Specchio, specchio nel mio cervello: i neuroni mirror

Specchio, specchio nel mio cervello: i neuroni mirror

di Marco Capozza e Laura Pieroni

La funzione basilare dei neuroni specchio è quella di permetterci di muoverci volontariamente – un
compito critico e fondamentale alla sopravvivenza – e non quella di apprendere per imitazione e di empatizzare…

Il desiderio è metà della vita, lazione laltra metà.

La scoperta

Negli anni 80 un gruppo di ricercatori dellUniversità di Parma condotti da Giacomo Rizzolatti
scoprì i neuroni mirror. Aneddoticamente si narra che, come altre scoperte scientifiche importanti,
anche questa avvenne per caso. Un ricercatore aveva installato dei microelettrodi sensori nel
cervello di una scimmia (nella parte più superficiale, la corteccia) raggiungendo dei neuroni che
si attivavano quando la scimmia prendeva unarachide da una ciotola. Ad un certo punto, casualmente,
lui stesso prese unarachide dalla ciotola sotto gli occhi della scimmia e, del tutto
inaspettatamente, i rivelatori di attività crepitarono: i neuroni della scimmia si erano attivati.
Quei medesimi neuroni, che si attivavano quando la scimmia afferrava unarachide, lo facevano anche quando ad afferrare larachide era il ricercatore e la scimmia non si muoveva.
Questo fu sorprendente, perché a quel tempo si riteneva che le sensazioni si formassero nella
corteccia della metà posteriore del cervello, e i movimenti nella metà anteriore. Ad esempio, quando
vediamo un oggetto, si attivano neuroni della corteccia vicina al polo posteriore del cervello, nel
cosiddetto lobo occipitale. Quando udiamo un suono, neuroni della parte postero-inferiore del
cervello, il lobo temporale. Quando tocchiamo un oggetto, neuroni della parte più anteriore della
metà posteriore del cervello, il cosiddetto lobo parietale. Viceversa, quando ci muoviamo, sia che
muoviamo una mano o un braccio o una gamba o articoliamo la parola, si attivano neuroni collocati
nella corteccia della metà anteriore del cervello, i cosiddetti lobi frontali, in aree dette motorie e premotorie.

Ebbene, i neuroni della scimmia in cui il ricercatore aveva inserito i microelettrodi sensori erano
neuroni delle aree premotorie, nella metà anteriore del cervello; nessuna meraviglia quindi che si
attivassero quando la scimmia attuava il movimento di prendere un oggetto. Grande meraviglia,
invece, che si attivassero anche quando la scimmia vedeva luomo afferrare un oggetto. Appartenendo
alla metà anteriore del cervello, quei neuroni erano supposti essere neuroni motori: non ci si
aspettava che si attivassero anche per un evento squisitamente sensoriale come il vedere un altro
(in questo caso addirittura un individuo di unaltra specie!) compiere quel movimento. Quei neuroni
risultarono essere anche piuttosto specifici: non si attivavano di fronte ad altri tipi di
movimento, ma solo allafferrare in quello specifico modo (con la punta delle dita).
Era questo il primo esempio di neuroni che reagivano sia ad un movimento che ad una sensazione,
collocati in zone del cervello che tutti credevano puramente deputate al muoversi.
I ricercatori avevano scoperto i neuroni mirror o neuroni specchio, neuroni che si attivano sia
quando lindividuo compie unazione, sia quando egli vede compiere quellazione. Sono insomma
neuroni che si attivano sia per cause sensoriali (vedere lazione) che per finalità motorie (compiere lazione).

Quanti specchi?

Una decina danni dopo, lavvento della risonanza magnetica funzionale consentì di confermare la
presenza di analoghi neuroni nelluomo, e di scoprire che nella corteccia del lobo parietale vi sono
altri neuroni che si attivano simultaneamente ai primi alla vista o al rumore (come strappare un
foglio di carta) di certi movimenti. Sebbene tutti questi neuroni, diversamente dai primi, non siano
dei neuroni specchio in senso stretto, poiché non si attivano sia per percezioni che per movimenti,
per il loro evidente collegamento funzionale con i primi hanno originato lidea di un sistema mirror
allargato, a cui abbastanza ovviamente è stato dato il nome di sistema dei neuroni specchio.
Tutto questo è realtà oggettiva. I neuroni che fanno quelle cose esistono, ed esiste il sistema dei neuroni specchio.
A cosa serva questo sistema è invece, finora, solo speculazione.

Nel tempo sono state proposte diverse ipotesi, di astrazione via via crescente. Una delle prime
ipotesi fu che i neuroni specchio potessero servire allapprendimento per imitazione.
Successivamente si passò allipotesi che la funzione del sistema mirror fosse quella di prevedere e
comprendere le azioni dellaltro, e contribuire così alla costruzione di quella che è chiamata
Teoria della Mente, che detta in termini semplici può essere espressa come: se un altro fa quello
che faccio io o quello che mi aspetto che faccia, forse pensa anche come me. Da qui il passo era
ormai breve verso lidea oggi prevalente, in grande voga grazie anche al suo indubbio fascino, che
il sistema dei neuroni specchio serva allempatia, allimmedesimarsi con laltro.

In realtà tutte queste ipotesi, seppur in misura crescente dalla prima allultima, mettono laccento
solo sugli aspetti sensoriali del sistema dei neuroni specchio. Questo non stupisce, considerando
che la reale sorpresa dei primi neuroni specchio, quelli veri, dei lobi frontali, fu proprio la
presenza in essi di funzioni sensoriali oltre che motorie; e che i neuroni successivamente scoperti
nei lobi parietali non sono veri neuroni specchio, ma neuroni sensoriali. Tuttavia questa deriva
rischia di perdere di vista la vera, fondamentale importanza dei primi neuroni specchio, e cioè che
si tratta di neuroni contemporaneamente sensoriali e motori. Ogni ipotesi sulla natura di questi
neuroni non dovrebbe assumere a priori le funzioni motorie come secondarie, ma dovrebbe invece
spiegare come e perché funzioni motorie e sensoriali debbano qui coesistere addirittura a livello di
singolo neurone. Per comprendere le azioni di un altro non è certo indispensabile compiere, o aver
compiuto, o saper compiere, quelle medesime azioni. Riconosciamo che uno davanti a noi sta suonando
la chitarra, o sparando a un bersaglio, o facendo surf, anche senza averlo mai fatto. Questo
riconoscimento può quindi essere compiuto anche da neuroni puramente sensoriali, non dotati di alcuna funzione motoria.

In più, quando si parla di empatia, si dovrebbe tenere conto che il termine empatia si attaglia
essenzialmente alle emozioni; che le emozioni sono comunicate soprattutto da comportamenti
automatici, involontari, istintivi, come le espressioni del viso, il pianto, il riso; e che questi
comportamenti automatici sono prodotti essenzialmente da neuroni non della corteccia, tanto meno
della corteccia motoria o premotoria quali i neuroni specchio. I neuroni specchio riguardano azioni
volontarie, intenzionali, non lespressione delle emozioni. Il massimo aggancio alle emozioni
pensabile per questi neuroni è il riscontro che alcuni di essi si attivano per certi movimenti della bocca (legati però essenzialmente al mettere in bocca e al succhiare).

Certamente le emozioni sono dotate di una grande valenza imitativa, sono contagiose: vedere
qualcuno piangere può farci inumidire gli occhi; veder ridere a crepapelle può far cominciare a
ridere anche noi; e via dicendo. Ma questo non implica alcune relazione con i neuroni specchio
scoperti. Di fatto, quale grande empatia ci suscita veder prendere unarachide (o qualsiasi altro oggetto)?

E infatti, nonostante il gran fermento di ricerche prodotto dallipotesi che i neuroni specchio
servano allempatia, in realtà nessuna dimostrazione, nessuna prova, è finora emersa a sostegno di
questa ipotesi. Tutto invece, come vedremo fra poco, lascia pensare che i neuroni specchio abbiano
poco a che fare con lempatia. Tentare dinterpretarli innanzitutto come i neuroni dellempatia allontana probabilmente dal comprendere tanto essi quanto lempatia.

Una spiegazione alternativa

Ma allora questi neuroni specchio a cosa possono servire? Esiste unipotesi capace di spiegare la
loro duplice natura, sensoriale e motoria, ed il loro legame con il movimento intenzionale?
Tale ipotesi esiste, anzi già esisteva prima della scoperta dei neuroni specchio. I neuroni specchio
trovano una collocazione del tutto naturale nel modello proposto da questa ipotesi, e a loro volta
la rafforzano, costituendone di fatto la prima conferma sperimentale. Lipotesi è la cosiddetta
ipotesi di movimento a modello inverso (inverted model), che ora proveremo a spiegare.
Se prima di muovere un braccio per afferrare qualcosa ci soffermiamo un attimo ad ascoltare la
nostra attività mentale, che tipo di comandi stiamo per inviare al braccio, ci accorgiamo che in
effetti quel che facciamo immediatamente prima di muoverci è immaginare (vedere e sentire) il
nostro braccio durante e al termine del movimento, una sorta di anticipazione delle conseguenze sensoriali del movimento.

Possiamo allora ipotizzare che la volontà di attuare un movimento possa consistere nellimmaginare
preliminarmente le sensazioni che riceveremmo da quel movimento, e passare queste sensazioni
immaginarie desiderate a certe parti del sistema nervoso, che traducano quelle sensazioni
desiderate nelle opportune attivazioni muscolari capaci di determinare quel movimento.
I neuroni capaci di operare tale traduzione sarebbero i neuroni delle aree premotorie e motorie
della corteccia cerebrale, che attuerebbero la cosiddetta trasformazione sensori-motoria: la
traduzione di una combinazione di attivazioni neuronali rappresentante sensazioni in una
combinazione di attivazioni di altri neuroni rappresentante (e capace di determinare) un movimento.

Tali neuroni raggiungono questa capacità non grazie a proprietà particolari, ma per semplice
apprendimento dallesperienza motoria nellarco della vita. Infatti in ogni momento il sistema
nervoso riceve informazioni sensoriali dal corpo: informazioni visive, tattili, e propriocettive (le
sensazioni dai nostri muscoli, tendini e articolazioni). Questo naturalmente vale anche quando ci
muoviamo. Ogni volta che ci muoviamo, automaticamente e inconsciamente il sistema nervoso impara
quali sensazioni (visive, propriocettive, tattili, ed eventualmente anche uditive) corrispondono a
quelle particolari attivazioni muscolari che hanno determinato quel dato movimento. Questo
apprendimento lo compiamo soprattutto nella prima infanzia, con i movimenti casuali e non
coordinati del bambino detti motor babbling, anche se persiste per tutta la vita ed è quello che
ci permette di imparare movimenti sempre più complessi come nello sport e nelle arti, e di continuare a muoverci efficacemente anche in caso di cambiamenti fisici.

Lipotesi a modello inverso assume che, attraverso quelle medesime esperienze di movimento, il
sistema nervoso impari anche lopposto: non solo quali sensazioni conseguono alle varie possibili
attivazioni muscolari, ma anche quali attivazioni muscolari corrispondono a quelle sensazioni, cioè
quali attivazioni muscolari generano il movimento che ricrea quelle sensazioni. Allora per attuare
un movimento volontario basterebbe semplicemente immaginare preliminarmente le sensazioni
corrispondenti a quel movimento, e passare queste sensazioni immaginarie desiderate agli opportuni
neuroni, che per esperienza hanno imparato quali muscoli attivare, e come attivarli, per riprodurre quel movimento e di conseguenza quelle sensazioni.
Dopo la prima infanzia tutto questo è appreso ormai talmente bene da risultare essenzialmente
automatico: generalmente non abbiamo la percezione dimmaginare il movimento prima di compierlo. Ma
se, come già detto, ci soffermiamo invece ad ascoltare quali comandi stiamo per inviare a una
parte di corpo prima di muoverla, ci accorgiamo che in effetti quel che facciamo è immaginarla (vederla e sentirla nel pensiero) compiere quel movimento.

Il desiderio in azione

Il punto centrale di questa ipotesi è che la volontà formula i suoi ordini, e li trasmette al
sistema motorio, in codifica sensoriale, cioè sotto forma di sensazioni desiderate. Il sistema
motorio sincarica poi di tradurre queste sensazioni desiderate nelle opportune attivazioni
muscolari capaci di renderle reali (trasformazione sensori-motoria), e attraverso i nervi
trasmette quelle attivazioni ai muscoli, la cui contrazione genera infine il movimento fisico. Tutto
questo avviene in alcune centinaia di millisecondi, la cui maggior parte è occupata dalla contrazione muscolare e dalla messa in moto dei segmenti corporei.
In questo modello è indispensabile che i neuroni che attuano la trasformazione sensori-motoria dei
comandi dalla volontà debbano ricevere e così conoscere anche le sensibilità dal corpo, poiché se
così non fosse non potrebbero imparare a quali movimenti corrispondono le varie sensazioni, non
comprenderebbero la codifica sensoriale. Sono quindi neuroni che si attivano sia per stimoli
sensoriali legati ai movimenti, sia per produrre movimenti: esattamente come fanno i neuroni specchio.

Questo modello è in grado di spiegare non solo i movimenti elementari come portare il braccio da una
posizione ad unaltra, ma anche comportamenti più complessi, come ora mangio una di quelle
arachidi. In questo caso lobiettivo finale posto dalla volontà (mangiare una di quelle arachidi)
è tradotto da una catena di neuroni (o meglio di gruppi di neuroni) dapprima nelle singole azioni,
ancora abbastanza complesse, atte a conseguirlo (prendere unarachide, mettermela in bocca,
masticarla, e ingoiarla); poi ciascuna di queste azioni è a sua volta tradotta nei movimenti più
elementari che la compongono (ad es. prendere unarachide si compone di: estendere il braccio
verso la ciotola, estendere la mano, allargare le dita, abbassare la mano, stringere la
punta del pollice, dellindice ed eventualmente del medio intorno a unarachide, rialzare la mano
tenendo le dita ferme); e infine ciascuno dei movimenti elementari così selezionati è tradotto nelle singole contrazioni dei muscoli che lo eseguono.

In questa catena di traduzioni successive ogni gruppo neuronale riceve dal gruppo del livello
precedente-superiore il comando in forma sensoriale, seleziona quali azioni più elementari sono atte
ad eseguirlo, e trasmette al livello successivo le azioni selezionate, ancora in forma sensoriale.
Solo i neuroni dellultimo livello, quelli che inviano i comandi al midollo (e da lì ai muscoli),
possono essere considerati esclusivamente motori e non sensori-motori. I gruppi a più alto livello
(prendere unarachide) possono invece addirittura essere considerati contenere (codificare) lidea, il concetto dellazione corrispondente.

I neuroni specchio si trovano lungo questa catena. Anzi, poiché tutti i neuroni della catena (tranne
lultimissimo livello) sono neuroni sensori-motori, potremmo dire che tutti i neuroni della catena
sono neuroni specchio. Dovremmo allora anche aspettarci di trovare neuroni specchio dotati di
proprietà diverse, nel senso che alcuni di essi (quelli dei livelli inferiori) si attivino solo per
le azioni e i movimenti effettivi dellindividuo; altri (quelli dei livelli superiori, che
contengono il concetto di unazione piuttosto che la sua effettiva esecuzione da parte
dellindividuo) siano attivabili anche dal semplice vedere o udire lazione, anche quando effettuata da un altro.

Ebbene, le ricerche degli ultimissimi anni hanno confermato questa aspettativa (per una rassegna di
tali ricerche e delle loro conseguenze concettuali v. Casile, Caggiano e Ferrari, 2011). Sono stati
trovati neuroni specchio che si attivano solo quando la mano che compie il gesto è nello spazio
peripersonale del soggetto (cioè quando la mano, da un punto di vista puramente visivo, potrebbe
appartenere al soggetto), e neuroni specchio che si attivano quando il sistema braccio-mano è visto
dal soggetto come se appartenesse a se stesso. Questi riscontri, in un primo tempo considerati
sconcertanti e paradossali dai ricercatori orientati alle possibili funzioni esterne dei neuroni
specchio come imitazione, teoria della mente, empatia, stanno gradualmente riportando lattenzione
degli scienziati sullimportanza dei neuroni specchio nel movimento del singolo individuo, proprio come sopra descritto.

Conclusioni

La funzione basilare dei neuroni specchio, su cui convergono vie sensitive e motorie e che appaiono
avere contemporaneamente funzioni sensitive e motorie, sarebbe quindi essenzialmente quella di
permetterci di muoverci volontariamente: un compito critico e fondamentale alla sopravvivenza.
Questo naturalmente non toglie che quei medesimi neuroni possano servire, o almeno collaborare,
anche allapprendere per imitazione, interpretare le intenzioni altrui, e (più difficilmente, per le
ragioni espresse nellultima parte del paragrafo Quanti specchi?) persino empatizzare.
Semplicemente, tali funzioni appaiono piuttosto accessorie al compito per il quale i neuroni
specchio si sono evoluti, e qualora esistano probabilmente si sono aggiunte in epoche evolutive successive.

La spiegazione descritta in queste pagine è stata dimostrata tramite simulazione con reti neurali
(Accornero e Capozza, 2009). La simulazione con reti neurali è un potente strumento di ricerca in
neuroscienze, complementare a tutte le altre modalità di ricerca in quanto in grado di spiegare come
avvengono le funzioni del sistema nervoso, e non solo dove avvengono (Parisi, 2001).

Infine, pur senza poter qui entrare nei dettagli, il modello di motilità volontaria descritto
esibisce e spiega anche molte altre proprietà del movimento e dellapprendimento motorio umani, come
il miglioramento per ripetizione, ladattabilità al variare delle condizioni fisiche, la resistenza
al danno, il recupero post-lesionale, linesistenza nel cervello di risoluzioni esplicite di
equazioni di moto e similari. Esso si propone pertanto come il più realistico e plausibile modello
di motilità volontaria allo stato attuale. E non da ultimo, ai fini dellargomento centrale di
queste pagine, è lunico modello capace di spiegare naturalmente e anzi necessariamente lesistenza e il ruolo dei neuroni specchio e del loro sistema.

Per approfondimenti

Accornero N. e Capozza M., (2009), Coscienza artificiale. Dal riflesso al pensiero, Aracne Editrice.
Rizzolatti G. e Senegaglia C., (2010), “The functional role of the parieto-frontal mirror circuit: interpretations and misinterpretations”, Nat Rev Neurosci. 11(4):264-274.
Casile A., Caggiano V. e Ferrari P.F., (2011), “The mirror neuron system: a fresh view”, Neuroscientist 17(5):524-538.
Parisi D., (2001), Simulazioni. La realtà rifatta nel computer, Il Mulino.

Scritto da
Dott. Marco Capozza
Neurologo e programmatore, da oltre quindici anni si occupa di connessionismo, reti neurali e vita
artificiale. I suoi programmi diagnostici, didattici e di ricerca sono stati pubblicati su riviste
internazionali e sono regolarmente utilizzati a livello universitario. Ha collaborato con il CNR e
con il CeNCA. Autore di 60 pubblicazioni, di cui 20 su riviste internazionali indicizzate. Per informazioni sullattività di ricerca: http://www.neuro-soft.it

Dott.ssa Laura Pieroni
Docente presso la LUMSA (Libera Università Maria Ss Assunta). Dopo la laurea in Psicologia Generale
e Sperimentale, nel 2006 ha conseguito il dottorato in Psicologia Cognitiva, Psicofisiologia e
Personalità presso lUniversità Sapienza di Roma. Specializzata nello studio della memoria con
diverse collaborazioni internazionali. Specializzanda in psicoterapia della Gestalt presso la Scuola
IGF di Roma. Vice presidente del Centro di Neuroscienze Cognitive Applicate, CeNCA. Dal 2010 si
occupa della divulgazione di temi inerenti le Neuroscienze Cognitive. Tra le sue varie attività lorganizzazione del progetto di psicologia sostenibile Psicologia Insieme: http://psicologiainsieme.weebly.com