinza "diretta" ed una "inversa"

(una pinza da escargot); l'idea, che a suo modo è geniale, sta nel fatto che per compiere la stessa azione (il grasping di un oggetto) con la mano e con la pinza

"diretta" le dita compiono una essione, mentre con l'uso della pinza inversa le dita compiono una estensione. In questo modo è pensabile chiarire il fatto che i neuroni di F5 codicano la presa indipendetemente da come viene eseguita.

Un discorso a parte, che elude da qualsiasi obiettivo e risultato di questa tesi, si potrebbe fare poi per la pinza "diretta", che, anche se di uso più facile, è stato introdotto ad esperimento di registrazione già iniziato. Ed in eetti pare che emerga un cambiamento di strategia motoria tra le prime registrazioni e le ultime (a distanza di mesi di addestramento dell'animale).

Questo lavoro di tesi, svolto all'interno del progetto Neurobotics, ha come scopo la realizzazione di un algoritmo di spike sorting. Il progetto Neurobotics si pone come obiettivo la realizzazione di piattaforme cibernetiche (vedi gura1) interfacciabili direttamente con il sistema nervoso. Le scelte fatte nel corso di questa tesi sono state sempre e comunque motivate da questo obiettivo, ovvero sono state utilizzate tecniche tali da essere implementate ecacemente all'interno di queste piattaforme. Inoltre i dati devono essere elaborati in real- time anchè la risposta neurale possa essere utilizzabile per controllare sistemi robotici di questo tipo, infatti, i dati devono essere elaborati in "real-time"

anchè la risposta ad uno stimolo neurale sia tempestiva. In particolare si parlerà di una tecnica di individuazione degli spike, che sfrutta la trasformata wavelet, e della classicazione super-paramagnetica eettuata sulle caratteris- tiche degli eventi, per le quali si ricorrerà nuovamente alla trasformata wavelet.

L'innovazione introdotta non sta tanto nello sviluppo di nuove tecniche, quanto

nel fatto di avere combinato tra loro tecniche innovative nei loro specici settori,

al ne di ottenere un sistema ibrido, completamente automatico, che porti dal

segnale grezzo al sorting degli spike.

Figure 1: Schema concettuale di un sistema bionico ibrido basato sull'uso di

interfacce neurali invasive.