Per prevedere le mosse future, il cervello usa due tipi di orologio neurale

Un tipo di tempistica anticipatoria si basa sui ricordi delle esperienze passate. L’altro al ritmo. Entrambi sono fondamentali per la nostra capacità di adattarci alle diverse situazioni e ora sappiamo che sono gestiti in due diverse parti del cervello.

Quel momento in cui premi sul pedale del gas un secondo prima che il semaforo passi dal rosso al verde, oppure quando il pianista sta per suonare la prima nota e le tue dita accompagnano il movimento delle sue in perfetto sincrono. Questo è il tempismo anticipatorio.

Un tipo si basa sui ricordi delle esperienze passate. L’altro sul ritmo. Entrambi sono fondamentali per muoverci e sopravvivere nel mondo.

Una ricerca effettuata presso la New University of California, di Berkeley, mostra che le reti neurali che supportano questi due orologi sono divise tra due diverse parti del cervello, a seconda del compito che devono svolgere.

“Che si tratti di sport, musica, parole o anche di allocare l’attenzione, il nostro studio suggerisce che il tempismo non è un processo unificato, ma che ci sono due modi distinti in cui facciamo previsioni temporali e queste dipendono da diverse parti del cervello“, ha spiegato l’autore principale dello studio, Assaf Breska, ricercatore in neuroscienza presso l’UC di Berkeley.

I risultati, pubblicati online negli Atti della rivista National Academy of Sciences, offrono una nuova prospettiva su come il cervello umano calcola quando fare una mossa.

“Insieme, questi sistemi cerebrali ci permettono non solo di esistere nel momento, ma anche di anticipare attivamente il futuro“, ha detto l’autore senior dello studio Richard Ivry, neuroscienziato della Berkeley della UC.

Breska e Ivry hanno studiato i punti di forza anticipatori e i deficit delle persone con malattia di Parkinson e persone con degenerazione cerebrale.

Hanno collegato il timing ritmico ai gangli della base e il timing dell’intervallo, un timer interno basato in gran parte sulla nostra memoria di esperienze precedenti, al cervelletto. Entrambe sono regioni del cervello primarie associate al movimento e alla cognizione.

Inoltre, i loro risultati suggeriscono che se uno di questi orologi neurali è errato, teoricamente, l’altro potrebbe intervenire per sostituirlo.

“Il nostro studio identifica non solo i contesti anticipatori in cui questi pazienti neurologici sono compromessi, ma anche i contesti in cui non hanno difficoltà, suggerendo che potremmo adeguare l’ambiente in cui vivono per render loro più facile interagire con il mondo di fronte ai loro sintomi“, Ha detto Breska.

Secondo il ricercatore, le terapie non farmaceutiche per i deficit di tipo neurologico potrebbero includere giochi per computer e app per smartphone, stimolazione cerebrale profonda e modifiche alla progettazione ambientale.

Per arrivare alla loro conclusione, Breska e Ivry hanno confrontato il modo in cui i pazienti che soffrono di morbo di Parkinson e degenerazione del cervello hanno usato tempismo o segnali “temporali” per focalizzare la loro attenzione. Entrambi i gruppi dovevano guardare sequenze di luci rosse, bianche e verdi mentre lampeggiavano a velocità diverse sullo schermo di un computer e premere un pulsante nel momento in cui vedevano la luce verde. Le luci bianche arrivavano sempre prima del quadrato verde.

In una sequenza, le luci rosse, bianche e verdi seguivano un ritmo costante, ed i pazienti con degenerazioni del cervelletto rispondevano bene a questi segnali ritmici.

In un altro esercizio, le luci colorate seguivano uno schema più complesso, con intervalli diversi tra le luci rosse e verdi. In questa sequenza i pazienti affetti da Parkinson ottenevano i risultati migliori.

“Abbiamo dimostrato che i pazienti con degenerazione cerebellare sono compromessi nell’uso dei segnali temporali non ritmici mentre i pazienti con degenerazione dei gangli della base associata alla malattia di Parkinson sono compromessi nell’uso di stimoli ritmici“, ha spiegato Ivry.

In definitiva, i risultati confermano che il cervello utilizza due diversi meccanismi per il timing anticipatorio, sfidando le teorie sul fatto che un singolo sistema cerebrale gestisca tutte le nostre necessità temporali, hanno concluso i ricercatori.

“I nostri risultati suggeriscono almeno due modi diversi in cui il cervello si è evoluto per anticipare il futuro, un sistema basato sul ritmo è sensibile agli eventi periodici del mondo come quello inerente al parlato e alla musica e un sistema a intervalli fornisce una capacità anticipatoria più generale, sensibile alle regolarità temporali anche in assenza di un segnale ritmico.” Ha concluso Ivry.

Ref.: Assaf Breska, Richard B. Ivry. Double dissociation of single-interval and rhythmic temporal prediction in cerebellar degeneration and Parkinson’s disease. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 201810596 DOI: 10.1073/pnas.1810596115

Fonte: università della California – Berkeleye