2 resultados para Network Modelling
em AMS Tesi di Laurea - Alm@DL - Università di Bologna
Resumo:
La distorsione della percezione della distanza tra due stimoli puntuali applicati sulla superfice della pelle di diverse regioni corporee conosciuta come Illusione di Weber. Questa illusione stata osservata, e verificata, in molti esperimenti in cui ai soggetti era chiesto di giudicare la distanza tra due stimoli applicati sulla superficie della pelle di differenti parti corporee. Da tali esperimenti si dedotto che una stessa distanza tra gli stimoli giudicata differentemente per diverse regioni corporee. Il concetto secondo cui la distanza sulla pelle spesso percepita in maniera alterata ampiamente condiviso, ma i meccanismi neurali che manovrano questa illusione sono, allo stesso tempo, ancora ampiamente sconosciuti. In particolare, non ancora chiaro come sia interpretata la distanza tra due stimoli puntuali simultanei, e quali aree celebrali siano coinvolte in questa elaborazione. Lillusione di Weber pu essere spiegata, in parte, considerando la differenza in termini di densit meccano-recettoriale delle differenti regioni corporee, e limmagine distorta del nostro corpo che risiede nella Corteccia Primaria Somato-Sensoriale (homunculus). Tuttavia, questi meccanismi sembrano non sufficienti a spiegare il fenomeno osservato: infatti, secondo i risultati derivanti da 100 anni di sperimentazioni, le distorsioni effettive nel giudizio delle distanze sono molto pi piccole rispetto alle distorsioni che la Corteccia Primaria suggerisce. In altre parole, lillusione osservata negli esperimenti tattili molto pi piccola rispetto alleffetto prodotto dalla differente densit recettoriale che affligge le diverse parti del corpo, o dallestensione corticale. Ci, ha portato a ipotizzare che la percezione della distanza tattile richieda la presenza di unulteriore area celebrale, e di ulteriori meccanismi che operino allo scopo di ridimensionare almeno parzialmente le informazioni derivanti dalla corteccia primaria, in modo da mantenere una certa costanza nella percezione della distanza tattile lungo la superfice corporea. E stata cos proposta la presenza di una sorta di processo di ridimensionamento, chiamato Rescaling Process che opera per ridurre questa illusione verso una percezione pi verosimile. Il verificarsi di questo processo sostenuto da molti ricercatori in ambito neuro scientifico; in particolare, dal Dr. Matthew Longo, neuro scienziato del Department of Psychological Sciences (Birkbeck University of London), le cui ricerche sulla percezione della distanza tattile e sulla rappresentazione corporea sembrano confermare questa ipotesi. Tuttavia, i meccanismi neurali, e i circuiti che stanno alla base di questo potenziale Rescaling Process sono ancora ampiamente sconosciuti. Lo scopo di questa tesi stato quello di chiarire la possibile organizzazione della rete, e i meccanismi neurali che scatenano lillusione di Weber e il Rescaling Process, usando un modello di rete neurale. La maggior parte del lavoro stata svolta nel Dipartimento di Scienze Psicologiche della Birkbeck University of London, sotto la supervisione del Dott. M. Longo, il quale ha contribuito principalmente allinterpretazione dei risultati del modello, dando suggerimenti sullelaborazione dei risultati in modo da ottenere uninformazione pi chiara; inoltre egli ha fornito utili direttive per la validazione dei risultati durante limplementazione di test statistici. Per replicare lillusione di Weber ed il Rescaling Proess, la rete neurale stata organizzata con due strati principali di neuroni corrispondenti a due differenti aree funzionali corticali: Primo strato di neuroni (il quale d il via ad una prima elaborazione degli stimoli esterni): questo strato pu essere pensato come parte della Corteccia Primaria Somato-Sensoriale affetta da Magnificazione Corticale (homunculus). Secondo strato di neuroni (successiva elaborazione delle informazioni provenienti dal primo strato): questo strato pu rappresentare unArea Corticale pi elevata coinvolta nellimplementazione del Rescaling Process. Le reti neurali sono state costruite includendo connessioni sinaptiche allinterno di ogni strato (Sinapsi Laterali), e connessioni sinaptiche tra i due strati neurali (Sinapsi Feed-Forward), assumendo inoltre che lattivit di ogni neurone dipenda dal suo input attraverso una relazione sigmoidale statica, cosi come da una dinamica del primo ordine. In particolare, usando la struttura appena descritta, sono state implementate due differenti reti neurali, per due differenti regioni corporee (per esempio, Mano e Braccio), caratterizzate da differente risoluzione tattile e differente Magnificazione Corticale, in modo da replicare lIllusione di Weber ed il Rescaling Process. Questi modelli possono aiutare a comprendere il meccanismo dellillusione di Weber e dare cos una possibile spiegazione al Rescaling Process. Inoltre, le reti neurali implementate forniscono un valido contributo per la comprensione della strategia adottata dal cervello nellinterpretazione della distanza sulla superficie della pelle. Oltre allo scopo di comprensione, tali modelli potrebbero essere impiegati altres per formulare predizioni che potranno poi essere verificate in seguito, in vivo, su soggetti reali attraverso esperimenti di percezione tattile. E importante sottolineare che i modelli implementati sono da considerarsi prettamente come modelli funzionali e non intendono replicare dettagli fisiologici ed anatomici. I principali risultati ottenuti tramite questi modelli sono la riproduzione del fenomeno della Webers Illusion per due differenti regioni corporee, Mano e Braccio, come riportato nei tanti articoli riguardanti le illusioni tattili (per esempio The perception of distance and location for dual tactile pressures di Barry G. Green). Lillusione di Weber stata registrata attraverso loutput delle reti neurali, e poi rappresentata graficamente, cercando di spiegare le ragioni di tali risultati.
Resumo:
Linterazione che abbiamo con lambiente che ci circonda dipende sia da diverse tipologie di stimoli esterni che percepiamo (tattili, visivi, acustici, ecc.) sia dalla loro elaborazione per opera del nostro sistema nervoso. A volte per, lintegrazione e lelaborazione di tali input possono causare effetti dillusione. Ci si presenta, ad esempio, nella percezione tattile. Infatti, la percezione di distanze tattili varia al variare della regione corporea considerata. Il concetto che distanze sulla cute siano frequentemente erroneamente percepite, stato scoperto circa un secolo fa da Weber. In particolare, una determinata distanza fisica, percepita maggiore su parti del corpo che presentano una pi alta densit di meccanocettori rispetto a distanze applicate su parti del corpo con inferiore densit. Oltre a questa illusione, un importante fenomeno osservato in vivo rappresentato dal fatto che la percezione della distanza tattile dipende dallorientazione degli stimoli applicati sulla cute. In sostanza, la distanza percepita su una regione cutanea varia al variare dellorientazione degli stimoli applicati. Recentemente, Longo e Haggard (Longo & Haggard, J.Exp.Psychol. Hum Percept Perform 37: 720-726, 2011), allo scopo di investigare come sia rappresentato il nostro corpo allinterno del nostro cervello, hanno messo a confronto distanze tattili a diverse orientazioni sulla mano deducendo che la distanza fra due stimoli puntuali percepita maggiore se applicata trasversalmente sulla mano anzich longitudinalmente. Tale illusione nota con il nome di Illusione Tattile Orientazione-Dipendente e diversi risultati riportati in letteratura dimostrano che tale illusione dipende dalla distanza che intercorre fra i due stimoli puntuali sulla cute. Infatti, Green riporta in un suo articolo (Green, Percpept Pshycophys 31, 315-323, 1982) il fatto che maggiore sia la distanza applicata e maggiore risulter leffetto illusivo che si presenta. Lillusione di Weber e lillusione tattile orientazione-dipendente sono spiegate in letteratura considerando differenze riguardanti la densit di recettori, gli effetti di magnificazione corticale a livello della corteccia primaria somatosensoriale (regioni della corteccia somatosensoriale, di dimensioni differenti, sono adibite a diverse regioni corporee) e differenze nella dimensione e forma dei campi recettivi. Tuttavia tali effetti di illusione risultano molto meno rilevanti rispetto a quelli che ci si aspetta semplicemente considerando i meccanismi fisiologici, elencati in precedenza, che li causano. Ci suggerisce che linformazione tattile elaborata a livello della corteccia primaria somatosensoriale, riceva successivi step di elaborazione in aree corticali di pi alto livello. Esse agiscono allo scopo di ridurre il divario fra distanza percepita trasversalmente e distanza percepita longitudinalmente, rendendole pi simili tra loro. Tale processo assume il nome di Rescaling Process. I meccanismi neurali che operano nel cervello allo scopo di garantire Rescaling Process restano ancora largamente sconosciuti. Perci, lo scopo del mio progetto di tesi stato quello di realizzare un modello di rete neurale che simulasse gli aspetti riguardanti la percezione tattile, lillusione orientazione-dipendente e il processo di rescaling avanzando possibili ipotesi circa i meccanismi neurali che concorrono alla loro realizzazione. Il modello computazionale si compone di due diversi layers neurali che processano linformazione tattile. Uno di questi rappresenta unarea corticale di pi basso livello (chiamata Area1) nella quale una prima e distorta rappresentazione tattile realizzata. Per questo, tale layer potrebbe rappresentare unarea della corteccia primaria somatosensoriale, dove la rappresentazione della distanza tattile significativamente distorta a causa dellanisotropia dei campi recettivi e della magnificazione corticale. Il secondo layer (chiamato Area2) rappresenta unarea di pi alto livello che riceve le informazioni tattili dal primo e ne riduce la loro distorsione mediante Rescaling Process. Questo layer potrebbe rappresentare aree corticali superiori (ad esempio la corteccia parietale o quella temporale) adibite anchesse alla percezione di distanze tattili ed implicate nel Rescaling Process. Nel modello, i neuroni in Area1 ricevono informazioni dagli stimoli esterni (applicati sulla cute) inviando quindi informazioni ai neuroni in Area2 mediante sinapsi Feed-forward eccitatorie. Di fatto, neuroni appartenenti ad uno stesso layer comunicano fra loro attraverso sinapsi laterali aventi una forma a cappello Messicano. E importante affermare che la rete neurale implementata principalmente un modello concettuale che non si preme di fornire unaccurata riproduzione delle strutture fisiologiche ed anatomiche. Per questo occorre considerare un livello astratto di implementazione senza specificare unesatta corrispondenza tra layers nel modello e regioni anatomiche presenti nel cervello. Tuttavia, i meccanismi inclusi nel modello sono biologicamente plausibili. Dunque la rete neurale pu essere utile per una migliore comprensione dei molteplici meccanismi agenti nel nostro cervello, allo scopo di elaborare diversi input tattili. Infatti, il modello in grado di riprodurre diversi risultati riportati negli articoli di Green e Longo & Haggard.
