I ricercatori dell'EPFL utilizzano le reti neurali per studiare la propriocezione, il senso che il cervello utilizza per "conoscere" il movimento e la posizione del corpo
Come fa il tuo cervello a conoscere la posizione e il movimento delle diverse parti del corpo? Il senso è noto come propriocezione ed è qualcosa come un "sesto senso", che ci consente di muoverci liberamente senza guardare costantemente i nostri arti.
La propriocezione coinvolge una complessa rete di sensori incorporati nei nostri muscoli che trasmettono informazioni sulla posizione e sul movimento degli arti al nostro cervello. Tuttavia, si sa poco su come il cervello mette insieme i diversi segnali che riceve dai muscoli.
Un nuovo studio condotto dal dottor Alexander Mathis (1) presso l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ora fa luce sulla questione esplorando come il nostro cervello crea un senso coeso della posizione e del movimento del corpo. Pubblicato su Cell (2), lo studio è stato condotto dai dottorandi Alessandro Marin Vargas, Axel Bisi e Alberto Chiappa, con dati sperimentali di Chris Versteeg e Lee Miller della Northwestern University.
«È opinione diffusa che i sistemi sensoriali dovrebbero sfruttare le statistiche del mondo e questa teoria potrebbe spiegare molte proprietà del sistema visivo e uditivo», afferma Mathis. «Per generalizzare questa teoria alla propriocezione, abbiamo utilizzato simulatori muscolo-scheletrici per calcolare le statistiche dei sensori distribuiti».
L'approccio ha consentito al team di analizzare in modo completo la dinamica in cui le diverse architetture di reti neurali e compiti computazionali influenzano lo sviluppo di rappresentazioni "simili al cervello" delle informazioni propriocettive. Hanno scoperto che i modelli di rete neurale addestrati su compiti che prevedono la posizione e la velocità degli arti erano più efficaci, suggerendo che il nostro cervello dà priorità all'integrazione dell'input distribuito dei fusi muscolari per comprendere il movimento e la posizione del corpo.
La ricerca evidenzia il potenziale della modellizzazione basata sui compiti nelle neuroscienze. A differenza dei metodi tradizionali che si concentrano sulla previsione diretta dell'attività neurale, i modelli guidati dalle attività possono offrire approfondimenti sui principi computazionali alla base dell'elaborazione sensoriale.
La ricerca apre anche la strada a nuovi indirizzi sperimentali nel campo delle neuroscienze, poiché una migliore comprensione dell'elaborazione propriocettiva potrebbe portare a progressi significativi nel campo delle neuroprotesi, con un controllo più naturale e intuitivo degli arti artificiali.
Riferimenti:
(1) Alexander Mathis
Descrizione foto: La propriocezione comunica al cervello lo stato del corpo in base ai neuroni sensoriali distribuiti. Tuttavia, i principi che governano l'elaborazione propriocettiva sono scarsamente compresi. - Credit: Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).