Come pensa? - Christina Cherry

Come si sviluppa l’ordine del nostro pensiero e cosa lo disturba? È possibile che possiamo presto comprendere i principi del pensiero e aiutare i malati. Ma possiamo anche leggere le menti? Oggi è possibile fare molto con i sistemi tecnici, ma si dovrebbe fare di più per essere in grado di leggere correttamente le menti.

I gruppi di neuroni che sono attivi insieme durante un certo pensiero sono probabilmente il correlato cellulare del pensiero, che sono coalizioni flessibili a breve termine (i cosiddetti "assiemi") che possono formare nuovi gruppi ancora e ancora.
Le assemblee non devono necessariamente essere spazialmente adiacenti, ma sono spesso distribuite sulla corteccia cerebrale. I metodi di riconoscimento dei modelli, che sono collegati a un sistema di imaging, possono apprendere la distribuzione dell’attività specifica di un pensiero nella corteccia e quindi "leggere" il pensiero in seguito dall’attività del cervello..
Tuttavia, è improbabile che sarà possibile rilevare pienamente la piena ricchezza del pensiero individuale attraverso tali metodi, poiché i processi mentali infinitamente molti, in alcuni casi non verbalizzabili, di una persona si trovano di fronte a un numero infinito di combinazioni di segnali neuronali.

Onur Güntürkun è un biopsicologo presso la Ruhr University di Bochum. Dopo essersi diplomato al liceo in Turchia, ha studiato e ottenuto il dottorato in psicologia a Bochum ed è stato poi postdoc a Parigi, San Diego e Costanza. È membro della National Leopoldina Academy e ha ricevuto numerosi premi come il premio Alfried Krupp, la medaglia Wilhelm Wundt, il premio al merito del Parlamento turco, il premio Leibniz e il premio Communicator. Nella sua ricerca, cerca di capire come nasce il pensiero.

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Come nasce l’ordine del pensiero? È possibile che capiremo presto i principi alla base.

Penso sempre. Ho provato a smettere di pensare molte volte; creare un vuoto in me e quindi imparare di più sulla struttura dei miei pensieri confrontando questo vuoto con il mio pensiero quotidiano. Non ci sono mai riuscito. In meditazione, si dice, questo è possibile dopo una lunga pratica. Un giorno probabilmente dovrò intraprendere l’allenamento di meditazione per arrivare in fondo al mio pensiero in uno spazio vuoto.

Osservo in me stesso che il mio pensiero cambia costantemente il suo carattere. A volte è sbiadito oltre il riconoscimento; un noioso caos di schegge di pensiero e immagini senza parole che si allineano e si sovrappongono. A volte, per brevi momenti, sto solo vedendo, sentendo o ascoltando. A volte il mio pensiero improvvisamente salta a qualcosa di nuovo e non so perché. E a volte il mio pensiero è cristallino. Un pensiero lucido mi porta per ore attraverso la complessa rete di argomenti e riconosco facilmente la struttura interna dell’oggetto su cui sto lavorando mentalmente. In tempi come questi, pensare è un piacere sontuoso. Come psicologo e ricercatore del cervello, cerco di comprendere le basi neuronali del pensiero. Per questa ricerca abbiamo bisogno dell’intera gamma metodologica di neuroscienze cognitive. Nelle colture cellulari, ad esempio, vengono realizzate composizioni ibride di cellule nervose e microchip per condurre un dialogo biologico-tecnico ancora primitivo con piccoli gruppi di cellule nervose. Negli esperimenti sugli animali, un’ampia varietà di specie animali impara a risolvere i compiti che i ricercatori hanno ideato, registrando contemporaneamente l’attività di dozzine delle loro cellule nervose e cercando di decifrare le attività secondarie che i singoli neuroni svolgono.

Questi esperimenti rivelano che i neuroni funzionano come piccole ruote dentate di un’enorme macchina assumendo compiti secondari di una grande struttura funzionale. In altri esperimenti, gli scienziati ricostruiscono i complessi processi nel cervello umano e riescono a isolare i singoli blocchi di pensiero e le loro firme neurali associate. Negli studi clinici, le persone paralizzate sono dotate di elettrodi nel o sul cervello per consentire loro di controllare le sedie a rotelle e le braccia robotiche semplicemente con il potere dei loro pensieri o di comunicare con il loro ambiente scrivendo. Tutte queste intuizioni ci aiutano a capire meglio come funzionano, pensare, ricordare, decidere e agire e perché questi processi a volte falliscono. La ricerca di base guidata dalla curiosità rende possibile l’applicazione clinica successiva. Una volta che abbiamo decifrato le firme psicologiche e neurali del pensiero, possiamo aiutare molte persone con malattie e disabilità. Ma possiamo anche leggere le menti? Tutti questi risultati potrebbero forse portare al fatto che la toccante canzone popolare "I pensieri sono liberi" può essere cantata solo con un retrogusto amaro perché siamo diventati vitrei nel nostro pensiero?

Nulla è più importante per la ricerca di una teoria che guida la sperimentazione e aiuta il ricercatore a convertire i dati ottenuti in conoscenza reale. Probabilmente la teoria più fondamentale della neuroscienza cognitiva fu formulata nel 1949 dallo psicologo canadese Donald Hebb nel suo libro "L’organizzazione del comportamento: una teoria neuropsicologica". Hebb specifica tre postulati che servono ancora come modello base della ricerca neuroscientifica di oggi.

Il primo postulato è che i neuroni che sono attivi insieme (e quindi “sparano” insieme nel gergo delle neuroscienze) sviluppano sinapsi più efficaci tra loro. Voglio spiegarlo usando un esempio. Immaginiamo di esserti trasferito in un altro appartamento e di cucinare nella tua nuova cucina per la prima volta. Mentre la padella sfrigola, inclinati in avanti per prendere una spezia. Parte delle cellule nervose nel cervello sta attualmente elaborando la situazione: "Sono in piedi davanti al fornello", "Le spezie sono davanti a me", "Raggiungo i barattoli di spezie" e così via. In quel momento, ti scontri dolorosamente con la cappa aspirante. Altre cellule nervose riportano immediatamente: "Dolore alla fronte", "La cappa aspirante pende più in basso rispetto alla vecchia cucina" e così via. Tutte le cellule nervose elencate in questa scena immaginaria ora sparano insieme per un breve momento. Questo rafforza il legame sinaptico tra di loro. Un legame sinaptico più forte significa che la prossima volta che cucinerai sulla tua nuova stufa, le cellule nervose che elaborano la tua situazione attuale saranno nuovamente attive (ad esempio, "Sono in piedi davanti alla stufa"). L’attivazione di questi neuroni, tuttavia, è ora in grado di attivare quelle cellule nervose che hanno elaborato la collisione dolorosa in quel momento grazie ai forti contatti sinaptici. Questo ti aiuterà a ricordare quanto ti ha fatto male quando hai cucinato e che hai bisogno di un nuovo modello di movimento per condire la padella senza danneggiarla.

Il primo postulato di Donald Hebb (i neuroni che si accendono insieme, si uniscono) ha dimostrato di essere assolutamente neurobiologicamente corretto. Per quanto semplice possa sembrare questo postulato, la soluzione proposta a un problema fondamentale nella ricerca sul cervello è geniale: come si organizza il cervello e come integra le esperienze di vita senza l’esistenza di un sistema di controllo di livello superiore che dice al cervello come farlo per? Oggi sappiamo che secondo la regola di Hebb, le sinapsi si rafforzano correlando l’attività dei neuroni che sparano contemporaneamente. Questo organizza la formazione della memoria del nostro cervello attraverso il verificarsi comune di eventi, che sono quindi associati neuronicamente.

Per te come lettore di questo articolo, questo significa che sto cambiando il tuo cervello. Milioni di neuroni nel sistema nervoso stanno attualmente elaborando il contenuto di questa pagina. Le sinapsi su cui entrambe le cellule nervose coinvolte sono attualmente attive con successo passano quindi attraverso una complessa catena di processi molecolari, al termine della quale si ottiene il rafforzamento di queste sinapsi. Se ricordi questo articolo domani, ho modificato con successo il tuo cervello.

Il secondo postulato di Hebb è che le cellule nervose formano coalizioni flessibili a breve termine (i cosiddetti assemblaggi), che rappresentano quindi un oggetto, un’intenzione di agire o un pensiero. A questo punto è importante definire esattamente cosa si intende per coalizione neurale. Ad esempio, un Neurone A può far parte dell’assemblea "Herd", sparare qualche minuto dopo nell’assemblea "Desk" e tacere poco dopo quando pensi alla tua auto. D’altra parte, un Neuron B potrebbe rimanere inattivo con "stufa", ma sparare con "scrivania" e "macchina". Tuttavia, se dovessi imparare qualcosa di nuovo sulla tua scrivania, le composizioni possono cambiare, cosicché Neuron A, per esempio, cessa di essere membro di questa assemblea. Se non hai mai sentito il termine assembly in questo contesto, in questo momento potrebbe formarsi una nuova costellazione di cellule nervose nella corteccia cerebrale, che attraverso l’attività articolare aumenta l’efficienza sinaptica all’interno di questo gruppo (primo postulato di Hebbian) e delle associazioni sono stati stabiliti altri termini simili (vale a dire con assemblee create in precedenza nel cervello).

Ogni volta che ascolti o leggi la parola assemblea in futuro o quando pensi ai correlati neurali del pensiero, attiverai esattamente questa nuova costellazione di cellule nervose. E se arrivate a nuove intuizioni da questo pensiero, la vostra assemblea per il termine "assemblea" cambierà nella composizione dei suoi membri neurali.

È importante notare che i neuroni che formano un’assemblea non devono necessariamente essere spazialmente adiacenti. Al contrario, è probabile che si diffondano su diverse aree della corteccia cerebrale. Facciamo il montaggio per la stufa nella tua cucina. "Herd" è una parola in lingua tedesca e quindi un numero di neuroni nell’area linguistica dell’emisfero sinistro farà parte dell’assemblea "Herd".

Anche il tuo focolare ha un certo aspetto e quindi le cellule nervose nell’area del tuo sistema visivo parteciperanno a questa assemblea. Dato che azionate spesso i pulsanti sul focolare, anche le cellule nervose vicino ai centri motori delle mani faranno parte del gruppo "fornello". Probabilmente Donald Hebb aveva ragione anche con il suo secondo postulato, sebbene non vi siano ancora prove definitive delle assemblee di Hebb. Anche se il concetto di assemblee è attualmente ancora parzialmente controverso, i neuroscienziati concordano sul fatto che grandi gruppi di neuroni sono attivi nel cambiare le combinazioni di pensiero. Questi modelli di attività migrano rapidamente attraverso la superficie della corteccia cerebrale, con lo stesso contenuto di pensiero solitamente associato a modelli di attività simili. Ciò consente ai ricercatori del cervello in una certa misura di capire a cosa sta pensando una persona.

Ma poiché ogni cervello è molto più unico di un’impronta digitale, un computer deve prima imparare i modelli di attività del cervello di una determinata persona. Per fare ciò, la persona viene posizionata in uno scanner e lo sperimentatore mostra ripetutamente una A o una B su un monitor. Ognuna di queste lettere porta a uno specifico modello di attivazione nel cervello, che viene appreso da un computer. Ora la configurazione sperimentale può essere cambiata: a volte viene ancora mostrata una A o una B, ma lo sperimentatore non sa più quale lettera solo appare sul monitor. Ora deve indovinarlo dai modelli di attivazione del cervello.

A questo livello semplice, la lettura della mente funziona già abbastanza bene. Puoi spingere questi esperimenti al punto in cui puoi avere un quadro estremamente approssimativo di ciò a cui una persona sta pensando mentre inizia a sognare o quale delle due alternative sceglierà tra pochi secondi. Affinché tutti questi studi abbiano successo, l’argomento deve essere preventivamente confrontato con una serie di stimoli in modo che il computer possa apprendere i singoli modelli di attivazione del cervello di ogni persona per ogni stimolo. Il terzo postulato hebbiano afferma che le assemblee sono organizzate in sequenze in modo che la fine dell’attività di un’assemblea segna l’inizio dell’attività successiva. Questo potrebbe forse rappresentare la base neurale per il flusso ininterrotto di pensieri che tutti sperimentiamo. Verificare l’accuratezza di questo postulato è un compito difficile. In effetti, si osserva che le cellule nervose in aree come l’ippocampo, che è importante per la formazione della memoria, sono organizzate in stagioni temporali e in che modo le assemblee in altre aree del cervello potrebbero agire da pacemaker. E ci sono molti studi che dimostrano che i neuroni nei piccoli circuiti sono attivi in schemi di sequenza ricorrenti. Il problema con l’attuale ricerca sul cervello non è tanto i piccoli circuiti ripetitivi. La domanda è piuttosto: con quale meccanismo le assemblee si organizzano più e più volte su nuove sequenze in modo flessibile. Molto probabilmente, molte assemblee competono per essere le prossime nella catena. Come è possibile selezionare l’assieme successivo e come impedire la sovrapposizione costante di catene di assemblaggio diverse fa parte di una parte che non è stata ancora chiarita in modo soddisfacente mistero.

La ricerca sui fondamenti neurali del pensiero è probabilmente la sfida più fondamentale nelle neuroscienze. La nostra capacità di pensare in modo complesso ci ha resi umani e i disturbi del pensiero sono fondamentali per molte malattie del cervello. Molte ricerche scientifiche di base sono ancora necessarie per comprendere i principi neurali del pensiero in misura tale da poter chiarire i problemi di base causali delle varie malattie del cervello.

Nel frattempo, la maggior parte delle procedure neurologiche terapeutiche e psichiatriche devono alleviare i sintomi piuttosto che le cause della malattia. Ma la ricerca neuroscientifica nel pensiero ha anche creato un sottoprodotto in aggiunta a molti risultati per l’applicazione clinica, il che può significare un drammatico aumento della qualità della loro vita per molti pazienti. Le persone con paralisi completa o estesa dipendono attualmente dal loro ambiente per la loro cura e per la realizzazione di desideri semplici. Come spiegato sopra, le firme dell’intenzione di agire possono essere identificate in ogni cervello. Non è nemmeno necessario utilizzare uno scanner di grandi dimensioni qui, ma può semplicemente derivare i correlati neurali dalle intenzioni di azione con semplici elettrodi incollati sul cuoio capelluto. Addestrando sistematicamente i rivelatori di modelli, i sistemi tecnici saranno in seguito in grado di manovrare le sedie a rotelle, ad esempio. Per azioni più complesse eseguite da mani robotiche, ad esempio, è necessario impiantare piccoli elettrodi sulla corteccia del paziente o all’interno della stessa. Questo dà al paziente una terza mano tecnica con la quale possono fare molte cose quotidiane.

Se siamo già in grado di leggere immagini, parole e decisioni semplici dal cervello dei soggetti di prova oggi, dobbiamo temere che presto vedremo gli occhiali? Quali sono i limiti dello sviluppo tecnico e scientifico della lettura della mente? Se la risoluzione degli scanner o dei metodi elettrofisiologici migliorerà nel prossimo futuro, ovviamente aumenterà anche la qualità del segnale neurale letto. Gli scanner attuali con intensità di campo magnetico molto elevate sono tuttavia già vicini al limite superiore fisicamente ragionevole della risoluzione. Molto probabilmente le procedure elettrofisiologiche non raggiungeranno mai questa risoluzione. Ciò significa che non abbiamo ancora raggiunto il limite, ma ci stiamo avvicinando ai limiti tecnici che queste tecnologie comportano. Con la capacità di elaborazione dei computer che aumenta simultaneamente, potrebbe essere possibile entro i prossimi due o due decenni, non solo categorie approssimative di pensiero ("uomo", "strada", "macchina"), ma anche pensieri più differenziati, come quelli di uno per catturare una scena specifica, una persona specifica o una parola. Linee di pensiero complesse non sarebbero ancora comprensibili. Inoltre, si deve menzionare una condizione al contorno in queste considerazioni.

Tutte le precedenti indagini sono state condotte solo da soggetti di test altamente cooperativi che osservano il materiale dello stimolo immobile per ore in modo che lo scanner possa apprendere le loro corrispondenti attività cerebrali. Più tardi, nella fase di test attuale, anche questi soggetti del test si attengono al protocollo di test e pensano, ad esempio, esattamente all’immagine o alla parola che il computer dovrebbe catturare nel loro cervello. Una volta utilizzati questi sistemi per condannare potenziali criminali, sarà probabilmente chiaro quali contromisure mentali le persone possono sviluppare e che non vogliono rivelare il loro pensiero.

E se una rivoluzione tecnica di domani ci fornisse uno strumento completamente nuovo che potremmo usare per registrare l’attività di praticamente tutti i neuroni? A uno scenario così fittizio non si può dare una risposta ragionevole. Ma ho il sospetto che anche un sistema così ad alta risoluzione non possa risolvere il problema della lettura della mente completa. Questo problema sta nella correlazione del segnale mentale e del segnale neurale. In tale scenario, il numero teoricamente infinito di processi mentali di una persona è anche contrastato da combinazioni quasi infinite di segnali neuronali. Questi devono prima essere mappati l’uno sull’altro. Per fare ciò, il soggetto del test dovrebbe pensare a un numero estremamente elevato di pensieri diversi e comunicarli con precisione in modo che i rivelatori di pattern apprendano i segnali neuronali associati. Quanto tempo ci vuole prima che tu abbia pensato e raccontato così tante cose diverse, finché il rivelatore di schemi non può dirmi cosa voglio tenere per me? E poi c’è un altro grosso problema, è stato delineato all’inizio: il mio pensiero è tutt’altro che abbastanza chiaro da poterlo sempre comunicare con precisione. Prendo coscienza solo di parte del mio pensiero e posso solo esprimere a parole parte del mio pensiero cosciente. Il resto del mio pensiero è inaccessibile a me stesso, ma contribuisce ai segnali neurali che i sistemi futuri potrebbero catturare.

Penso che rimanga così: i pensieri sono liberi.

neurone

Il neurone è una cellula del corpo specializzata nella trasmissione del segnale. È caratterizzato dalla ricezione e dalla trasmissione di segnali elettrici o chimici.

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