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Presentation of University Course on Computational Neuroscience

This is an explanation, in Italian, prepared for the university students that wants to know the goals and organisation of the course Neuroscienze Computazionali

Email informale di spiegazione del corso "Neuroscienze computazionali" per studenti universitari italiani.

 

Cari studenti,

Sono un professore a contratto di 42 anni presso la facolta' di psicologia "La Sapienza".
Il motivo per cui vi scrivo e' pubblicizzare il corso
"Neuroscienze Computazionali"
che terro' a partire da circa meta' febbraio secondo le modalita' specificate sotto.
Ho scelto di mandarvi questa email  in quanto non c'e' un modo per comunicare efficacemente agli studenti le cose che seguono.
Vi invito a girare questa email ai vostri amici e colleghi se pensate possano essere interessati al corso!
Scusate se l'email e' lunga: ho pensato che a chi interessa il corso faccia comodo avere queste informazioni date le peculiarita' del corso stesso.

*** Dati tecnici sul corso ***
Vi do prima alcuni dati tecnici sul corso, cosi' alcuni si evitano di leggere il resto se non sono interessati:
* Natura corso: Corso non curriculare della laurea specialistica.
* Afferenza: Universita' di Roma "La Sapienza", Facolta' di Medicina e Psicologia, Settore disciplinare M-PSI/01.
* Crediti: 6 crediti formativi, 48 ore totali di insegnamento (24 lezioni teoriche, 24 laboratorio).
* Orari: da fissare ma molto probabilmente di pomeriggio.
Inizio: da fissare, ma molto probabilmente a meta' febbraio 2012.
* Obiettivi generali del corso: imparare gli scopi ed i modi operativi dell'approccio computazionale allo studio del cervello e del comportamento, imparare a costruire modelli computazionali in prima persona.

 

*** Perche' questo corso ***
Faccio il corso gratis (gia'). Lo faccio perche':
* Il contatto con gli studenti mi arricchisce;
* Credo nell'approccio di ricerca di cui parlo sotto e voglio contribuire a farlo conoscere agli studenti italiani (in Italia e' troppo poco conosciuto ed usato);
* Voglio trovare studenti con potenzialita' da ricercatore con cui collaborare.

 

*** Chi sono *** 
Ho 42 anni, di mestiere faccio il ricercatore presso il CNR, Istituto di Scienze e Tecnologie della cognizione
http://www2.istc.cnr.it/people/gianluca-baldassarre (tra un po' va tolto il 2 dopo www).
Con il mio gruppo di ricerca, chiamato LOCEN (Laboratory of Computational Embodied Neuroscience http://www2.istc.cnr.it/group/locen tra un po' va tolto il 2 dopo www) facciamo ricerca su cervello e comportamento attraverso modelli computazionali e robotici.

 

*** Il metodo di ricerca di cui parlero' nel corso ***
Il metodo di ricerca che utilizziamo, che vorremmo insegnare agli studenti durante il corso, consente di studiare i fenomeni del cervello e del comportamento in un modo interdisciplinare, integrativo, e teorico.
''Interedisciplinare'' in quanto intende studiare cervello e comportamento utilizzando contemporaneamente le conoscenze e gli approcci delle neuroscienze, di psicologia, di intelligenza artificiale, e di informatica.
''Integrativo'' in quanto intende contribuire a costruire quadri unitari del cervello e del comportamento, che spesso vengono studiati in neuroscienze e psicologia "in piccole parti" con una forte attenzione sui dettagli ma con pochi tentativi unificanti delle conoscenze (lo studio dei dettagli e' fondamentale ma non sufficiente) .
''Teorico'' in quanto mira  a capire i principi fondamentali e generali di funzionamento del cervello e del comportamento, rintracciabili nei meccanismi di processamento dell'informazione compiuti dai neuroni e dalle reti neurali del cervello e nel comportamento sensomotorio (vedi sotto).

*** Cosa sono i modelli computazionali e perche' sono utili ***
In concreto, lo studio del cervello e del comportamento con tale impostazione viene fatto esprimendo i principi del loro funzionamento in modo "formale", cioe' sulla base di "modelli computazionali".
I modelli computazionali sono una descrizione dei neuroni e delle reti neurali del cervello attraverso equazioni matematiche che sono poi ''date in pasto'' ad un computer che simula il funzionamento del cervello nel tempo, ad esempio per produrre un certo comportamento studiato in un certo esperimento di psicologia.
L'espressione delle teorie di psicologia e neuroscienze in modo formale ha il grande vantaggio di rendere esplicite, complete, "pubbliche", falsificabili, ed in grado di fare previsioni quantitative precise verificabili in nuovi esperimenti empirici di neuroscienze e psicologia.

*** L'importanza di conoscere l'approccio computazionale ***
All'etero i modelli computazionali sono strumenti sempre piu' utilizzati per esprimere le teorie neuroscientifiche e psicologiche in modo rigoroso: ad esempio, per essere assunti nei migliori dipartimenti di psicologia americani e' diventato importante avere almeno alcune conoscenze interdisciplinari di base sull'approccio computazionale e neuroscientifico allo studio del comportamento.

*** Struttura e finalita' del corso ***
Il corso sara' diviso in due parti: lezioni teoriche e di laboratorio.
Le lezioni teoriche non mireranno a dare nozioni sistematiche su cervello e comportamento (non c'e' tempo; e lo fanno altri corsi) ma a "gettare" gli studenti dentro alcuni temi caldi e di frontiera della ricerca sul cervello e comportamento: lo scopo e' infatti quello di far toccare con mano allo studente cosa significa fare ricerca sul cervello e comportamento con l'approccio della ''embodied computational neuroscience''.

*** Le lezioni di laboratorio *** 
Le lezioni di laboratorio mireranno a rendere lo studente in grado di realizzare semplici modelli computazionali di qualche aspetto del cervello e del comportamento. A questo scopo si insegnera' a programmare in Matlab (che e' anche uno strumento molto importante per l'analisi di dati sperimentali), a costruire alcuni modelli molto importanti di ''reti neurali artificiali'' (i modelli di base con cui puo' essere studiato qualsiasi fenomeno sul cervello e comportamento), ed infine a tradurre una teoria in un modello computazionale. In merito a questo, una buona parte dell'esame finale del corso constera' nella discussione di una tesina su un modello computazionale costruito e studiato da parte dello studente (ma sono ammesse anche tesine compilative per chi non e' interessato a questo o trova difficile realizzare tale modello).

*** Le lezioni teoriche *** 
I temi affrontati nelle lezioni teoriche e pratiche verteranno su alcuni temi tra i piu' importanti tra quelli indagati dalle scienze cognitive:
* la regolazione del comportamento e la generazione dei segnali di apprendimento da parte delle motivazioni (con particolare attenzione all'amigdala, la “centralina delle emozioni”): spesso in psicologia le emozioni e motivazioni vengono trascurate mentre esse hanno un ruolo chiave nell'adattamento degli organismi;
* il comportamento sensomotorio: come indicato sotto tutta la cognizione, anche quella piu' complessa umana, poggia sui meccanismi del comportamento sensomotorio;
* i meccanismi fondamentali dell'apprendimento: i mammiferi superiori nascono con una complessa macchina emozionale e cognitiva in grado di apprendere, ma gran parte dei loro comportamenti effettivi sono appresi durante la vita.

 

*** Il punto di vista dell' ''embodied cognition'' ***
Questi temi verranno tutti studiati “dal basso”, cioe' con un punto di vista che parte dai mammiferi quali ratti e scimmie, piu' che dall'alto, cioe' dal punto di vista della cognizione umana. L'idea e' infatti che i principi fondamentali della cognizione (ad esempio persino il linguaggio e la cognizione numerica) sono condivisi dall'uomo con i mammiferi superiori e si basano sui meccanismi per l'apprendimento e l'espressione del comportamento sensomotorio (principio dell' “embodied cognition”). 
Lo studio di tali principi negli animali ha i vantaggi di:
* fornire dati molto piu' penetranti rispetto a quelli umani, ad esempio dati di fisiologia sui singoli neuroni o dati su lesioni mirate del cervello;
* non essere reso meno trasparente da processi sofisticati quali il linguaggio (ovviamente i dati sull'uomo, quando disponibili ed informativi, sono molto importanti, ad es. i dati sul brain imaging o i dati di alcuni esperimenti di psicologia cognitiva).

 

**** Link ai temi delle lezioni teoriche ed altre informazioni ***
Altri dati specifici sul corso, in particolare sui temi specifici trattati nelle lezioni teoriche, sono forniti qui:
http://www.im-clever.eu/documents/courses/computational-embodied-neuroscience-1