Dai sensi alla percezione, è il nostro cervello che disegna il mondo che ci circonda

Dalla Sissa di Trieste nuove indicazioni sui meccanismi che permettono la combinazione dei diversi segnali sensoriali e la loro memorizzazione

[12 febbraio 2018]

Come vengono elaborati i segnali acquisiti dai nostri sensi al fine di fornirci una rappresentazione del mondo che ci circonda? Per decenni gli studiosi si sono interrogati su come il nostro cervello riesca a dare un senso alle informazioni che raccogliamo attraverso i nostri sensi. Alcuni aspetti fondamentali sono ben noti: le cellule sensoriali convertono gli stimoli esterni, come la luce, le vibrazioni della pelle o la pressione dell’aria, in segnali elettrici che vengono poi elaborati dalla corteccia cerebrale per trasformarsi in un’esperienza consapevole. Ma l’attività neuronale non si traduce in un’esperienza percettiva cosciente fino a che non viene elaborata dalla corteccia cerebrale. I segnali sensoriali raggiungono dapprima la corteccia sensoriale primaria, dove vengono rappresentate le caratteristiche più semplici e basilari degli stimoli, per raggiungere poi aree corticali di più alto livello, dove le popolazioni neuronali codificano combinazioni complesse di proprietà sensoriali. Infine gli stimoli sensoriali acquistano significato, una volta confrontati con quelli che sono i nostri ricordi più o meno recenti e con le nostre aspettative. Nonostante questi processi siano stati confermati da innumerevoli studi, i meccanismi fisiologici sottostanti sono ancora incompresi.

Un’impresa in cui si sono cimentati alcuni ricercatori della Scuola internazionale superiore di studi avanzati (Sissa) di Trieste, riuscendo adesso a svelare il ruolo di una regione cerebrale (nota come corteccia parietale posteriore) nella percezione, grazie a due diversi studi pubblicati rispettivamente sulle riviste Neuron e Nature.

Nella ricerca ospitati su Neuron, i ricercatori sono partiti da un assunto ben noto. Nella vita di tutti i giorni, una volta che abbiamo acquisito familiarità con le proprietà sensoriali di un oggetto (ad esempio, una banana), siamo in grado di riconoscerlo indipendentemente dal senso con cui lo percepiamo, sia esso la vista, il tatto o il gusto: lo studio condotto dalla Sissa ha però mostrato che l’uso congiunto dei due canali sensoriali permette evidentemente una migliore rappresentazione dell’oggetto. «Poiché gli stimoli sensoriali provengono da oggetti reali con molteplici caratteristiche fisiche, è ragionevole aspettarsi che i sensi si siano evoluti per funzionare in modo combinato – commenta il ricercatore Nader Nikbakht – Nel sistema nervoso dei mammiferi, i circuiti neuronali si sono evoluti in modo da integrare le diverse modalità e potenziare così la qualità della percezione. Il riconoscimento di un oggetto va al di là della somma dei singoli sensi». La corteccia parietale posteriore compie «un passaggio fondamentale – aggiunge Mathew Diamond – nell’elaborazione complessiva compiuta dalla corteccia, facendo in modo che le cose che appartengono al mondo che ci circonda possano essere riconosciute indipendentemente dal senso che utilizziamo. Questa percezione “sovramodale” favorisce la costruzione di una rappresentazione molto più astratta di quella basata su semplici caratteristiche dell’oggetto».

Nell’altro studio pubblicato sulla rivista Nature, Athena Akrami e co-autori hanno esaminato come si forma e si mantiene la memoria sensoriale. Immaginate – spiegano dalla Sissa – di aver perso il cellulare. La suoneria, che si ripete ogni due secondi, vi avvisa di una chiamata in arrivo: il telefono deve essere da qualche parte ma non sapete dove. Mentre lo cercate spostandovi da una stanza all’altra, tenete a mente il volume dell’ultimo squillo per confrontarlo con il successivo e capire così se vi state avvicinando o allontanando. Ma con che precisione si mantiene il ricordo dell’ultimo squillo? Già da diversi anni i neuroscienziati hanno osservato che, non appena la sensazione si affievolisce, il ricordo prende le sembianze della media aritmetica dei segnali più recenti, che forma una conoscenza “a priori” dello stimolo in questione. I meccanismi responsabili di questo fenomeno noto come “contraction bias” sono però ancora sconosciuti.

Lo studio di Akrami si è dunque focalizzato sulla PPC – la stessa regione cerebrale studiata da Nikbakht e co-autori, nota per il suo ruolo nella formazione della memoria –, silenziandone con l’optogentica il funzionamento in alcuni ratti durante un esperimento in laboratorio. E grazie alle osservazioni prodotte, per la prima volta, i neuroscienziati hanno un’indicazione dei circuiti corticali che permettono di formare un modello statistico degli eventi precedenti. «Questi due lavori – commenta Diamond – dimostrano due ruoli molto diversi della stessa area cerebrale, la corteccia parietale posteriore, analizzando il coinvolgimento di tre modalità sensoriali differenti. Ciò dimostra una grande adattabilità dei processi corticali. La corteccia sensoriale primaria riceve segnali dagli organi di senso e trasmette un messaggio preciso a proposito del mondo circostante. Ma in tutti i passaggi successivi, la funzione svolta dalla corteccia cambia continuamente a seconda del compito che l’individuo o l’animale deve svolgere. Capire come la corteccia possa comprendere di cosa ci sia bisogno e come sappia adattarsi di conseguenza è una sfida enorme per il futuro».