In che modo il cervello crea la nostra percezione della realtà?

Nuove scoperte esplorano come alcune attività cerebrali modellano il modo in cui percepiamo il mondo

In che modo il cervello crea la nostra percezione della realtà?

Nuove scoperte da studi sia su persone che su animali stanno rivelando indizi su come le informazioni sensoriali e i processi cognitivi interagiscono nel cervello per produrre la nostra percezione del mondo. I risultati sono stati presentati a Neuroscience 2021, l’incontro annuale della Society for Neuroscience e la più grande fonte al mondo di notizie emergenti sulla scienza e la salute del cervello.

Gli input sensoriali, come immagini, suoni e tocchi, forniscono ricche informazioni sul mondo esterno. Ma la nostra percezione e interpretazione delle sensazioni sono fortemente modellate da processi cognitivi come l’attenzione, l’aspettativa e la memoria. Una migliore comprensione delle basi neurali dei fenomeni percettivi aiuterà a chiarire sia le esperienze ordinarie – come la capacità di riconoscere una singola voce da uno sfondo rumoroso – sia i disturbi in cui la percezione è alterata – come il disturbo da deficit di attenzione/iperattività, l’autismo, la schizofrenia e il morbo di Alzheimer.

I nuovi risultati

  • Nei topi, un tipo specifico di cellula cerebrale chiamata neurone PV migliora la capacità di distinguere un suono bersaglio dal rumore di fondo (Kamal Sen, Boston University).
  • La sensazione di proprietà sul proprio corpo mentre si sperimenta un evento rafforza la rappresentazione della memoria di quell’evento nell’ippocampo, una regione del cervello coinvolta nell’apprendimento e nella memoria (Heather Iriye, Karolinska Institute, Svezia).
  • Negli esseri umani e nelle scimmie, immaginare il movimento di un oggetto attiva aree sensibili al movimento del cervello, suggerendo che entrambe le specie possono simulare versioni del mondo in modi simili (David Sheinberg, Brown University).
  • Una nuova tecnica che coinvolge la stimolazione magnetica transcranica non invasiva (TMS) informata da registrazioni EEG in tempo reale ha migliorato la percezione visiva umana modulando la comunicazione tra le regioni cerebrali frontali e quelle visive (Nitzan Censor, Università di Tel-Aviv, Israele).

“I risultati dimostrano l’importanza degli studi comparativi sul cervello in questioni di lunga data nella percezione e nella cognizione umana”, ha detto Sabine Kastner, professore all’Università di Princeton che studia la percezione visiva e l’attenzione. “Questi progressi mostrano come la ricerca in diversi sistemi modello possa unirsi per migliorare la nostra comprensione del cervello umano, dai meccanismi neurobiologici della percezione alle nostre esperienze percettive soggettive”.

Sintesi della conferenza stampa sui meccanismi di percezione

I modelli di attività cerebrale a diversi livelli, dalle singole cellule alle reti multi-regione, stanno rivelando come i processi cognitivi modellano le percezioni delle informazioni sensoriali. Gli studi sugli animali possono esplorare le basi meccanicistiche dei fenomeni percettivi, mentre gli studi di imaging funzionale negli esseri umani consentono l’indagine di esperienze soggettive.

I neuroni PV migliorano la codifica corticale nel problema del cocktail party

I meccanismi cerebrali che consentono a un ascoltatore di selezionare e seguire un suono specifico in un ambiente rumoroso – a volte chiamato il problema del cocktail party – sono poco compresi e possono essere compromessi nelle persone con disturbi come problemi di udito e autismo. Nei topi, l’attività di un tipo di cellula specifico nella corteccia uditiva, chiamato neurone PV, ha migliorato la capacità del cervello di selezionare i suoni target tra i suoni concorrenti.

I neuroni PV hanno migliorato i tempi e i modelli di attivazione dei neuroni corticali in risposta ai suoni bersaglio, offrendo una potenziale strategia per la progettazione di migliori dispositivi di assistenza all’udito.

La proprietà del corpo e i processi neurali della codifica e del ripristino della memoria

Si pensa che la sensazione di proprietà del corpo – la percezione del proprio corpo come proprio – durante un’esperienza contribuisca a quanto accuratamente e vividamente siamo in grado di ricordare e rivivere gli eventi.

I ricercatori hanno combinato la realtà virtuale con l’imaging cerebrale per manipolare il senso di proprietà del corpo dei partecipanti all’interno di video immersivi utilizzando un’illusione percettiva di tutto il corpo.

Più i partecipanti potevano ricordare gli eventi vissuti con la proprietà del corpo, più forte era la rappresentazione di quell’evento nell’ippocampo una settimana dopo. Approfondimenti su come ottimizzare la formazione della memoria e preservare la capacità di rivivere esperienze passate potrebbero guidare interventi per disturbi cognitivi come il morbo di Alzheimer.

Le basi neurali della simulazione nel cervello dei primati

La percezione dipende sia dalle informazioni ricevute dai nostri sensi che da sofisticati processi cognitivi come la simulazione – manipolando internamente ricchi modelli mentali del mondo per immaginare esperienze che non si sono mai avute.

La progettazione di una nuova condizione di simulazione, in cui una palla cade attraverso uno spazio pieno di ostacoli, ha rivelato che gli animali, come le persone, sembrano usare la simulazione interna per risolvere questo compito.

La risonanza magnetica funzionale ha mostrato che la simulazione del movimento da parte delle scimmie attiva le aree sensibili al movimento del cervello anche se non viene rilevato alcun movimento esterno. I risultati possono avere implicazioni per lo studio dettagliato e il trattamento dei disturbi psichiatrici in cui le esperienze simulate vengono confuse con la realtà, come la schizofrenia e il disturbo da stress post-traumatico.

La modulazione EEG-TMS a circuito chiuso della comunicazione frontale-occipitale migliora la percezione visiva

La percezione visiva è modellata dalla comunicazione coordinata tra le regioni cerebrali frontali e visive. I ricercatori hanno utilizzato una nuova combinazione di stimolazione magnetica transcranica non invasiva (TMS) delle regioni frontali e registrazioni di elettroencefalografia del cuoio capelluto (EEG) in tempo reale dell’attività cerebrale nelle regioni visive per sincronizzare l’attività tra le regioni.

La procedura TMS-EEG ha migliorato le prestazioni dei partecipanti in un compito di rilevamento visivo-attenzione.

Questi risultati suggeriscono che la percezione visiva può essere aumentata dalla modulazione in tempo reale della comunicazione tra regioni cerebrali distanti.

Foto di Milad Fakurian