Quando il cervello si sorprende

Uno studio in collaborazione tra il Dipartimento di Neuroscienze, area del farmaco e salute del bambino di Unifi, l'Istituto di Neuroscienze del CNR di Pisa e l'Ateneo pisano rivela come comunichino tra loro i meccanismi cerebrali tra aspettativa e sorpresa.
Archivio fotografico 123rf.com - Riproduzione riservata
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Chi non ha mai assistito ad un numero di illusionismo? Quando il prestigiatore esegue una sua magia – ad esempio estrae un coniglio dal cappello – le aspettative sulla realtà del mondo vengono messe a dura prova e confuse: in quel cappello non c’era un coniglio fino a pochi attimi prima. Un team di ricercatori dell’Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Pisa (Cnr-In) e del  Dipartimento di Neuroscienze, area del farmaco e salute del bambino Unifi  e dell’Università di Pisa, hanno indagato i processi cerebrali che sottendono i meccanismi collegati tra aspettativa, illusione e sorpresa. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Current Biology.

Guido Marco Cicchini (Cnr-In),  David Burr (Unifi) e Alessandro Benedetto (Unipi) hanno studiato in che modo il cervello genera delle aspettative sul mondo che ci circonda. Lo studio muove da un fenomeno, noto come dipendenza seriale, in cui gli osservatori tendono a confondere le proprietà base degli oggetti che hanno di fronte (ad esempio il colore, l’orientamento, ecc.) con quelle di oggetti simili visti poco prima.

“Questo fenomeno, da noi scoperto qualche anno fa evidenzia che il cervello cerca costantemente di prevedere quello che vedremo, attingendo dall’informazione più affidabile del futuro, ossia il passato prossimo delle nostre esperienze sensoriali”, osserva Burr, autore senior dello studio.

Nello studio i ricercatori hanno generato una serie di stimoli visivi ordinari, inframezzati da stimoli illusori, ossia sollecitazioni che appaiono percettivamente diverse da come sono fisicamente. Analizzando il comportamento dei soggetti in prossimità di questi stimoli illusori, i ricercatori hanno visto che ciò che il cervello utilizza per formare le sue previsioni è uno scambio continuo e reciproco, in entrata ed uscita, di segnali neurali di più alto livello (cioè elaborati) con segnali neurali “più grezzi” che sono quelli recepiti dalle aree neuronali più prossime alla retina. 

“Il risultato è sorprendente. Sapevamo che questi effetti di memoria fossero ubiqui nella percezione, ma quando abbiamo iniziato lo studio ci aspettavamo di osservare dei meccanismi locali, circoscritti o alle aree prime sensoriali, quelle della vista, oppure ad aree di alto livello, dedicate all’elaborazione memoria. Invece i dati ci hanno mostrato che il fenomeno della dipendenza seriale nasce da un dialogo delle seconde con le prime, probabilmente utilizzando dei percorsi neurali di feedback”, afferma Cicchini, primo autore dello studio.  

Il cervello è un’intricata rete di neuroni interconnessi tra cui si distinguono due grandi categorie. Le connessioni feedforward che portano informazioni sensoriali dalle prime aree sensoriali sino ai centri di elaborazioni più alti, e le connessioni rientranti (feedback) che fanno il percorso inverso. “Mentre il ruolo delle connessioni feedforward è abbastanza chiaro”, spiega Alessandro Benedetto, “quello delle connessioni “rientranti” è stato finora oggetto di molte speculazioni”.

“Questo studio spiega che le previsioni sono un aspetto fondamentale del funzionamento cerebrale. Quando queste non si avverano vengono fuori sensazioni di apprensione e spavento, oppure di sorpresa e meraviglia. Nei bambini spesso la sorpresa sfocia in allegria, ma in generale l’adulto ha imparato le molte regolarità del mondo circostante e gli eventi imprevedibili sono pochi. Tranne quando si è di fronte al numero di un illusionista, che ci inganna e ci restituisce quel senso di meraviglia che è tipico della magia ed è un ingrediente fondamentale per il funzionamento del nostro cervello”, conclude Cicchini.


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