Come le prove mentali ci preparano all'azione

I neuroscienziati hanno scoperto come il cervello impara i compiti fisici, anche in assenza di movimento nel mondo reale.

Potrebbe dipendere dal portare la mente al giusto punto di partenza e dall'essere pronti a eseguire perfettamente tutto ciò che segue con un processo chiamato "prova mentale".

"Sta solo seduto lì a pensare e, mentre sta pensando, sta migliorando sempre di più ..."

Sia gli psicologi che gli atleti sanno che funziona: immaginarsi di affrontare le routine, sia che si tratti di pattinaggio artistico o qualcosa di più banale, migliora le nostre possibilità di successo.

"Le prove mentali sono allettanti, ma difficili da studiare", afferma Saurabh Vyas, uno studente laureato in bioingegneria all'Università di Stanford e autore principale di un nuovo articolo che appare in Neuron. Questo perché non c'è modo semplice di scrutare nel cervello di una persona mentre si immagina di correre per una vittoria o praticare una performance.


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"Questo è dove pensavamo che le interfacce cervello-macchina potessero essere quell'obiettivo, perché ti danno la possibilità di vedere cosa sta facendo il cervello anche quando non si stanno effettivamente muovendo", dice.

Sebbene ci siano alcuni avvertimenti importanti, i risultati potrebbero indicare la strada verso una comprensione più profonda di ciò che è la prova mentale. Inoltre, i ricercatori ritengono che i risultati potrebbero portare a un futuro in cui le interfacce cervello-macchina, generalmente pensate come protesi per le persone con paralisi, sono anche strumenti per comprendere il cervello, afferma l'autore senior Krishna Shenoy, professore alla School of Engineering di Stanford e un membro dello Stanford Bio-X e dello Stanford Neurosciences Institute.

Dal pensiero all'azione

L'idea per lo studio è venuta pensando a come le persone imparano a usare le interfacce cervello-macchina per svolgere un compito, afferma Vyas. In una configurazione tipica, una persona - o, molto spesso, una scimmia - deve imparare a spostare un cursore sullo schermo di un computer usando solo i modelli di attività nel cervello, non la mano o altri movimenti. Ciò fece pensare a Vyas se ciò che le persone (o le scimmie) imparavano usando le interfacce cervello-macchina potesse in qualche modo trasferire, in modo simile alle prove mentali, ai movimenti fisici.

"Sta solo seduto lì a pensare, e mentre pensa di stare sempre meglio" muovendo il cursore, dice Vyas, riferendosi a una delle scimmie che ha studiato. “La domanda naturale diventa: cosa succede se si passa a un altro contesto, dove ora deve effettivamente generare attività muscolare? Vedi gli effetti di quell'apprendimento in quel nuovo contesto? ”

La risposta breve è "sì", l'apprendimento mentale si trasferisce alla prestazione fisica. Vyas inizialmente insegnò a due scimmie equipaggiate con interfacce cervello-macchina per spostare un cursore da un posto all'altro sullo schermo di un computer usando solo le loro menti, quindi introdusse una complicazione, chiamata rotazione visuomotoria: quali segnali mentali avevano usato in precedenza per spostare un cursore verso l'alto ora lo sposta di un angolo, diciamo 45 gradi in senso orario.

Le scimmie si adattavano facilmente e quell'adattamento si ripercuoteva quando ripetevano lo stesso compito usando le mani, anziché l'interfaccia cervello-macchina, per controllare direttamente il cursore. Ora, se le scimmie volevano spostare il cursore verso l'alto, muovevano le mani di 45 gradi in senso orario.

Ciò suggeriva che le scimmie stavano facendo qualcosa di simile alle prove mentali, dice Vyas: ciò che avevano imparato a fare nelle loro menti, potevano quindi fare con le loro mani.

Alcuni esperimenti aggiuntivi e un'analisi dell'attività neuronale registrata suggeriscono il motivo per cui: provare il compito con un'interfaccia cervello-macchina ha portato i modelli di attività nel cervello delle scimmie nel posto giusto, in modo da poter svolgere lo stesso compito di rotazione con il loro mani, anche se non l'avevano mai fatto prima.

"Un nuovo strumento"

"Ci sono differenze chiave tra il nostro paradigma e la vera prova mentale", afferma Vyas, e ci sono ragioni per essere cauti nell'interpretare i risultati in modo troppo ampio.

Per prima cosa, non puoi semplicemente chiedere a una scimmia di immaginare di completare un'attività fisica, come potresti fare con una persona. Per un altro, provare mentalmente un compito non è lo stesso che usare un'interfaccia cervello-macchina per farlo. In quest'ultimo caso, le persone ricevono feedback su come stanno andando, qualcosa che possono solo immaginare nelle prove mentali.

"Non possiamo dimostrare la connessione oltre l'ombra di un dubbio", dice Shenoy, ma "questo è un passo importante nella comprensione di quale prova mentale potrebbe benissimo essere in tutti noi".

I prossimi passi, dicono lui e Vyas, sono capire come le prove mentali si relazionano alla pratica con un'interfaccia cervello-macchina e come la preparazione mentale, l'ingrediente chiave nel trasferire quella pratica ai movimenti fisici, si relaziona al movimento.

Nel frattempo, dice Shenoy, i risultati dimostrano il potenziale di uno strumento completamente nuovo per studiare la mente. "È come costruire un nuovo strumento e usarlo per qualcosa", dice Shenoy. "Abbiamo usato un'interfaccia cervello-macchina per sondare e far avanzare la scienza di base, ed è semplicemente super eccitante."

Il finanziamento per lo studio è venuto dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation, da una borsa di studio Ric Weiland Stanford Graduate, una borsa di studio Bio-X Bowes, la ALS Association, la Defense Advanced Research Projects Agency, la Simons Foundation e la Howard Hughes Istituto medico.

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