Neuroni e Reti Neurali

Questo tutorial è dedicato al componente elementare fondamentale per il funzionamento del nostro cervello: il neurone.

Il neurone è una cellula specializzata del sistema nervoso, in grado di trasmettere informazioni attraverso segnali elettrici e chimici. Ha una struttura complessa e distintiva che gli permette di svolgere la sua funzione unica nel corpo. Al centro del neurone si trova il corpo cellulare, o soma, che contiene il nucleo e organelli essenziali per la vita della cellula. Dal corpo cellulare si estendono sottili filamenti chiamati dendriti e un singolo, lungo filamento chiamato assone.

I dendriti funzionano come antenne riceventi, captando segnali chimici da altri neuroni. Questi segnali chimici si legano ai recettori sulla superficie dei dendriti, causando piccole modifiche elettriche nella membrana del neurone. Quando un numero sufficiente di questi segnali viene ricevuto e la somma delle modifiche elettriche raggiunge una certa soglia, il neurone diventa attivo e genera un impulso elettrico noto come potenziale d’azione.

Il potenziale d’azione si propaga lungo l’assone, una struttura tubulare che si estende dal corpo cellulare fino alle sue terminazioni. L’assone funziona come un cavo di trasmissione, portando il segnale elettrico dal corpo cellulare a destinazioni distanti. Gli assoni possono essere molto lunghi, estendendosi per centimetri o addirittura metri in alcuni casi, per collegare diverse parti del corpo o del cervello.

La propagazione del potenziale d’azione lungo l’assone è un processo complesso che coinvolge l’apertura e la chiusura rapida di canali ionici nella membrana dell’assone. Questi canali permettono agli ioni di fluire dentro e fuori la cellula, cambiando il potenziale elettrico attraverso la membrana e spingendo il segnale in avanti. Questo meccanismo assicura che il potenziale d’azione si muova in una direzione sola, dal corpo cellulare verso le terminazioni dell’assone.

Alla fine dell’assone, il segnale elettrico deve essere trasmesso a un’altra cellula, che può essere un altro neurone, una cellula muscolare o una ghiandola. Questo avviene nelle sinapsi, punti di contatto tra la terminazione dell’assone di un neurone e il suo bersaglio. Qui, il potenziale d’azione causa il rilascio di molecole chimiche chiamate neurotrasmettitori, che attraversano lo spazio sinaptico e si legano ai recettori sulla cellula ricevente. Questo, a sua volta, può generare un nuovo potenziale d’azione nella cellula ricevente, propagando così il segnale attraverso il sistema nervoso.

Le Reti Neurali sono programmi software che simulano il comportamento di una rete di neuroni interconnessi.

Il comportamento di un neurone, dal punto di vista della teoria dell’informazione, è molto semplice e può essere simulato da un semplice circuito elettronico, come fece Frank Rosemblatt nel 1958, oppure da una funzione software sviluppata attraverso un linguaggio di programmazione come il Python.



Dallo studio dei neuroni e delle loro interconnessioni nel cervello deriva lo sviluppo nel settore informatico delle Reti Neurali.

Le reti neurali sono modelli computazionali ispirati al funzionamento del cervello umano, progettati per simulare il modo in cui gli esseri umani apprendono e elaborano le informazioni. Sono costituite da unità di elaborazione chiamate neuroni artificiali, che imitano il comportamento dei neuroni biologici nel cervello. Questi neuroni artificiali sono collegati tra loro formando una rete e lavorano in parallelo per risolvere compiti specifici, come il riconoscimento di pattern, l’elaborazione del linguaggio naturale, la previsione di serie temporali, e molto altro.

Il modello di neurone artificiale più noto è il Perceptron proposto per la prima volta da Rosenblatt nel 1958.