Individuata l’anteprima cerebrale: una minuscola struttura anticipa ciò che stiamo per vedere o sentire. Il cervello umano non si limita a registrare ciò che accade: secondo una ricerca pubblicata su Nature Neuroscience, prepara in anticipo le risposte agli stimoli sensoriali attesi. Lo studio, condotto da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology, della Northeastern University, del Massachusetts General Hospital e di altri istituti, indica che questa capacità coinvolge anche il collicolo superiore, una piccola struttura profonda del mesencefalo. La sua attività sembra creare una sorta di anteprima cerebrale di ciò che stiamo per vedere o sentire.
La ricerca si inserisce nel quadro dell’elaborazione predittiva, secondo cui il cervello anticipa gli eventi anziché attendere passivamente le informazioni dai sensi. Prepararsi prima dell’arrivo di uno stimolo potrebbe rendere le reazioni più rapide e ridurre il dispendio di tempo ed energia. Il primo autore dello studio, Danlei Chen, e i colleghi hanno quindi indagato se il collicolo superiore umano partecipi a questo processo e se la sua organizzazione rispecchi quella osservata negli animali.
Negli studi condotti su altre specie, infatti, i diversi strati della struttura sono associati a funzioni differenti, tra cui vista, tatto e orientamento degli occhi e del corpo. Nell’essere umano, però, studiarla è difficile: misura pochi millimetri ed è situata in profondità, risultando poco accessibile alle tecniche di neuroimmagine convenzionali.
I test
Per superare questo ostacolo, il gruppo ha coinvolto 80 adulti e ha utilizzato una risonanza magnetica funzionale ad altissimo campo, da 7 Tesla, capace di raggiungere una risoluzione di circa un millimetro. Una parte dei partecipanti ha osservato immagini, mentre gli altri hanno ricevuto una pressione sul pollice sinistro. L’attività cerebrale è stata registrata sia durante la stimolazione sia nella fase precedente, quando le persone si preparavano al compito.
In quel momento preliminare, i partecipanti sceglievano una forma oppure ne ricevevano una assegnata dal computer. Le condizioni erano identiche per i due gruppi, permettendo agli scienziati di verificare se il cervello anticipasse già il tipo di sensazione in arrivo. Per distinguere con precisione il collicolo superiore dalle strutture vicine, i ricercatori ne hanno mappato gli strati in base alla profondità e hanno applicato analisi statistiche e metodi di apprendimento automatico.
I risultati hanno confermato una differenza legata ai sensi: le immagini attivavano soprattutto gli strati superficiali del collicolo superiore, mentre il tatto coinvolgeva maggiormente quelli profondi. Lo stesso schema compariva anche prima dello stimolo, quando i partecipanti si aspettavano di vedere un’immagine o di percepire una pressione. Un classificatore automatico, addestrato a distinguere l’attività associata alla vista da quella collegata al tatto, ha riconosciuto configurazioni analoghe già durante l’attesa.
Anteprima cerebrale è una funzione della corteccia
Segnali predittivi simili sono stati rilevati anche in due nuclei sensoriali del talamo, una struttura cerebrale profonda che partecipa alla trasmissione delle informazioni. Uno dei nuclei è coinvolto nell’elaborazione visiva, l’altro in quella tattile, e ciascuno mostrava attività coerente con lo stimolo atteso.
La scoperta amplia l’idea che la previsione sia soprattutto una funzione della corteccia cerebrale. I dati suggeriscono invece che anche le strutture profonde, impegnate nel trasporto delle informazioni sensoriali, contribuiscano a preparare l’intero sistema nervoso agli eventi imminenti. La predizione potrebbe dunque essere una proprietà distribuita nel cervello, non un processo aggiunto soltanto nelle fasi superiori dell’elaborazione.
Secondo Chen, i risultati dimostrano inoltre quanto le conoscenze sul cervello umano possano dipendere dai limiti tecnici degli strumenti disponibili e dalle priorità teoriche della ricerca. Il gruppo intende approfondire il contributo del collicolo superiore all’elaborazione sensoriale, al controllo cognitivo, alle emozioni e alla memoria di lavoro. Questa struttura collega infatti le informazioni percepite ai comandi motori e potrebbe svolgere un ruolo più ampio di quanto ipotizzato finora. Studi futuri dovranno chiarire come queste reti anticipatorie operino e in che modo contribuiscano a guidare le azioni.
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