Gli scienziati del NIH hanno scoperto come una serie di onde del cervello ad alta frequenza può
aiutarci a stabilire inconsciamente aspettative del mondo che ci circonda e sapere quando qualcosa è
diverso confrontando i ricordi del passato con le esperienze presenti.
Immagina di essere seduto sul divano del tuo soggiorno a leggere. Lo fai quasi ogni giorno. Ma poi,
all’improvviso, quando guardi in alto ti accorgi che questa volta qualcosa è diverso. La tua foto
preferita appesa al muro è leggermente inclinata. In uno studio che ha coinvolto pazienti con
epilessia, gli scienziati del National Institutes of Health hanno scoperto come un insieme di onde
cerebrali ad alta frequenza può aiutarci a individuare questo tipo di differenze tra il passato e il
presente.
Il dottor Kareem Zaghloul, MD, Ph.D., (1) ricercatore principale presso l’Istituto nazionale di
disturbi neurologici e ictus (NINDS) del NIH e autore senior dello studio pubblicato su Nature
Communications, (2) sostiene che «I nostri risultati suggeriscono che ogni esperienza che
immagazziniamo nella memoria può essere utilizzata per impostare le nostre aspettative e previsioni
per il futuro. Questo studio mostra come il cervello utilizza determinati modelli di attività
neurale per confrontare le nostre aspettative con il presente. In definitiva, speriamo che questi
risultati ci aiuteranno a capire meglio come il cervello ritrae la realtà in condizioni di salute e
di malattia».
Lo studio è stato condotto dal dottor Rafi Haque, un M.D., Ph.D. (3) studente alla Emory University
School of Medicine, Atlanta, che stava completando la sua tesi di laurea con il Dr. Zaghloul. Il suo
obiettivo principale di ricerca era verificare se una teoria chiamata codifica predittiva può essere
applicata al modo in cui il nostro cervello ricorda le esperienze passate, note come ricordi
episodici.
Il dottor Rafi Haque spiega: «La codifica predittiva afferma fondamentalmente che il cervello
ottimizza l’attività neurale per l’elaborazione delle informazioni. In altre parole, la teoria
prevede che il cervello utilizzi più attività neurale per elaborare nuove informazioni di quanto non
faccia per le cose che conosciamo. Anni di ricerca hanno dimostrato che nel tempo questo è il modo
in cui impariamo ad aspettarci come appaiono i luoghi comuni, come l’erba verde, o i rumori
quotidiani, come il cinguettio di alcuni volatili. Volevamo sapere se il cervello utilizza un
processo simile per gestire le nostre esperienze».
Per testare questa idea, il team ha lavorato con 14 pazienti con tipi di epilessia resistenti ai
farmaci i cui cervelli erano stati impiantati chirurgicamente con griglie di elettrodi come parte di
uno studio del Centro clinico NIH volto a diagnosticare e trattare le loro crisi.
L’esperimento è iniziato quando ai pazienti è stato chiesto di memorizzare una serie di quattro
scene naturali visualizzate sullo schermo di un computer. Ad esempio, una delle scene era di una
bicicletta marrone appoggiata in posizione verticale su un cavalletto di fronte a un cespuglio
verde. Pochi secondi dopo è stato mostrato loro un nuovo set di immagini e gli è stato chiesto se
hanno riconosciuto la scena o notato qualcosa di diverso. Alcune immagini erano le stesse di prima,
mentre altre sono state leggermente modificate aggiungendo o rimuovendo qualcosa, come un uccello
rosso, dalla scena.
In media, i pazienti hanno riconosciuto con successo l’88% delle scene ripetute, il 68% delle scene
a cui mancava qualcosa e il 65% di quelle in cui è stato aggiunto qualcosa. In ogni caso, ci sono
voluti circa due secondi e mezzo per accorgersene.
L’analisi ulteriore di un sottoinsieme dei pazienti ha mostrato che hanno localizzato con successo
l’82% delle aggiunte e il 70% delle rimozioni. Curiosamente, i loro occhi si fissavano spesso (83%)
sulle aggiunte ma a malapena (34%) sulle aree della scena in cui qualcosa veniva rimosso.
«Nel complesso, questi risultati suggeriscono che ci vuole solo un momento non solo per ricordare
una nuova esperienza, ma anche per utilizzare i ricordi di quell’esperienza per stabilire
aspettative future», ha affermato il dottor Zaghloul.
Nel frattempo, le registrazioni elettriche hanno scoperto differenze nell’attività delle onde
cerebrali tra le volte in cui i pazienti hanno ricordato con successo le scene ripetute e le volte
in cui hanno notato i cambiamenti in una scena.
In entrambe le situazioni, la comparsa di una scena sullo schermo del computer ha innescato un
aumento della forza delle onde ad alta frequenza dell’attività neurale nella corteccia occipitale
laterale, un centro di elaborazione visiva nella parte posteriore del cervello. L’impulso fluì in
avanti arrivando pochi millisecondi dopo in un centro della memoria chiamato lobo temporale mediale.
Inoltre, in entrambe le situazioni, il cervello dei pazienti sembrava riprodurre i modelli di
attività neurale osservati quando hanno assistito per la prima volta alle scene.
«Questi risultati supportano l’idea che i ricordi delle esperienze visive seguono un certo percorso
nel cervello», ha detto il dottor Haque.
La differenza, però, era che l’aumento dell’attività era più forte quando i pazienti riconoscevano
un cambiamento in una scena.
Inoltre, durante questi momenti, una seconda onda a frequenza più bassa sembrava rimbombare in modo
sincrono attraverso la corteccia occipitale laterale e il lobo temporale mediale.
«I nostri dati supportano l’idea che le nostre aspettative di esperienze visive sono controllate da
un ciclo di feedback tra la corteccia visiva e il lobo temporale mediale», ha detto il dottor
Zaghloul. «Le onde ad alta frequenza di attività neurale sembrano portare un messaggio di errore
quando vediamo qualcosa che non corrisponde alle nostre aspettative, mentre le onde a frequenza più
bassa potrebbero aggiornare i nostri ricordi».
National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) è il principale finanziatore
nazionale della ricerca sul cervello e sul sistema nervoso. La missione di NINDS è cercare
conoscenze fondamentali sul cervello e sul sistema nervoso e utilizzare tale conoscenza per ridurre
il peso delle malattie neurologiche. (4)
National Institutes of Health (NIH): l’agenzia di ricerca medica della nazione, comprende 27
istituti e centri ed è una componente del Dipartimento della salute e dei servizi umani degli Stati
Uniti. NIH è la principale agenzia federale che conduce e sostiene la ricerca medica di base,
clinica e traslazionale e sta studiando le cause, i trattamenti e le cure per le malattie comuni e
rare. (5)
Riferimenti:
(1) Kareem Zaghloul
irp.nih.gov/pi/kareem-zaghloul
(2) Feedforward prediction error signals during episodic memory retrieval
www.nature.com/articles/s41467-020-19828-0
(3) Rafi Haque
med.emory.edu/MDPHD/trainees/current_students/haque_rafi.html
(4) National Institute of Neurological Disorders and Stroke
(5) National Institutes of Health (NIH)
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano
Articolo originale: Researchers reveal how our brains know when somethings different
www.ninds.nih.gov/News-Events/News-and-Press-Releases/Press-Releases/how-brains-know-when-so
methings-different
Lascia un commento