PERCHÉ RIUSCIAMO A FARE PREVISIONI?

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Il progetto di ricerca NeuroInt del Centro Mente/Cervello premiato con l’ERC Starting Grant
di Uri Hasson
Approfondimento: 

La nostra esperienza del mondo non è determinata solo da un’analisi attenta delle proprietà fisiche dell’ambiente da parte dei nostri organi sensoriali. Gli scienziati sanno da tempo che la nostra percezione del mondo è fortemente influenzata dalla nostra conoscenza e dalle nostre aspettative. Per esempio, l’immagine qui sotto in bianco e nero può sembrare uno schizzo casuale di macchie finché non si percepisce una certa disposizione di macchie nel centro e finalmente si riconosce un cane dalmata che annusa il terreno. Una volta che si è percepita la disposizione delle macchie che formano il dalmata si è in grado di vedere il cane ogni volta che si guarda l’immagine. Questo mostra come la nostra conoscenza modifichi la percezione, informandola dall’alto verso il basso (in forma top-down).

Come vengono costruite in tempo reale queste aspettative top-down, e come sono vincolate dagli ambienti in cui siamo immersi?
Il programma di ricerca NeuroInt ha lo scopo di occuparsi proprio di queste domande. L’ipotesi centrale del programma è che ambienti ordinati, cioè ambienti che contengono regolarità, permettono la generazione di previsioni su ciò che più verosimilmente accadrà dopo. Queste previsioni possono a loro volta contribuire ad un’interpretazione rapida degli stimoli esterni. Essere in grado di codificare l’ordine è utile anche quando non esiste nessun ordine, poiché il rendersi conto dell’irregolarità di un ambiente può segnalare il bisogno di prestare maggiore attenzione agli input sensoriali senza cercare di coinvolgere conoscenza preesistente nel processo percettivo. Essere in grado di riconoscere e codificare l’ordine nell’ambiente costituisce perciò un netto vantaggio adattativo. Ci aspettiamo che specifiche reti corticali giochino un ruolo in questo processo.

Da un punto di vista formale, l’ordine è l’opposto del disordine (randomness). Il livello di ordine/disordine in un ambiente può essere quantificato in modi diversi. Il modo forse più conosciuto è quello dell’entropia di Shannon, anche se varie altre definizioni possono catturare altri aspetti del concetto di ordine. Nei nostri esperimenti, creando ambienti che variano nel loro livello di ordine, studiamo se il cervello umano davvero codifica questa caratteristica e cerchiamo di identificare i sistemi neurali che usano l’informazione offerta dall’ordine per creare previsioni su cosa succederà dopo.
Per rispondere a queste domande usiamo diverse tecniche di neuroimmagine. L’uso di uno scanner di risonanza magnetica rende possibile individuare le regioni cerebrali sensibili al livello di ordine dell’ambiente registrando come questi diversi livelli di ordine sono associati a diversi pattern di flusso sanguigno in specifiche regioni del cervello. Un’altra tecnica che usiamo è la MEG (magnetoencefalografia) che ci permette di studiare pattern di attività neurale con alta precisione temporale, misurando l’effetto delle scariche neuronali sul campo magnetico del cervello.

La ricerca si svolge al C