Ricerca | Progetti Finanziati

FENOMENI CRITICI NELLE RETI NEURALI

Abbiamo in programma di studiare i meccanismi delle criticalità osservata nel cervello utilizzando un semplice modello di rete con neuroni leaky-integrate-and-fire e connessioni plastiche. Noi applichiamo una procedura di apprendimento delle connessioni che imita la plasticità neurale e forma la connettività strutturata della rete. Risultati preliminari mostrano che caratteristiche molto interessanti e promettenti appaiono nelle dinamiche, con isteresi e fenomeni precursori caratterizzati da invarianza di scala. Inoltre, abbiamo recentemente iniziato a lavorare su una rete di non-lineare oscillatori elettronici che mostrano diversi aspetti tipici delle dinamiche neurali. Abbiamo studiato un semplice rete elettronica costituita da lampadine a incandescenza, un tipo comune di lampadina a neon-argon, accoppiate, tramite condensatori, in un reticolo quadrato bidimensionale. Troviamo che il sistema può essere metastabile rispetto alla transizione tra due fasi dinamiche aventi differenti gradi di ordine spazio-temporale. Vicino ai punti Spinodali, che denotano il limite di esistenza degli stati metastabili, troviamo una struttura temporale frattale e valanghe di attività, la cui dimensione e durata e' distribuita secondo legge a potenza con esponenti 3/2 e 2, come si osserva pure nelle reti neurali corticali. Nonostante le profonde differenze tra il sistema elettronico e le reti neurali, per dimensioni, topologia e natura, molte caratteristiche critiche si sovrappongono molto bene con le registrazioni neurali biologiche, quindi questo studio sul reticolo di lampadine è sicuramente prezioso come spunto per la realizzazione fisica elettronica di modelli di reti neurali con criticalità. Alcuni risultati preliminari sono stati pubblicati nel lavoro accettato per la pubblicazione su CHAOS (Scarpetta Minat et al accettato per la pubblicazione Chaos 2016).