Fenomeni indotti dal rumore in Sistemi Biologici Complessi a Soglia

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

L'UdR III ha progettato vari esperimenti per rivelare l'influenza del rumore nel riconoscimento della specie Nezara Viridula (NV). La comunicazione con suoni emessi da soggetti maschi e femmine, prodotte tramite le vibrazioni
del corpo, è una parte essenziale del richiamo sessuale durante l'accoppiamento. Il meccanismo che permette agli individui dei due sessi di stabilire il contatto sulla stessa pianta è ancora sconosciuto. Osservazioni sulla NV hanno mostrato che i maschi più attivi si avvicinano ad una femmina ferma su una pianta in senso direzionale con comportamento caratteristico di ricerca alle giunzioni dei rami. Negli esperimenti verranno usati maschi sessualmente maturi e femmine di NV allevati in laboratorio.
L'attivita' sperimentale sara' articolata i 5 fasi:

a) Osservazione di coppie di NV su substrato. Lo scopo e' quello di verificare la direzionalità nei meccanismi in base ai quali la NV localizza la fonte delle vibrazioni su un substrato che ha la forma di una Y (gambo piu' due foglie). Le risposte vibratorie dell'insetto saranno monitorate tramite un microfono con membrana a contatto con il substrato nella parte inferiore del gambo. Gli esperimenti saranno condotti sia in assenza, sia in presenza dello stimolo. Stimoli vibratori esterni saranno applicati all'apice di una foglia del
substrato della prova. Gli esperimenti saranno effettuati in una camera anecoica, priva di eco e insonorizzata, alla temperatura ambiente di 22-26°C ed in presenza di luce artificiale.

b) Compilazione del repertorio sonoro di NV. I suoni saranno registrati dal microfono, digitalizzati e memorizzati in un PC e quindi analizzati mediante programmi convenzionali per l'analisi del suono. I suoni della NV riflettono le frequenze caratteristiche delle vibrazioni del corpo dell'insetto; la frequenza dominante dipende direttamente dal rate di contrazione dei muscoli addominali. Gli spettri dei segnali emessi saranno calcolati e paragonati con quelli gia' pubblicati in letteratura dagli stessi ricercatori.

c) Manipolazione digitale. I suoni emessi digitalizzati verranno riprodotti artificialmente ma con rapporto segnale-rumore più basso (SNR), al fine di misurare la soglia di percezione dell'insetto. A questo punto verra' addizionato al segnale sottosoglia un segnale di rumore con intensità variabile, al fine di stabilire le condizioni di segnale e rumore ottimali per la comunicazione fra coppie di NV.

d) generazione di rumore di fondo "realistico". Nella maggior parte degli esperimenti di settore, il rumore additivo è considerato "bianco", cioè con correlazione temporale nulla o molto piccola. Tuttavia, rumore colorato è stato osservato in molti sistemi biologici. Sebbene gli effetti di rumore colorato sulla SR siano gia' stati discussi in letteratura da ricercatori dell'UdR I, la
discussione dell'interazioni fra colore del rumore e frequenza del segnale in input nel contesto di studi biologici è ancora sommaria. Gli esperimenti in c) verranno ripetuti in presenza di un rumore colorato additivo sovrapposto a segnali sottosoglia.

e) Interpretazione dei dati sperimentali. Nonostante le drastiche semplificazioni, il modello di FitzHugh-Nagumo (FHN) riproduce qualitativamente molte proprieta' osservate delle cellule neuronali. Come minimizzare l'effetto delle fluttuazioni in un modello FHN in regime sopra-soglia al fine di diminuire il ritardo della trasmissione delle informazioni esterne nei sistemi di neuroni, è ancora una questione irrisolta. Si procedera' pertanto alla simulazione numerica del modello di FHN con forzante periodica sopra-soglia. Obiettivo immediato, la determinazione dello spettro di frequenza ottimale in cui il tempo di risposta ed il suo scarto quadratico medio siano minimi. Il confronto con i dati ottenuti dagli esperimenti in vivo costituira' percio' il momento di sintesi del progetto di questa UdR.
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva2/24/062/16/08

Fingerprint

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