IL CORPO UMANO Una macchina meravigliosa Graziano Ferrini

Obiettivo del corso Contribuire a migliorare la qualità di vita della terza età, tramite una miglior conoscenza delle caratteristiche anatomo- fisiologiche del proprio corpo, e delle potenziali limitazioni funzionali che possono intervenire con la terza età. In sintesi Conoscersi meglio per vivere meglio

Le 12 Lezioni del corso 1.Il miracolo della stazione eretta 2.Le articolazioni 3.Le analogie fra sistema nervoso e computer 4.L’infiammazione – Leonardo e il corpo umano 5.Età e esercizio fisico: 6.I benefici dell’esercizio fisico 7.Le conseguenze della sedentarietà 8.La programmazione dell’esercizio fisico 9.La misura dell’esercizio fisico. 10.Il controllo dell’esercizio fisico: fattori di rischio 11.I disturbi più diffusi; cause e conseguenze 12.Disturbi più diffusi: comportamenti preventivi e terapeutici.

Lezione n. 3 Le analogie fra sistema nervoso e computer

Contribuire alla comprensione della complessa fisiologia e delle straordinarie funzioni del SN e come possono condizionare la nostra vita Tramite alcune corrispondenze con uno strumento, come il computer, le cui funzioni sono sempre più familiari Come Obiettivo della lezione

Le analogie fra sistema nervoso e computer Partiamo da lontano Anni I primi computer Impropriamente chiamati Cervelli elettronici

Le analogie fra sistema nervoso e computer Perché Cervelli elettronici ? Perché erano in grado di svolgere ad alta velocità sequenze di funzioni aritmetiche ma sopratutto logiche!

Le analogie fra sistema nervoso e computer Ma il sistema nervoso dell’uomo e degli animali superiori può e deve fare ben altro. Ricevere stimoli sensoriali: Tattili, termici, dolorosi, visivi, uditivi, olfattivi, gustativi Produrre azioni motorie: cammino, corsa, azioni con le mani, la parola, e…… il pensiero

I componenti elementari di base Il Semiconduttore E’ il componente elementare di base dei computer, emette o non emette un impulso elettrico (del tipo SI – NO) a seconda del potenziale elettrico ricevuto in entrata Il Neurone E’ la cellula che costituisce il componente elementare del SN capace di emettere un segnale elettrico (tipo Si – NO) a seconda degli impulsi ricevuti Valvole Transistor Microprocessore Le funzioni di milioni di transistor su un unico supporto Neurone Miliardi di neuroni

Le dimensioni Sistema nervoso 100 Giga Neuroni 1 Giga = 1 Miliardo RAM Memoria Centrale 1-10 Giga Byte Hard Disk Giga Byte

La Logica Binaria Computer Sistema nervoso Due soli risultati: No – Si che possono essere declinati con simboli numerici in 0 (zero) e 1 (uno) BIT – Binary digITPotenziale d’azione

La logica binaria Possibilità di ottenere e rappresentare risultati diversi utilizzando solo due simboli: 0 e 1 Esempio di trasformazione della logica binaria in logica decimale

Le combinazioni di “bit” Il Byte E’ la combinazione di Bit necessaria per rappresentare caratteri, cifre e simboli diversi Il Pixel E’ la combinazione di bit necessaria per rappresentare immagini I dendriti del neurone Ricevono la combinazione di impulsi SI – NO richiesti per generare la risposta nervosa

L’alimentazione elettrica E’ del tutto ovvio che nessun computer può funzionare senza alimentazione elettrica, cioè senza la differenza di potenziale fra i due poli che generano il flusso di elettroni necessario per eccitare il transistor Fra l’interno e l’esterno della cellula viene costantemente mantenuta una differenza di potenziale

La ricarica della batteria Se però il computer (come i notebook o gli smartphone) è alimentato a batteria, questa deve essere ricaricata Il mantenimento della differenza di potenziale è assicurato dal continuo apporto di glucosio, che alimenta la “pompa” che deve mantenere la differenza di potenziale

Se manca l’alimentazione Quando è scarica la batteria il computer si spegne; se siamo fortunati, ci da prima un messaggio Se manca l’apporto di glucosio (ischemia) per più di due minuti la cellula nervosa va in “necrosi” cioè muore e non può essere rimpiazzata.

L’orologio interno Il generatore che scandisce i tempi che vanno ad aggiornare l’orologio e la data Il pacemaker naturale del cuore situato nel nodo senoatriale; genera gli impulsi che determinano le contrazioni del muscolo cardiaco, ad un ritmo costante

Il processo evolutivo Oggi computer sempre più potenti e flessibili e compatti grazie al progressivo sviluppo della tecnologia il SN ha dovuto sviluppare funzioni più complesse per rispondere alle esigenze degli organismi superiori Qualche decina di anni Milioni di anni

Il processo evolutivo Per realizzare la potenza e flessibilità dei moderni computer è stato necessario sviluppare componenti sempre più specializzate il SN ha dovuto sviluppare funzioni specializzate per rispondere alle esigenze sensorie e motorie degli organismi superiori

Hardware e complesso neuronale L’hardware del computer; senza i programmi non sa fare nulla; solo la funzione di caricamento dati da un dispositivo esterno Come il sistema nervoso del neonato: anatomicamente completo, ma in grado di svolgere solo le funzioni essenziali per la sopravvivenza

Software e connessioni fra neuroni Il software del computer La sequenza delle istruzioni che, una volta caricate nella RAM permettono di svolgere le varie funzioni Il Software del SN Tutte le capacità (di movimento, di parlare, di pensare) vengono progressivamente acquisite tramite le connessioni attivate con il processo di apprendimento

RAM e corteccia encefalica La RAM E’ la memoria in cui vengono caricati i programmi che permettono di eseguire le varie funzioni (ad es. Word, Foglio Elettronico, ecc) In un certo istante solo alcune delle varie funzioni presenti nella RAM vengono eseguite, in relazione alla richiesta dell’utente La corteccia encefalica E la parte del cervello destinata a ricevere gli stimoli nervosi necessari a svolgere una specifiche funzioni: motoria, sensitiva, visiva, uditiva, del linguaggio ecc. In un certo istante vengono svolte solo le funzioni richieste in quel momento

Aree di Input e di Output Aree di input Zone di RAM verso le quali sono indirizzati i dati provenienti dalle unità di input (tastiera, mouse, scanner, CD) Aree di Output Zone di RAM in cui viene mappata l’immagine digitalizzata da inviare alle unità di Output (monitor, stampante, scanner, CD, unità audio) Corteccia sensitiva Mappatura delle zone corporee da cui ricevere gli stimoli sensoriali e gli input uditivi e visivi Corteccia motoria Mappatura di tutti i muscoli verso cui inviare gli stimoli motori

Le strutture di collegamento Il BUS Componente specializzato da cui transitano tutti i dati dalle unità di input alla CPU e dalla CPU alle unità di output Midollo Spinale + Tronco Encefalico Punto di passaggio obbligato di tutte le afferenze sensitive e di tutte le efferenze motorie

Il portinaio L’unità di controllo del computer Regola e coordina i trasferimenti di istruzioni e dati fra i vari componenti interni ed esterni del computer Il talamo E’ definito il portinaio della corteccia; dal talamo passano tutte le afferenze sensitive e corticali, e dirige il traffico delle stesse efferenze verso le aree corticali destinatarie

La memorizzazione dei programmi Nel computer i programmi vengono di norma memorizzati su memorie accessorie (hard disk, CD Rom ecc), e richiamati nella RAM al momento dell’esecuzione Nel SN i comandi motori necessari per effettuare determinate sequenze di movimenti vengono “salvati” in aree particolari chiamate “gangli della base”

Il pilota automatico I sistemi automatici di controllo Complesso di comandi regolati da un computer per controllare assetto, direzione e velocità Il sistema automatico di programmazione controllo e esecuzione della postura del movimento

Il riconoscimento della parola Software di riconoscimento vocale Area di riconoscimento di Wernike Trasformazione sequenza di frequenze sonore in serie di BIT Ricerca su un dizionario di corrispondenza frequenze - parole Produzione delle sequenze di bit e Byte corrispondenti alle parole Rilevazione sequenza di frequenze sonore e stimoli visivi e tattili Associazione delle frequenze a persone, oggetti, concetti Creazione tabella di corrispondenza frequenze-concetti e oggetti

La produzione della parola Software di produzione vocale Area di produzione della parola di Broca Ricerca su un dizionario di corrispondenza parole-sequenza di bit che determinano l’eccitazione elettromagnetica degli altoparlanti Produzione dei comandi di eccitazione degli altoparlanti Ricerca sulla memoria di associazione fra concetti e sequenze sonore Produzione dei comandi motori richiesti per emettere le parole

Le funzioni mentali superiori Nel sistema nervoso Le funzioni connesse con il controllo del comportamento, della volontà dell’apprendimento e del consolidamento della memoria sono state identificate nel sistema limbico composto da Amigdala e Ippocampo Nel computer ?

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