Vedere i propri pensieri come un film

Lentamente ma inesorabilmente il progresso scientifico e tecnologico si avvicina sempre di più alle ipotesi della fantascienza. Quello che prima poteva essere solo il racconto visionario di uno scrittore ora potrebbe essere realtà. Non c'è dubbio che molte delle sorprese maggiori arrivano dalle neuroscienze, e questa è una di quelle.

Un gruppo di scienziati [Nishimoto et al. 2011] è riuscito a riprodurre l'attività cerebrale e a osservarla come se si trattasse di un film.

Ecco il video. A sinistra il filmato osservato dai tre soggetti e a destra la ricostruzione dell'attività cerebrale associata a quella visione.

Vedere i propri sogni, osservare i propri pensieri: a chi non piacerebbe?

I risultati, chiaramente, sono ancora interlocutori, la qualità è bassa, ma la prospettiva è estremamente interessante. Il team ha utilizzato la fMRI, la Risonanza Magnetica funzionale, e all'interno di questa  apparecchiatura  i soggetti venivano posti per alcune ore a osservare una serie di filmati. La fMRI rileva la variazione del  flusso sanguigno, che si manifesta in seguito all'utilizzo di un'area cerebrale, e il segnale utilizzato è il BOLD (blood oxigen level-dependent). Sotto osservazione era l'area visiva (area occipitotemporale) che interviene nel processare la visione. Un programma ha poi diviso il cervello in piccoli cubetti tridimensionali, i voxel, l'analogo tridimensionale dei pixel.

“We built a model for each voxel that describes how shape and motion information in the movie is mapped into brain activity,”

"Abbiamo costruito un modello per ogni voxel che descrive come la forma e l'informazione del  movimento nel film sono mappate nell'attività cerebrale",

afferma  Shinji Nishimoto, uno dei ricercatori. La registrazione dell'attività cerebrale durante la visione dei filmati  è stata inserita in un computer che ha associato questa attività cerebrale con i filmati o meglio, con gli schemi visivi presenti in ogni filmato (forma, movimento, ecc.).

In seguito, la registrazione dell'attività cerebrale di una seconda serie di visioni è stata inserita in un computer e usata per testare l'algoritmo (decoder). Nel computer sono stati inseriti anche 18 milioni di secondi di filmati casuali presi da Youtube e il programma doveva prevedere quale attività cerebrale ogni filmato avrebbe evocato.

Il programma poi ha scelto una serie di filmati che assomigliavano a quelli osservati realmente dai soggetti, sulla base della loro maggior somiglianza all'attività cerebrale evocata.

Ed ecco il risultato.

In altro a sinistra il filmato campione che i soggetti hanno visto. Sotto, le ricostruzioni del decoder delle attività cerebrali dei tre soggetti e, a fianco di ogni ricostruzione, in ordine decrescente verso destra, quei filmati dei 18 milioni di secondi di video che attivavano, secondo il decoder, più o meno le stesse aree cerebrali del filmato campione.

Il problema della bassa risoluzione temporale della fMRI rispetto ai segnali neurali, per esempio di immagini in movimento, è stato risolto separandone la modellizzazione.

Il tentativo di visualizzare l'attività cerebrale, in forma di immagini statiche, era stato tentato sempre dallo stesso Gallant [Kay and Gallant 2009], con la registrazione dell'attività cerebrale dopo osservazione di immagini in bianco e nero, che era usata poi per predire quale immagine i soggetti stavano vedendo. L'utilizzo delle immagini statiche serviva a evitare i problemi legati alla bassa risoluzione temporale della fMRI risolta, come detto, usando una descrizione separata di variazione del flusso ematico e attivazione cerebrale.

Lo scopo dei ricercatori in questo studio era quello di ricostruire l'attività cerebrale connessa alla visione, in modo tale da essere in grado di trasformarla in un filmato, che tutti possono vedere. Hanno dimostrato di riuscire a sopperire alla bassa risoluzione temporale della fMRI e sono stati in grado di costruire un decoder capace di associare immagini a una serie di registrazioni dell'attività cerebrale. Certo, il risultato è ancora approssimativo, ma apre la strada a una serie di interessanti ricadute in ambito terapeutico, ma non solo. Chi di voi non sarebbe stuzzicato dall'idea di vedere un film di cui essere insieme attore e regista, creato solo con l'ausilio del vostro cervello?

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Nishimoto, Shinji; Vu, An.T.; Naselaris, Thomas; Benjamini, Yuval; Yu, Bin; Gallant, Jack L., Reconstructing Visual Experiences from Brain Activity Evoked by Natural Movies Current biology : CB doi:10.1016/j.cub.2011.08.031

Gallant lab Berkeley

[1] Newscenter Berkeley

 Kay, K.N., and Gallant, J.L. (2009). I can see what you see. Nat. Neurosci.

La stimolazione elettrica che aumenta le nostre capacità matematiche

La TDCS transcranial direct current stimulation (stimolazione transcranica con corrente continua) è una tecnica di stimolazione del cervello a basso amperaggio (solitamente 1 o 2 mA)  definita non invasiva, perchè opera dall'esterno, senza forare o tagliare il cranio. Non è  da intendersi alla stessa stregua della classica stimolazione elettrica di nervi o muscoli ma come una modulazione del tasso di scarica dei neuroni. Il suo effetto di polarizzazione neurale è stato proposto, per esempio, per aumentare gli effetti della neuro-riabilitazione [Gandiga  et al. 2006]. Emerge un ruolo di riequilibratore, di modulatore di questa tecnica, in grado di influenzare la corteccia motoria, quella somatosensoriale, quella visiva, l'affettività e le funzioni cognitive. E' stata dimostrata la sua utilità in molte condizioni patologiche, come la riabilitazione motoria dopo un ictus, nella fibromialgia, nella depressione e nel morbo di Parkinson [Been et al. 2007].

In un lavoro apparso recentemente su Current Biology [Cohen Kadosh et al. 2010] alcuni ricercatori inglesi hanno mostrato come la TDCS si possa rivelare un valido aiuto nell'aumentare le capacità matematiche.

dalla rete

Affermano gli autori che circa il 20% della popolazione presenta delle disabilità numeriche da moderate a gravi. In più, un'altra parte della popolazione le perde nell'arco della vita a causa di eventi traumatici o per fenomeni degenerativi. Il lobo parietale destro è l'area del cervello coinvolta nella competenza matematica. Anomalie anatomiche o funzionali di quest'area possono rendere conto di deficit cognitivi in ambito matematico e numerico come la discalculìa. Stimolando il lobo parietale destro con la TDCS durante l'apprendimento di compiti numerici in soggetti volontari, si è mostrato che era possibile aumentare il loro rendimento e che questo perdurava anche a sei mesi di distanza dall'esperimento.

Tra i compiti numerici, è stato dimostrato che l'elaborazione numerica automatica e la mappatura dei numeri nello spazio sono buoni indici delle capacità del "senso del numero" di un individuo. 

fonte en-wikipedia

L'elaborazione numerica automatica si valuta utilizzando il paradigma di Stroop numerico, che consiste nel presentare contemporaneamente, sullo schermo di un computer, due numeri diversi,  anche di dimensioni diverse, e di chiedere di giudicare il più grande come numero o  come dimensione.

Il compito della mappatura dei numeri nello spazio serve a misurare il collegamento tra processi visuospaziali e rappresentazione numerica, e il test consiste nel posizionare un numero lungo una retta in cui siano numerati solo i suoi estremi.

Sindrome di Williams e stereotipi

credit geneticsf

Via Galileonet scopro  questo lavoro pubblicato su Current Biology[1]. Dei bambini affetti da sindrome di Williams giudicano delle vignette con disegni etnici (uomini e donne) assegnandogli un valore positivo o negativo senza riguardo alla nazionalità dei soggetti, mentre dei bambini di controllo dimostrano di preferire i disegni che ritraggono individui della propria etnia. Le persone affette da sindrome di Williams non presentano fobia sociale, sono molto socievoli e hanno un comportamento amichevole indistintamente verso tutti. Però anche loro, pur non differenziando in base all'etnia, differenziano in base al genere sessuale. Gli autori dunque ipotizzano due diversi circuiti cerebrali collegati allo stereotipo, uno legato al genere sessuale e uno legato all'etnia. Proprio quest'ultimo potrebbe essere mediato dagli stessi meccanismi presenti nella  fobia sociale e che sono assenti negli affetti da sindrome di Williams.

Alcune considerazioni aggiuntive.
La sindrome di Williams rappresenta una patologia grave e, a causa del  tratteggio disinvolto fatto sopra, come ad esempio l'estrema socievolezza e facilità nei rapporti, non vorrei ve ne foste fatti un'idea sbagliata. Questa malattia genetica comporta notevoli problemi cardiocircolatori tra i quali uno dei più importanti è la stenosi sopravalvolare aortica, oltre a squilibri del tono muscolare e della sensibilità delle articolazioni, cui segue una difficoltà deambulatoria, e a tutta un'altra serie di complicazioni diffuse in tutto il corpo.
Inoltre, questi soggetti, insieme a un moderato ritardo mentale presentano una notevole  espressività verbale. Non un'intelligenza verbale vera e propria ma una brillantezza, dell'eloquio, anche se spesso inappropriata e ridondante,  una loquacità fluente anche se prolissa e spesso fintamente adulta.
Forse è dalla compresenza di queste due caratteristiche -ritardo mentale e preservata competenza verbale- che deriva l'assenza di fobia sociale che interessa invece gli individui non affetti dalla sindrome. 
Da approfondire.

[1]  Andreia Santos, Andreas Meyer-Lindenber  and Christine Deruelle ,Absence of racial, but not gender, stereotyping in Williams syndrome children, Current Biology, Volume 20, Issue 7, R307-R308, 13 April 2010  doi:10.1016/j.cub.2010.02.009