Un ritratto neurale della mente umana

La pioniera dell'imaging cerebrale Nancy Kanwisher, che utilizza la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per catturare immagini delle attività di alcune aree cerebrali (spesso le sue), condivide quello che lei e i suoi colleghi hanno imparato: il cervello è composto sia da parti altamente specializzate che da parti dallo scopo generico. Un'altra sorpresa: c'è ancora moltissimo da imparare!

Oggi voglio raccontarvi

di un progetto attualmente condotto

da scienziati in tutto il mondo

per rappresentare un ritratto neurale
della mente umana.

L'idea principale di questo progetto

è che la mente, il cervello umano

non è un unico processore
con un solo scopo generale,

ma un insieme di componenti
altamente specializzati,

ciascuno destinato alla risoluzione
di uno specifico problema,

che però collettivamente determinano

chi siamo come esseri umani
e come pensatori.

Per darvi un'idea del concetto,

immaginatevi questa scena:

Entrate nell'asilo di vostra figlia.

Come al solito,
c'è una dozzina di bambini

che aspettano i loro genitori,

ma questa volta,

tutti i volti dei bambini
sono stranamente simili,

e non riuscite a capire
quale bambino sia il vostro.

Avete bisogno di nuovi occhiali?

Forse state perdendo la testa?

Mentalmente fate una rapida
lista di possibilità.

No, sembra che siate ancora lucidi,

e la vostra vista è perfettamente nitida.

Tutto sembra normale

eccetto i volti dei bambini.

Riuscite a vedere le loro facce,

ma non riuscite a distinguerle,

e nessuna vi sembra familiare,

ma è solo grazie a un nastro
per capelli arancione

che trovate finalmente vostra figlia.

Questa improvvisa perdita della capacità
di riconoscere i volti

capita davvero alle persone.

Si chiama 'prosopagnosia',

dovuta al danneggiamento

di una parte specifica del cervello.

La cosa più impressionante

è che solo il riconoscimento
dei visi é compromesso;

tutto il resto funziona benissimo.

La prosopagnosia è soltanto
uno dei tanti specifici deficit mentali

che possono svilupparsi
in seguito a danni cerebrali.

Insieme, queste sindromi

indicano da tempo

che la mente è divisa
in distinti elementi,

ma lo sforzo impiegato per scoprirli

ha fatto passi da gigante

con l'invenzione dell'imaging cerebrale,

in particolare
della risonanza magnetica (MRI).

La risonanza magnetica permette
di osservare l'anatomia interna

ad alta risoluzione,

fra un attimo vi mostrerò

una serie di immagini di risonanze
magnetiche in sezione trasversale

di un oggetto ordinario,

passandole veloce

e voi proverete a indovinare
che oggetto è.

Cominciamo.

Non è così semplice.
È un carciofo.

Okay, proviamo con un'altra,

iniziando dal basso e andando
verso l'alto.

Broccoli! È un cespo di broccoli.

È bellissimo, no? Io lo adoro.

Okay, eccone un altro.
È un cervello, ovviamente.

Il mio cervello, in effetti.

Stiamo affettando la mia testa così.

Quello è il mio naso a destra, ed ora

ci stiamo spostando qui, proprio lì.

È una bella foto,
se mi permettete di dirlo,

ma mostra solo l'anatomia.

Il progresso più grade
dell'MRI funzionale è stato

quando si è scoperto come creare

immagini che mostrano non solo
l'anatomia ma anche l'attività,

ovvero, dove i neuroni stanno sparando.

Ecco come funziona.

I cervelli sono come muscoli.

Quando si attivano, necessitano

un flusso costante di sangue
che alimenti la loro attività,

e per fortuna, il controllo del flusso
verso il cervello avviene localmente,

perciò se un gruppo di neuroni,
ad esempio, qui

si attiva ed inizia a sparare,

allora il flusso di sangue aumenta
solamente qui.

L'MRI funzionale riconosce l'aumento
del flusso sanguigno,

generando una reazione MRI più alta

nel punto in cui l'attività
neurale aumenta.

Per darvi un'idea concreta

di come si svolge un esperimento
di MRI funzionale

e di cosa può insegnarci,

e cosa invece no,

voglio descrivervi uno dei primi
esperimenti che ho condotto.

Volevamo sapere se esistesse una data zona
cerebrale per il riconoscimento facciale

e avevamo ragione
di pensare che esistesse

proprio a causa della prosopagnosia

di cui vi ho parlato poco fa,

ma nessuno aveva mai visto
quella zona cerebrale

in una persona normale,

perciò ci mettemmo a cercarla.

Ed io ero la prima cavia.

Sono entrata nello scanner, supina,

mantenendo la mia testa
il più immobile possibile

mentre fissavo immagini
di volti come questi

e di oggetti come questi

e volti e oggetti per ore ed ore.

Dopo essere stata vicinissima
a battere il record mondiale

per numero consecutivo di ore
trascorse in uno scanner per MRI,

posso dire che uno dei talenti

più importanti nella ricerca
tramite risonanza magnetica

è il controllo della vescica.

(Risate)

Quando sono uscita dallo scanner

ho fatto un'analisi veloce dei dati,

cercando ogni mia zona cerebrale

che avesse reagito di più
mentre guardavo visi

piuttosto che mentre guardavo oggetti,

e questo è ciò che ho visto.

Questa immagine è orrenda,
secondo gli standard di oggi,

ma a quei tempi
mi sembrava bellissima.

Ci mostra che quella regione laggiù,

quel piccolo grumo,

ha circa le dimensioni di un'oliva

e si trova sul fondo del mio cervello

a circa 2-3 cm di profondità
da questo punto qui.

E ciò che quel punto del mio cervello
sta facendo

è produrre una risposta alla
risonanza magnetica più alta,

cioè un'attività cerebrale più alta,

quando guardavo i volti

rispetto a quando guardavo oggetti.

È interessante,

ma come facciamo a sapere
che non è un caso?

Beh, il modo più facile

è ripetere l'esperimento di nuovo.

Sono quindi tornata nello scanner,

ho guardato più volti e più oggetti

ed è riapparso un grumo simile,

quindi l'ho fatto un'altra volta

e un'altra ancora

e ancora e ancora,

e a quel punto

ho deciso di credere che fosse vero.

Però, forse c'è qualcosa di strano
nel mio cervello

e nessun altro ha una cosa
del genere,

per capirlo, abbiamo scansionato
anche altre persone

e scoperto che praticamente tutti

hanno quell'area per riconoscere i visi

in una zona simile del cervello.

La domanda successiva era quindi,

cosa fa veramente questa cosa?

È veramente specializzata solo
nel riconoscimento facciale?

Beh, forse no, giusto?

Forse non risponde solo ai volti

ma ad ogni parte del corpo.

Forse risponde a tutto ciò che è umano

o tutto ciò che è vivo

o tutto quel che è tondo.

L'unico modo per assicurarsi
che quel punto

è specializzato in riconoscimento facciale

è escludere tutte le altre ipotesi.

Abbiamo quindi passato buona parte
dei successivi due anni

scansionando soggetti che guardavano

un sacco di immagini diverse,

dimostrando che quella parte del cervello

reagisce molto quando si guardano

immagini con volti di ogni tipo,

ma reagisce molto meno

ad altre immagini che non siano
quelle di visi,

come queste.

Abbiamo quindi tolto ogni dubbio

che quest'area serve
al riconoscimento facciale?

No.

L'imaging cerebrale non riesce a dirci

se un'area è necessaria per qualcosa.

Tutto quello che può fare

è vedere zone accendersi e spegnersi

a seconda dei pensieri delle persone.

Per sapere se una parte del cervello

è necessaria ad una determinata funzione

dovresti metterci le mani e vedere
cosa succede,

e di solito non possiamo farlo.

Ma un'opportunità straordinaria
si è presentata

di recente, quando un coppia
di miei colleghi

fece un test su quest'uomo con l'epilessia

e che vedete qui nel suo letto d'ospedale

con degli elettrodi posti

sulla superficie del cervello

per identificare la causa degli attacchi.

Per puro caso si è scoperto

che due degli elettrodi

si trovavano esattamente sulla zona
che reagisce ai volti.

Con il consenso del paziente,

i dottori gli hanno chiesto cosa sentiva

quando gli stimolavano elettricamente
quella parte del cervello.

Il paziente non sa

dove si trovano gli elettrodi

e non ha mai sentito parlare
di zona facciale.

Vediamo cosa succede.

Inizierà con una fase di riferimento

indicata con "Sham" quasi invisibile

in rosso in basso a sinistra,

per quando non c'è passaggio di corrente

e sentirete il neurologo parlare
al paziente prima. Guardiamo.

(Video) Neurologo: Ok, guarda il mio viso

e dimmi cosa succede quando faccio così.

Va bene?

Paziente: Ok.

Uno, due, tre.

Paziente: Nulla.
Neurologo: Nulla? Ok.

Lo farò un'altra volta.

Guarda il mio viso.

Uno, due, tre.

Sei appena diventato qualcun altro.

Il tuo viso si è trasformato.

Il tuo naso è diventato floscio,
si è spostato a sinistra.

Assomigliavi quasi a qualcuno
che ho già visto prima,

ma qualcun altro.

È stato un bel trip.

(Risate)

Perciò questo esperimento...

(Applausi)

questo esperimento toglie ogni dubbio

che questa zona del cervello non solo

reagisce selettivamente ai volti

ma è anche coinvolta in modo causale
nel riconoscimento facciale.

Vi ho quindi elencato tutti quei dettagli

sulla zona facciale
che spiegano cosa serve

per stabilire con certezza
che un'area del cervello

è selettivamente coinvolta
in un preciso processo mentale.

Ora, elencherò più velocemente

alcune altre regioni specializzate
del cervello

che noi ed altri abbiamo scoperto.

Per fare ciò, ho passato parecchio tempo

nello scanner durante l'ultimo mese

per mostrarvi queste cose
nel mio cervello.

Cominciamo quindi.
Questo è il mio emisfero destro.

Siamo orientati così.
Guardatemi la testa da questa parte.

Togliete il cranio

e guardate la superficie
del cervello così.

Ok, come potete vedere,

la superficie è tutta ripiegata.

Non va bene.
Rimangono nascoste delle cose.

Vogliamo vedere tutto quanto,

quindi gonfiamolo per vedere tutto.

Poi, troviamo quell'area facciale
di cui parlavo

che reagisce a immagini come queste.

Per capire, ruotiamo il cervello

e guardiamo la superficie
interna sul fondo

ed eccola lì, quella è la mia
zona facciale.

Sulla destra c'è un'altra regione

evidenziata in viola

che reagisce quando si analizzano
informazioni a colori,

e lì vicino ci sono altre regioni

coinvolte nella percezione dei luoghi,

come ora, sto vedendo questo
spazio intorno a me

e quelle regioni in verde

sono molto attive.

C'è un'altra zona sulla superficie esterna

dove si trova un'altra coppia
di zone facciali.

E qui vicino

c'è una regione coinvolta

nell'analisi visuale dei movimenti,

come questi puntini qui,

ed è quella gialla in basso,

e lì vicino c'è una regione che reagisce

quando guardiamo immagini di corpi
e zone del corpo

come questi, e la regione
è evidenziata in verde

sul fondo del cervello.

Tutte le regioni che vi ho mostrato finora

sono coinvolte in specifici aspetti
della percezione visiva.

Abbiamo anche zone
dell'encefalo specializzate

per altri sensi, come l'udito?

Sì, certo. Se ruotiamo il cervello di poco

c'è un'area in blu scuro

che abbiamo segnalato solo
un paio di mesi fa

e che reagisce notevolmente

quando sentiamo suoni
con toni precisi, come questi.

(Sirene)

(Musica di violino)

(Campanello di una porta)

Al contrario, quella stessa regione
non reagisce in modo così forte

quando sentiamo suoni familiari

senza un tono preciso, come questi.

(Sgranocchio)

(Rullo di tamburi)

(Sciacquone)

Ok. Vicino alla regione dei toni

c'è un'altra serie di regioni
che reagiscono

quando sentiamo
il suono di voci umane.

Ok, ora riguardiamo tutte le aree.

Nel mio emisfero sinistro,
sono poste in modo simile

non identico, ma simile

e la maggior parte è presente,

anche se in dimensioni diverse.

Tutto quello che vi ho mostrato finora

sono regioni coinvolte
in diversi aspetti della percezione,

la vista e l'udito.

Abbiamo anche zone specializzate

per complessi, affascinanti,
processi mentali?

Sì, le abbiamo.

Qui in rosa vedete
le mie aree del linguaggio.

Sappiamo già da molto tempo

che quella parte del cervello

è legata all'elaborazione del linguaggio,

ma abbiamo mostrato solo di recente

che quelle zone rosa

reagiscono in modo estremamente selettivo.

Reagiscono quando capiamo
il significato di una frase,

ma non quando svolgiamo
altre attività complesse

come il calcolo a mente

o ricordarsi delle informazioni

o apprezzare la struttura complessa

di un brano musicale.

L'area più sorprendente scoperta finora

è quella qui indicata in turchese.

Questa regione reagisce

quando pensiamo a cosa
sta pensando un'altra persona.

Può sembrare assurdo,

ma in realtà, noi umani
lo facciamo continuamente.

Lo si fa quando ci si accorge

che il partner si preoccuperà

se non si chiama casa per dire
che si è in ritardo.

Lo sto facendo proprio ora
con quella parte di cervello

quando mi accorgo che voi

probabilmente vi state chiedendo

di quel territorio
grigio e inesplorato del cervello,

che succede lì?

Beh, me lo chiedo anch'io,

stiamo conducendo molti test
nel mio laboratorio

per trovare una serie di altre

possibili specializzazioni cerebrali

per altre funzioni mentali
molto specifiche.

La cosa importante però,
è che non credo che abbiamo

zone cerebrali specializzate

per ogni processo mentale importante,

persino processi essenziali
alla sopravvivenza.

In realtà, qualche anno fa,

un mio scienziato

si convinse

di aver trovato una zona cerebrale

per riconoscere il cibo,

poiché reagiva molto nello scanner

quando le persone guardavano
immagini come questa.

Non solo, trovò una reazione simile

più o meno nella stessa zona

in 10 soggetti su 12.

Andò quindi su di giri,

correndo per il laboratorio

dicendo a tutti che sarebbe
andato da "Oprah"

grazie alla sua grande scoperta.

Ma poi escogitò il fatidico test:

mostrò ai suoi soggetti delle immagini
di cibo come questa

confrontandole con immagini molto simili

in colore e forma, ma che non erano cibi,
come queste.

E quella regione reagiva allo stesso modo

per entrambi i gruppi di immagini.

Non era un'area "del cibo"

ma solo una regione a cui piacciono
colori e forme.

Niente più "Oprah".

Ma allora la domanda, ovviamente, è

come elaboriamo tutte quelle altre cose

per cui non abbiamo regioni specializzate?

Beh, penso che la risposta sia che oltre

a queste componenti altamente
specializzate che ho descritto,

abbiamo anche un sacco di meccanismi
per scopi generici nelle nostre teste

che ci permettono di affrontare

ogni problema che si presenti.

Infatti, abbiamo recentemente dimostrato

che queste regioni qui in bianco

reagiscono ogni volta che si compie
una difficile attività mentale

qualunque —

o meglio, una delle sette
che abbiamo testato.

Quindi ognuna delle zone cerebrali

che oggi vi ho descritto

si trova pressoché nella stessa posizione

in ogni soggetto normale.

Potrei scegliere chiunque,

buttarlo nello scanner,

e ritrovare ciascuna delle zone
nel suo cervello,

e assomiglierebbe molto al mio cervello

anche se alcune zone sarebbero
un po' diverse

in posizione e dimensioni esatte.

Quello che per me è importante
di questo lavoro

non è la posizione esatta
delle zone cerebrali

ma il semplice fatto
che tanto per cominciare

abbiamo componenti
specifiche, selettive,

di mente e cervello.

Potrebbe essere diversamente.

Il cervello avrebbe potuto
essere un singolo

processore per tutti gli usi,

più come un coltello da cucina

che come un coltellino svizzero.

Invece, quello che l'imaging cerebrale
ci ha fornito

è un ricco e interessante ritratto
della mente umana.

Quindi abbiamo quest'idea
di un apparato dallo scopo

molto generico

in aggiunta ad una sorprendente gamma

di componenti super specializzati.

Siamo agli inizi di questa impresa.

Abbiamo solo dato le prime pennellate

del nostro ritratto neurale
della mente umana.

Le domande fondamentali
sono ancora senza risposta.

Per esempio, cosa fa esattamente
ognuna di queste regioni?

Perché ci servono tre aree facciali

e tree aree per i luoghi,

e come si suddividono i compiti tra loro?

Secondo, come sono connesse
tutte queste cose

all'interno del cervello?

Con l'MRI a tensore di diffusione

si possono tracciare fasci di neuroni

che connettono le diverse zone cerebrali,

e con il metodo che vedete qui,

si possono tracciare le connessioni
di singoli neuroni nel cervello,

che in teoria un giorno potrebbero
mostrarci un diagramma

dell'intero cervello umano.

Terzo, come può essersi formata

tutta questa struttura così sistematica,

sia durante lo sviluppo infantile

che durante l'evoluzione
della nostra specie?

Per rispondere a questo
tipo di domande

gli scienziati stanno ora scansionando

altre specie di animali,

a anche dei bambini.

Molte persone giustificano i costi elevati
della ricerca neuroscientifica

sottolineando che un giorno
potrebbe aiutarci

a curare disturbi cerebrali come
l'Alzheimer e l'autismo.

È un obiettivo decisamente importante,

e sarei entusiasta se il mio lavoro
vi contribuisse,

ma riparare ai mali del mondo

non è l'unica cosa a cui valga
la pena dedicarsi.

Lo sforzo di capire la mente
e il cervello umani

sarebbe utile anche se
non conducesse alla cura

di una singola malattia.

Quello che sarebbe
ancora più eccitante

che capire i meccanismi fondamentali

alla base dell'esperienza umana,

è capire, in sostanza, chi siamo?

È questa, credo, la più grande
ricerca scientifica

di tutti i tempi.

(Applausi)