Un team di ricerca della New York University sta impiegando l’apprendimento automatico per analizzare i dati sull’attività del cervello umano e svelare i meccanismi sottostanti la produzione del linguaggio.
Dal concetto alla frase: come il cervello umano costruisce il linguaggio
In un recente studio, il gruppo, guidato dal professore associato Adeen Flinker e dal ricercatore Adam Morgan, ha approfondito il modo in cui il cervello assembla le frasi partendo da singole parole. Utilizzando l’elettrocorticografia ad alta risoluzione (ECoG), hanno cercato di verificare se le scoperte ottenute con compiti linguistici più semplici, come nominare immagini, fossero estendibili al processo cognitivamente più complesso della formazione delle frasi.
Lo studio ha coinvolto dieci pazienti neurochirurgici in trattamento per l’epilessia. Questi partecipanti hanno svolto compiti linguistici che includevano sia la pronuncia di parole isolate sia la formulazione di frasi complete per descrivere scene di cartoni animati. I ricercatori hanno applicato l’apprendimento automatico alle registrazioni ECoG, acquisite direttamente dagli elettrodi posizionati sulla superficie cerebrale di ciascun partecipante.
Inizialmente, il team ha mappato le distinte “firme” neurali associate a sei parole pronunciate singolarmente. Successivamente, ha monitorato come questi stessi schemi si modificassero e si evolvessero quando le parole venivano integrate in frasi complete.
La scomposizione neurale della sintassi
Lo studio ha rivelato che, sebbene i modelli di attività del cervello per le singole parole rimangano costanti attraverso diversi compiti linguistici, il modo in cui tali parole vengono organizzate ed elaborate dipende fortemente dalla struttura della frase. Nelle aree sensomotorie, l’attività neurale rifletteva fedelmente l’ordine in cui le parole venivano pronunciate.
Nelle regioni prefrontali, e in particolare nei giri frontali inferiore e medio, la strategia di codifica si è dimostrata differente. Queste aree non solo rappresentavano le parole che i partecipanti intendevano pronunciare, ma registravano anche la funzione grammaticale di ciascuna parola, come il suo ruolo di soggetto o complemento oggetto, e la sua posizione all’interno della struttura generale della frase.
I ricercatori hanno inoltre scoperto che durante costruzioni passive, come l’esempio “Frankenstein è stato colpito da Dracula”, la corteccia prefrontale manteneva attivi entrambi i nomi per l’intera durata della frase. Anche mentre una parola veniva pronunciata, l’altra rimaneva attiva nel cervello. Questa codifica continua e simultanea suggerisce che la formazione di frasi grammaticalmente complesse o non standard richiede al cervello di conservare e gestire più elementi contemporaneamente, probabilmente coinvolgendo una maggiore memoria di lavoro.
È interessante notare come questa dinamica sia in linea con un’osservazione consolidata in linguistica: la maggior parte delle lingue del mondo privilegia la collocazione dei soggetti prima degli oggetti. I ricercatori ipotizzano che ciò possa essere dovuto, in parte, a una questione di efficienza neurale. L’elaborazione di strutture meno comuni, come le forme passive, sembra infatti richiedere un maggiore sforzo cognitivo, un fattore che, nel corso dell’evoluzione, potrebbe aver influenzato i modelli linguistici prevalenti.
Oltre la linearità
Il recente studio sulla produzione del linguaggio offre una prospettiva profonda e dettagliata sulla complessa “coreografia corticale” che sottende la formazione delle frasi. Questo lavoro non solo fornisce uno sguardo ravvicinato ai meccanismi neurali coinvolti, ma mette anche in discussione alcune delle ipotesi più consolidate su come il linguaggio si sviluppa ed è processato all’interno del cervello umano. Tradizionalmente, la comprensione della produzione verbale tendeva a privilegiare un modello più lineare, in cui le parole vengono selezionate e poi concatenate in una sequenza predefinita. Tuttavia, le nuove evidenze suggeriscono una realtà molto più sfumata e dinamica.
Contrariamente a una semplice progressione sequenziale, la ricerca indica che il processo del parlare implica un’interazione flessibile e altamente integrata tra rappresentazioni stabili delle parole e dinamiche guidate dalla sintassi. Ciò significa che il cervello non si limita a richiamare singole unità lessicali; piuttosto, la loro elaborazione e il loro assemblaggio sono costantemente influenzati e plasmati dalle esigenze della struttura grammaticale.
Le rappresentazioni stabili delle parole si riferiscono ai “modelli neurali” intrinseci che il cervello associa a ciascuna parola, indipendentemente dal contesto in cui viene utilizzata. Questi schemi, pur mantenendo la loro identità di base, vengono poi attivamente manipolati e organizzati da dinamiche guidate dalla sintassi.
Quest’ultime rappresentano i processi neurali che assicurano che le parole siano disposte nell’ordine corretto e con la funzione grammaticale appropriata (soggetto, oggetto, verbo, ecc.) per formare una frase coerente e semanticamente valida. La ricerca evidenzia come queste dinamiche sintattiche non siano semplici aggiunte al processo di recupero delle parole, ma siano intrinsecamente connesse e influenzino in tempo reale la loro “messa in scena” corticale.
Il concetto chiave emergente è che la struttura grammaticale non è un mero vincolo imposto al linguaggio, ma piuttosto un elemento attivo che modella e organizza l’attività neurale. Le esigenze grammaticali di una frase – come la necessità di distinguere tra soggetto e oggetto o di gestire costruzioni complesse come le frasi passive – inducono il cervello a conservare e processare simultaneamente più elementi, richiedendo potenzialmente un maggiore impegno della memoria di lavoro. Questa “memoria attiva” permette al cervello di mantenere in considerazione le diverse componenti della frase fino a quando la struttura grammaticale completa non è stata correttamente costruita e vocalizzata.
In sintesi, questo lavoro rivoluziona la nostra comprensione della produzione del linguaggio, presentandola non come un percorso lineare predeterminato, ma come un’orchestra complessa e adattabile. Qui, le singole note (le parole) vengono armonizzate da un direttore invisibile (la sintassi) che, a sua volta, è influenzato dalla partitura complessiva (la struttura grammaticale desiderata). Questo approccio flessibile e dinamico apre nuove strade per future ricerche sui disturbi del linguaggio e sulle strategie di apprendimento, fornendo una base più robusta per comprendere come il nostro cervello sia in grado di trasformare il pensiero in parole.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications Psychology.
