Computational Neuroscience Group

Dipartimento di Fisica "E.R.Caianiello"

Università di Salerno, Fisciano (SA) Italy

 
Research interests:
Computational Neuroscience
Understanding the principles of cortical dynamics and neural coding,
Role of  spatiotemporal patterns of spikes, plasticity and learning.
Critical dynamics in the brain.
Complex systems like spin glasses and neural network

 

PROGETTI: Silvia Scarpetta e' responsabile locale dell'unità di Salerno del

progetto nazionale  BIOPHYS (applicazioni della fisica teorica alla biologia)

finanziato dall' INFN

 


Tesi disponibili:

Titolo: Fenomeni ciritici nelle reti neurali corticali
Le neuroscienze computazionali sono un campo in grande espansione attualmente, come testimoniato dal progetto “Human Brain  Project” finanziato dall’Unione Europea, e “Brain Initiative” dagli USA. Lo scopo finale è sia di comprendere più a fondo il funzionamento del cervello umano, sia di comprendere i meccanismi alla base di diverse malattie del sistema nervoso, con importantissime ricadute applicative ed economiche.
L'interazione di molte unità semplici spesso fa emergere comportamenti collettivi complessi, che non possono essere facilmente dedotti dal comporamento delle singole unità prese separatamente. Questo e' il caso per esempio delle transizioni di fase ben note in materia condensata.
Anche nel caso delle reti neurali l'interazione tra neuroni può dar vita a comportamenti collettivi complessi.
Negli ultimi anni c’`e stato uno sviluppo enorme delle tecniche sperimentali che permettono di osservare la dinamica di reti di neuroni, in-vivo mediante ad esempio risonanza magnetica, o in-vitro mediante misura del potenziale elettrico, e sono stati evidenziati comportamenti molto complessi.
Ad esempio è stato osservato che l’attività neurale corticale sembra avvenire per scariche prive di una scala caratteristica, come avviene al punto critico di una transizione di fase, in cui si può osservare una struttura non banale a tutte le scale spaziali e temporali e il sistema è auto-somigliante. Sembra che il cervello, per poter rispondere in maniera efficace e flessibile agli stimoli esterni, si debba sempre trovare sul “limite critico” tra una fase di scarsa attività, in cui solo pochi neuroni interagiscono contemporaneamente, e una fase in cui tutta la rete risponde in maniera troppo violenta.
Un altro fenomeno che ha recentemente attratto l'attenzione e' l'osservazione secondo cui alcuni patterns spaziotemporali di scariche neurali esibiti durante la veglia si ripetono durante il sonno con la stessa organizzazione spaziotemporale. Ciò ha fatto pensare che l'organizzazione spaziotemporale delle scariche della popolazione di neuroni, e quindi la precisa distanza temporale tra le scariche, possa rappresentare una codifica  dell'informazione, e il ripetersi dei patterns spaziotemporali potesse essere legato al richiamo delle informazioni immagazzinate come attrattori della dinamica.
 La tesi consisterà nello studio di modelli schematici di reti neuronali, allo scopo di comprendere le dinamiche e i meccanismi che sono alla base del comportamento osservato sperimentalmente.


 
 
 
 
GROUP MEMBERS:
 
RESEARCHER
 
           Dr. Silvia Scarpetta             
 
Graduates student:
Ilenia Apicella
 
 
PAST MEMBERS:
 
Prof. Maria Marinaro 
 
POST DOC   Dr. Masahiko Yoshioka
 
PHD STUDENTS
Dr. Ferdinando Giacco
Dr. Fabrizio Lombardi
 
 
External SCIENTIFIC COLLABORATORS:
  Prof. Anna Esposito                
                Dr. Luca Pugliese                   
 
 
Prof. Lucilla de Arcangelis
                     Prof. Antonio de Candia
 
Our group partecipates in the  INFN project BIOPHYS (national coordinator Michele Caselle, local coordinator S.Scarpetta)
TO61-BIOPHYS: " Biological Application of theoretical physics methods"
The activity of our group inside BIOPHYS in the last few years focus on the use of theoretical physics tools, and in particular statistical mechanics and stochastic models, to modelling a system as complex as the brain. The goal is to investigate processing and imprinting of information in the brain, focusing on cortical dynamics, plasticity and oscillations. Cortical areas indeed play a key role in important functions like those related to the memory.