Quale parte di un computer somiglia maggiormente al cervello?
doc-2432
Le operazioni delle singole cellule cerebrali sono ora comprese in modo molto dettagliato, ma il loro modo di cooperare in complessi di milioni di persone non è ancora stato risolto. Modelli recenti in neuroscienze moderne trattano il cervello come un computer biologico, molto diverso in meccanismo da un computer elettronico, ma simile nel senso che acquisisce informazioni dal mondo circostante, lo memorizza, e lo elabora in una varietà di modi, analogamente all' unità centrale di elaborazione (CPU) in un computer.
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doc-2449
La dimensione, tuttavia, non è l' unica differenza: esistono anche differenze sostanziali di forma. Il cervello e il mesencefalo dei mammiferi sono generalmente simili a quelli di altri vertebrati, ma nel proencefalo compaiono differenze drammatiche, notevolmente ampliate e alterate nella struttura. La corteccia cerebrale è la parte del cervello che maggiormente contraddistingue i mammiferi. Nei vertebrati non mammiferi, la superficie del cerebrum è rivestita da una struttura relativamente semplice a tre strati chiamata pallio. Nei mammiferi, il pallio si evolve in una struttura complessa a sei strati chiamata neocorteccia o isocorteccia. Diverse aree ai margini del neocorteccia, tra cui l' ippocampo e amigdala, sono anche molto più estesamente sviluppate nei mammiferi rispetto ad altri vertebrati.
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doc-2462
L' invenzione di computer elettronici negli anni Quaranta, insieme allo sviluppo della teoria dell' informazione matematica, ha portato ad una realizzazione che il cervello può essere potenzialmente inteso come sistemi di elaborazione dell' informazione. Questo concetto ha costituito la base del campo della cibernetica, e alla fine ha dato origine al campo ora noto come neuroscienze computazionali. I primi tentativi di cibernetica furono un po' grezzi in quanto trattavano il cervello essenzialmente come un computer digitale travestito, come per esempio nel libro di John von Neumann del 1958, The Computer and the Brain. Nel corso degli anni, tuttavia, l' accumulazione di informazioni sulle risposte elettriche delle cellule cerebrali registrate dagli animali che si comportano ha spostato costantemente i concetti teorici nella direzione di un crescente realismo.
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doc-8485
È stato un pioniere nell' applicazione della teoria dell' operatore alla meccanica quantistica, nello sviluppo dell' analisi funzionale, membro principale del Progetto Manhattan e dell' Istituto per lo Studio Avanzato di Princeton (come uno dei pochi inizialmente nominati), e una figura chiave nello sviluppo della teoria del gioco e dei concetti di automi cellulari, del costruttore universale e del computer digitale. Ha pubblicato 150 articoli nella sua vita; 60 nella matematica pura, 20 in fisica, e 60 nella matematica applicata. Il suo ultimo lavoro, un manoscritto non finito scritto durante l' ospedale, è stato successivamente pubblicato in forma di libro come Il computer e il cervello.
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doc-2461
Tessuto cerebrale consuma una grande quantità di energia in proporzione al suo volume, così grandi cervelli posto gravi esigenze metaboliche sugli animali. La necessità di limitare il peso corporeo al fine, ad esempio, di volare, ha apparentemente portato alla selezione per una riduzione della dimensione cerebrale in alcune specie, come i pipistrelli. La maggior parte del consumo di energia del cervello va a sostenere la carica elettrica (potenziale della membrana) di neuroni. La maggior parte delle specie di vertebrati dedica tra il 2% e l' 8% del metabolismo basale al cervello. Nei primati, tuttavia, la percentuale è molto più alta - negli esseri umani sale al 20-25%. Il consumo energetico del cervello non varia notevolmente nel tempo, ma le regioni attive della corteccia cerebrale consumano un po' più energia rispetto alle regioni inattive; questo costituisce la base per i metodi funzionali di imaging cerebrale PET, fMRI e NIRS. Il cervello in genere ottiene la maggior parte della sua energia da un metabolismo del glucosio dipendente dall' ossigeno (cioè zucchero nel sangue), ma i chetoni forniscono una fonte alternativa importante, insieme ai contributi di acidi grassi a catena media (acidiprilici ed eptanoici), lattato, acetato ed eventualmente aminoacidi.
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doc-2430
Il cervello è un organo che funge da centro del sistema nervoso in tutti i vertebrati e nella maggior parte degli animali invertebrati. Solo pochi invertebrati come spugne, meduse, schizzi marini adulti e stelle marine non hanno cervello; sono invece presenti reti nervose diffuse o localizzate. Il cervello si trova nella testa, di solito vicino agli organi sensoriali primari per i sensi come la visione, l' udito, l' equilibrio, il gusto e l' olfatto. Il cervello è l' organo più complesso del corpo di un vertebrato. In un uomo tipico, la corteccia cerebrale (la parte più grande) si stima che contiene 15-33 miliardi di neuroni, ciascuno collegato da sinapsi a diverse migliaia di altri neuroni. Questi neuroni comunicano tra loro per mezzo di lunghe fibre protoplasmatiche chiamate assoni, che trasportano treni di impulsi di segnale chiamati potenziali d' azione a parti distanti del cervello o del corpo mirando cellule destinatarie specifiche.
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doc-2451
I cervelli degli esseri umani e di altri primati contengono le stesse strutture dei cervelli di altri mammiferi, ma sono generalmente più grandi in proporzione alla dimensione corporea. Il metodo più ampiamente accettato per confrontare le dimensioni del cervello tra le specie è il cosiddetto quoziente di encefalizzazione (EQ), che tiene conto della non linearità del rapporto cervello-corpo. Gli esseri umani hanno un EQ medio nel range da 7 a 8, mentre la maggior parte degli altri primati hanno un EQ nel range da 2 a 3. I delfini hanno valori superiori a quelli dei primati diversi dagli esseri umani, ma quasi tutti gli altri mammiferi hanno un EQ che è sostanzialmente inferiore.
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doc-952
Il cervello generalmente forma un anello intorno alla faringe (tromba), costituito da una coppia di gangli (centri di controllo locali) sopra e davanti alla faringe, collegati da corde nervose da entrambi i lati della faringe ad un' altra coppia di gangli appena sotto e dietro. I cervelli dei policheti sono generalmente nel prostomium, mentre quelli dei clitelati sono nel peristomium o a volte il primo segmento dietro il peristomium. In alcuni policheti molto mobili e attivi il cervello è ingrandito e più complesso, con sezioni visibili di cervelli, mesencefalo e proencefalo. Il resto del sistema nervoso centrale è generalmente "ladder-like", costituito da una coppia di corde nervose che attraversano la parte inferiore del corpo e hanno in ogni segmento dei gangli accoppiati collegati da una connessione trasversale. Da ogni ganglio segmentale un sistema ramificato di nervi locali penetra nella parete del corpo e poi circonda il corpo. Tuttavia, nella maggior parte dei policheti le due corde nervose principali sono fuse, e nel genere tubo-abitazione Owenia il singolo corda del nervo non ha gangli ed è situato nell' epidermide.
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doc-2444
I cervelli sono più semplicemente confrontati in termini di dimensioni. La relazione tra la dimensione cerebrale, la dimensione corporea e altre variabili è stata studiata in un' ampia gamma di specie di vertebrati. Come regola generale, la dimensione cerebrale aumenta con la dimensione del corpo, ma non in una semplice proporzione lineare. In generale, gli animali più piccoli tendono ad avere cervello più grande, misurato come frazione della dimensione corporea. Per i mammiferi, il rapporto tra volume cerebrale e massa corporea segue essenzialmente una legge di potere con un esponente di circa 0,75. Questa formula descrive la tendenza centrale, ma ogni famiglia di mammiferi se ne discosta in qualche misura, in un modo che riflette in parte la complessità del loro comportamento. Per esempio, i primati hanno cervelli da 5 a 10 volte superiori a quelli previsti dalla formula. I predatori tendono ad avere cervelli più grandi della loro preda, rispetto alle dimensioni del corpo.
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doc-2459
Come effetto collaterale dei processi elettrochimici utilizzati dai neuroni per la segnalazione, il tessuto cerebrale genera campi elettrici quando è attivo. Quando un gran numero di neuroni mostrano un' attività sincronizzata, i campi elettrici che generano possono essere abbastanza grandi da rilevare al di fuori del cranio, utilizzando l' elettroencefalografia (EEG) o la magnetoencefalografia (MEG). Registrazioni EEG, insieme a registrazioni fatte da elettrodi impiantati all' interno del cervello di animali come i ratti, mostrano che il cervello di un animale vivo è costantemente attivo, anche durante il sonno. Ogni parte del cervello mostra una miscela di attività ritmica e non ritmica, che può variare a seconda dello stato comportamentale. Nei mammiferi, la corteccia cerebrale tende a mostrare grandi onde delta lente durante il sonno, onde alfa più veloci quando l' animale è sveglio ma disattento, e caotico-aspetto attività irregolare quando l' animale è attivamente impegnato in un compito. Durante un attacco epilettico, i meccanismi di controllo inibitori del cervello non funzionano e l' attività elettrica sale a livelli patologici, producendo tracce EEG che mostrano grandi onde e modelli di picco non visto in un cervello sano. Legare questi modelli a livello di popolazione alle funzioni computazionali dei singoli neuroni è uno dei punti focali della ricerca attuale in neurofisiologia.
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doc-2452
La maggior parte dell' allargamento del cervello primate deriva da una massiccia espansione della corteccia cerebrale, in particolare la corteccia prefrontale e le parti della corteccia coinvolti nella visione. La rete di elaborazione visiva dei primati comprende almeno 30 aree cerebrali distinguibili, con una complessa rete di interconnessioni. E' stato stimato che le aree di elaborazione visiva occupano più della metà della superficie totale del neocorteccia primate. La corteccia prefrontale svolge funzioni che includono pianificazione, memoria di lavoro, motivazione, attenzione e controllo esecutivo. Prende una proporzione molto più grande del cervello per i primati rispetto ad altre specie, e una frazione particolarmente grande del cervello umano.
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