Obiettivi formativi Scopo del corso è quello di fornire una visione aggiornata sui modelli correnti e sulla letteratura più recente nel campo della neurobiologia della memoria
Conoscenza e comprensione
Lo studente:
- Conosce correttamente la terminologia;
- Conosce i modelli principali sulla memoria in uso nella letteratura;
- Conosce i modelli più utilizzati per lo studio della plasticità sinaptica;
- Conosce le tecniche di base per lo studio della memoria e dell’apprendimento.
- conosce i principali circuiti neuronali legati ai processi mnestici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente:
- sa utilizzare correttamente la terminologia;
- sa utilizzare i modelli animali della memoria;
- è in grado di analizzare criticamente un lavoro scientifico e di sviluppare un progetto sperimentale.
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Obiettivi formativi Il corso offre conoscenze teoriche relative alle basi neurofisiologiche dello sviluppo cognitivo e affettivo, ai meccanismi e ai processi che sottendono la neuroplasticità tipica e atipica nelle fasi precoci dello sviluppo e nell’arco di vita, e del ruolo fondamentale che questi processi hanno nello sviluppo e nel mantenimento di stati psicopatologici. Offre inoltre conoscenze avanzate dei meccanismi che partecipano alla neuroplasticità caratteristica dell’ organismo maturo e ai suoi effetti sulle funzioni mentali: in particolare alla plasticità indotta da esperienze di nstress e dai trattamenti riabilitativi e cognitivo7comportamentali, Favorisce, infine, lo sviluppo di conoscenze necessarie ad interpretare i risultati ottenuti dalla ricerca psicobiologica in termini comparati. Queste conoscenze saranno offerte in un ciclo di lezioni frontali (48 ore, 6 CFU) che tratteranno i processi maturativi che si susseguono a partire dallo sviluppo embrionale fino alla tarda adolescenza e alla prima età adulta. Gli eventi maturativi che coinvolgono il sistema nervoso centrale saranno presentati in relazione allo sviluppo cognitivo e affettivo nell’uomo e in altri mammiferi, all’organizzazione della circuitistica cerebrale, ai processi neurobiologici che caratterizzano i periodi critici ei dello sviluppo psicologico, e ai processi neuroplastici che caratterizzano l’apprendimento e l’adattamento disfunzionale ad esperienze avverse e a sostanze psicoattive.
In particolare, lo studente che supera con successo l’esame finale ha acquisito:
1. Una conoscenza avanzata dei processi e dei meccanismi coinvolti nel neurosviluppo in relazione allo sviluppo cognitivo e affettivo[ Conoscenze e comprensione]
2. La capacità di raccogliere dati dalla letteratura scientifica che riporta i risultati della ricerca sperimentale nell’uomo e in atri mammiferi [Conoscenze e Comprensione].
3. Le capacità analitiche, di problem-solving, e di sintesi che permettono di dedurre dai risultati scientifici i processi e i meccanismi attraverso i quali un’interazione costante tra neuro-maturazione ed esperienza determina lo sviluppo cognitivo e affettivo nei primi anni di vita, nell’adolescenza, e nella prima età adulta, e la capacità di applicare queste conoscenze a realtà e contesti nuovi o interdisciplinari [Saper applicare conoscenze e comprensione];
4. L’abilità di sviluppare rapidamente e in modo autonomo conoscenze e competenze in campi di studio nuovi al livello necessario a valutare in modo competente e critico i risultati ottenuti dalla ricerca in questi campi [Autonomia di giudizio];
5. Le abilità necessarie ad ampliare in modo autonomo le proprie conoscenze e competenze
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Obiettivi formativi Generali
Il corso introduce alle teorie, agli approcci ed ai metodi della ricerca sperimentale sull’attività
mentale condotta sull’uomo e sui modelli animali, evidenziando vantaggi e limiti di un approccio
comparato.
Il corso si articola in attività frontali svolte in aula, con la presenza di ricercatori esperti su temi
specifici, e di attività di laboratorio in cui lo studente potrà sperimentare i principali metodi
utilizzati negli studi psicobiologici.
I principali argomenti trattati durante le lezioni frontali son:
Lo sviluppo storico: etologia e psicologia comparata
Filogenesi e ontogenesi a confronto
Lo sviluppo dei modelli animali e i criteri di validazione
Il cervello dei mammiferi: anatomia, neurotrasmissione e morfologia
Lo studio del comportamento animale: le cure parentali, l’attaccamento, l’adattamento, la
comunicazione, l’organizzazione sociale, l’altruismo e la cooperazione, le emozioni, la
motivazione,
Utilizzo dei modelli animali nella psicologia e nella psicopatologia
Modelli animali di interazione gene x ambiente nello studio dell’insorgenza delle
psicopatologie
Tecniche per lo studio del fenotipo comportamentale, neurochimico e morfologico nel
piccolo roditore
Le attività condotte durante il laboratorio sono:
Utilizzo di sistemi per l’analisi del comportamento animale
Utilizzo di sistemi per l’analisi dei neuromediatori ex-vivo (punch) e in-vivo (Microdialisi)
Utilizzo di sistemi per la colorazione di tessuto cerebrale e per l’analisi morfologia
(Neurolucida)
Lab meeting di conclusione corso e presentazione delle attività svolte con ppt finale
Specifici
Conoscenze e capacità di comprensione:
Conoscenze avanzate sui temi emergenti, sul valore traslazionale e sui limiti della ricerca condotta
sui modelli animali delle patologie umane.
Conoscenza e comprensione dei principi di base, dei modelli teorici e dei metodi di indagine che si
utilizzano nelle discipline che hanno come oggetto di studio il comportamento animale.
Conoscenza dei principali metodi per la misurazione del comportamento animale, delle principali
tecniche di registrazione automatica del comportamento in natura e in laboratorio.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Capacità di utilizzare le conoscenze acquisite per comprendere i contenuti della letteratura
scientifica che ha come oggetto di studio il comportamento umano attraverso l’utilizzo di modelli
animali.
Capacità di applicare una visione interdisciplinare nello studio di tematiche nuove, diverse e
interdisciplinari.
Capacità di pianificare disegni sperimentali preclinici e di progettare un esperimento per rispondere
a quesiti che riguardano il comportamento animale.
Autonomia di giudizio:
Capacità di valutare in modo critico risultati ottenuti da esperimenti condotti su modelli animali di
psicopatologia.
Capacità di riflettere sulle responsabilità sociali ed etiche collegate all’applicazione della ricerca
preclinica.
Abilità comunicative:
Capacità di riportare in forma scritta e orale i dati raccolti dalla letteratura scientifica in lingua
inglese in modo competente e chiaro.
Capacità di apprendimento:
Capacità di leggere in modo critico e di comprendere un articolo scientifico sul comportamento
animale.
Capacità di perseguire autonomamente conoscenze e competenze trattate nell’insegnamento.
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Obiettivi formativi Obiettivi
I primati non umani - proscimmie, scimmie e scimmie antropomorfe - rappresentano i migliori
modelli animali per risalire alle origini evolutive del comportamento e della cognizione umani.
Questo corso si propone di esplorare le attuali conoscenze su molteplici aspetti del comportamento
dei primati non umani e umani da una prospettiva comparativa.
Tra gli obiettivi principali vi sono: familiarizzare gli studenti con l’utilizzo dei primati non umani
come specie modello nella ricerca comportamentale e cognitiva; incoraggiare gli studenti a
comprendere i vantaggi e gli svantaggi dell’uso dei primati come modelli per indagare le origini
evolutive del comportamento umano; aumentare negli studenti la comprensione del comportamento
umano e delle sue origini evolutive in una prospettiva comparativa, prendendo in esame sia i tratti
considerati unicamente umani sia quelli in comune con altri primati. Gli studenti avranno modo di
acquisire conoscenze sugli sviluppi più recenti delle ricerche sulle origini evolutive del
comportamento umano. Nel corso saranno enfatizzati gli aspetti concettuali, metodologici, empirici
ed etici delle ricerche sui primati non umani. Gli studenti saranno incoraggiati a valutare i pro e i
contro di ricerche osservazionali e sperimentali, in cattività e in condizioni naturali. Gli studenti
saranno familiarizzati con i concetti di controllabilità delle variabili, replicabilità e validità
ecologica dei risultati, saranno incoraggiati a discutere questioni scientifiche ed etiche relative alla
ricerca con i primati non umani e a valutare criticamente lavori scientifici presenti in letteratura,
così da stimolare la loro capacità di formulare ipotesi testabili e sviluppare protocolli sperimentali
efficaci per la raccolta e l’analisi dei dati. Sono necessarie conoscenze di base di psicologia,
psicobiologia e biologia evoluzionistica.
Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione
Conoscenza e capacità di comprensione dei seguenti argomenti riguardanti l’ordine dei Primati: Uso
dei primati come modelli animali nella ricerca comportamentale e cognitiva; Tassonomia,
distribuzione ed ecologia; Evoluzione del sistema nervoso; Percezione visiva e tattile; Percezione
gustativa e olfattiva; Metodi e strumenti per studiare il comportamento e la cognizione dei primati;
Evoluzione delle strutture sociali e dei sistemi di accoppiamento; Neuroendicronologia del
comportamento sessuale; Biologia della riproduzione; Cure parentali; Teoria dell’attaccamento;
Sviluppo sociale e cognitivo; Stress psicosociale; Abilità manuali, uso di strumenti e innovazione;
Attenzione e memoria; Abilità numeriche; Presa di decisione; Apprendimento individuale e sociale;
Autoriconoscimento, teoria della mente ed empatia; Evoluzione della cooperazione; Evoluzione
della comunicazione; Evoluzione del linguaggio; Aspetti etici connessi alla ricerca sui primati non
umani; Aspetti pratici dello svolgimento di attività di ricerca sul comportamento e la cognizione dei
primati non umani.
B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Saper comprendere quali sono i principali approcci sperimentali utilizzati per la ricerca sulle
origini evolutive del comportamento umano;
- Saper comprendere quali sono le questioni ancora aperte relativamente allo studio delle origini
evolutive del comportamento umano;
- Saper comprendere quali sono gli approcci sperimentali più efficaci per affrontare lo studio delle
origini evolutive del comportamento umano;
- Saper comprendere come la ricerca comportamentale e cognitiva sul comportamento dei primati
non umani può permettere la comprensione del comportamento umano.
C) Autonomia di giudizio
- Stimolare l’autonomia di giudizio tramite il pensiero critico, partecipare a dibattiti su questioni
scientifiche e di ricerca, valutare in maniera critica ricerche già pubblicate.
D) Abilità comunicative
- Essere in grado di porre domande e fornire risposte appropriate, riassumere verbalmente e per
iscritto materiale affrontato durante la lezione o nelle letture autonome, presentare oralmente
argomenti e problemi di ricerca, esporre chiaramente e saper giustificare le proprie le idee.
E) Capacità di apprendimento
- Apprendere come identificare nuovi problemi di ricerca da affrontare, formulare ipotesi e scegliere
procedure sperimentali appropriate per sottoporle a verifica;
- Apprendere come usare concetti e terminologie appropriati allo studio delle origini evolutive del
comportamento umano;
- Apprendere come identificare sorgenti di informazione (riviste, libri, autori) nell’ambito degli
studi comportamentali e cognitivi sui primati non umani;
- Apprendere come valutare il comportamento e la cognizione umana in una prospettiva
comparativa, sulla base dell’impiego dei primati non umani come modelli animali.
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Obiettivi formativi Obiettivi formativi
Obiettivi principali
Il corso si propone si propone di fornire agli studenti strumenti avanzati per la progettazione e
l'implementazione di modelli computazionali di neuroni e reti neuronali realistici e dettagliati, allo
scopo di studiare i processi fisiologici e patologici alla base della generazione, trasmissione e
codifica
dell’informazione nel sistema nervoso centrale.
Il corso è progettato per supportare anche gli studenti con conoscenze informatiche limitate,
fornendo loro le competenze necessarie per sviluppare e implementare un modello computazionale,
indipendentemente dal livello di esperienza pregressa nella programmazione.
Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione degli argomenti del programma di seguito descritto.
L’equazione di membrana. Caratteristiche passive e propagazione di segnali nei dendriti. Resistenza
di input di un neurone; costante di tempo della membrana. Download ed utilizzo di ricostruzioni 3D
di neuroni. Introduzione all’ambiente di simulazione NEURON. Interfaccia grafica di NEURON.
Creazione di un neurone e manipolazione delle proprietà passive. Cinetiche di attivazione ed
inattivazione dei canali ionici. La dinamica dei canali durante la generazione di un potenziale
d’azione. Tipi principali di conduttanze ioniche (Na, KA, KDR). Equazioni di Hodgkin-Huxley.
Effetto dei vari canali ionici sui potenziali d’azione e sulla modulazione delle caratteristiche di
firing. Tipi di sinapsi ed espressioni per la conduttanza nei vari casi. Implementazione di una rete di
neuroni. Il ruolo delle correnti ioniche nella modulazione della finestra d’integrazione temporale di
segnali sinaptici. La distribuzione dei canali ionici nei dendriti dei tipi principali di neuroni
piramidali, ed il loro ruolo nella modulazione della propagazione di un potenziale d’azione nei
dendriti. Modelli computazionali per la plasticità sinaptica. Implementazione di regole per la
simulazione della plasticità sinaptica. Ritmi Elettroencefalografici. Processi di sincronizzazione:
ruolo dei collegamenti reciproci e delle oscillazioni subthreshold. Memoria associativa. Il modello
di Hopfield-Brody per il riconoscimento di patterns. Modelli computazionali per simulare malattie
mentali, effetti di droghe, pathways biochimici, e fattori esterni quali i campi elettrici a frequenza di
rete. L’Ippocampo, la retina ed il bulbo olfattivo: struttura, tipi di neuroni e circuiti principali.
B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Acquisire familiarità con strumenti di simulazione specializzati come NEURON,
Sviluppare e implementare modelli matematici che rappresentano il comportamento dei neuroni,
delle sinapsi e delle reti neurali, utilizzando linguaggi di programmazione come NEURON
C) Autonomia di giudizio
Acquisire capacità di giudizio critico attraverso l’analisi dettagliata di lavori scientifici
pubblicati su riviste ad alto impatto e dei relativi modelli computazionali
D) Abilità comunicative
Saper comunicare quanto appreso nel corso della presentazione del lavoro individuale e
dell’esame orale
E) Capacità di apprendimento
Apprendere la terminologia specifica
Collegare in modo logico le conoscenze acquisite
Prerequisiti
Buona conoscenza di base nelle discipline biologiche, familiarità con i principi di base della
programmazione e della teoria dei circuiti elettrici.
Modalità di Svolgimento
Il corso è strutturato in lezioni in aula di 4 ore ciascuna, durante le quali gli studenti saranno guidati
non solo ad approfondire i concetti teorici alla base dei modelli matematici e delle neuroscienze, ma
anche a sviluppare competenze pratiche nella programmazione e implementazione di semplici
modelli computazionali.
Modalità di valutazione
La valutazione dell'apprendimento sarà basata sulla valutazione del lavoro personale dello studente,
che prevede lo studio critico e la presentazione (15 min + 5 min di discussione) di una
pubblicazione scientifica recente e del relativo modello computazionale che approfondisca uno
degli argomenti trattati nel corso o a scelta dello studente. Alla presentazione ed alla discussione del
lavoro personale (che gli studenti Erasmus possono svolgere la presentazione in inglese) seguiranno
almeno due domande orali sugli argomenti teorici e computazionali trattati a lezione.
Per l’attribuzione del voto finale, nella valutazione della prova si terrà conto: del livello di
conoscenza (superficiale, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di tradurre i
concetti teorici in codici computazionali (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben
consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente,
buona, ottima).
Testi
Un testo a scelta tra i seguenti:
Christof Koch (1999). Biophysics of Computation. Oxford: Oxford University Press.
Lytton W.W. (2002). From Computer to Brain: Foundations of Computational Neuroscience.
Berlin: Springer.
Johnston D., Wu S.M. (1995). Foundations of Cellular Neurophysiology. Cambridge, MA: The
MIT Press.
Nicholas T. Carnevale, Michael L. Hines, The NEURON Book, Cambridge Univ. Press, 2006.
(per la parte computazionale)
Si farà riferimento anche a specifici articoli scientifici, che saranno indicati durante le lezioni ed al
materiale didattico distribuito dal docente.
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Obiettivi formativi Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di:
Eseguire programmi Python
Archiviare i dati nei programmi
Utilizzare le funzioni integrate
Rilevare errori di sintassi che si verificano nei programmi
Leggere dati tabulari
Visualizzare e analizzare statisticamente i dati tabulari
Graficare dati biologici
Creare funzioni
Ripetere le azioni con i loop
Operare delle scelte
Determinare dove si sono verificati gli errori
Gestire errori ed eccezioni
Rendere i programmi leggibili
Utilizzare software scritto da altre persone
Riconoscere vari formati di dati per rappresentare i dati della sequenza DNA/RNA
Realizzare in modo indipendente script Python per:
- Leggere dati in sequenza utilizzando moduli Python o BioPython
- Analizzare i file di dati
- Eseguire programmi esterni
- Leggere l'input dalla riga di comando
Descrivere un'ampia gamma di tecniche di machine learning
Riconoscere quale metodo di apprendimento automatico è applicabile a determinati problemi di analisi dei dati
Trasformare i dati biologici per l'applicazione ML. In particolare, trasformare i dati di sequenza in un formato leggibile dal computer per l'input in una pipeline di machine learning
Dati di sequenza biologica pre-elaborazione per l'elaborazione del linguaggio naturale
Creare un modello RF (Random Forest) per classificare un set di sequenze
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