Ecco la differenza tra il cervello di un principiante e quello di un esperto

L’esperimento

Ecco la differenza tra il cervello di un principiante e quello di un esperto

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In esperimenti condotti sui topi, i neuroni eccitatori (in verde) e inibitori (in rosso) rispondono in maniera più veloce e immediata man mano che l'animale diventa più bravo nell'eseguire un esercizio. Immagine: © Churchland lab/CSHL, 2019
di redazione

Ci sono volute quattro settimane perché imparassero il compito assegnatogli, ma alla fine i topi protagonisti di un esperimento di neuroscienze descritto su Neuron non sbagliavano un colpo. Nel frattempo un potente microscopio per l’imaging a due fotoni registrava quel che accadeva nel loro cervello. Così un gruppo di ricercatori di varie istituzioni americane ha potuto ricostruire il processo cerebrale che trasforma un principiante in un esperto scoprendo come l’apprendimento modifica i circuiti cerebrali e l’attività dei neuroni. Mano a mano che gli animali acquisiscono nuove competenze, la risposta di alcuni neuroni diventa più rapida e più mirata. 

Gli scienziati hanno sottoposto i topi a un allenamento studiato ad hoc perché apprendessero un determinato comportamento. Gli animali ricevevano alcuni stimoli multisensoriali sotto forma di sequenze di click e flash simultanei. L’obiettivo del training era quello di riconoscere il ritmo dei segnali, distinguendo ritmi alti e bassi. In presenza di un ritmo più lento avrebbero dovuto leccare un determinato beccuccio e in presenza di un ritmo più sostenuto un altro. Ogni volta che i topi prendevano la decisione giusta venivano premiati. 

«La maggior parte degli studi sulle capacità decisionali si è concentrata sul periodo in cui gli animali sono davvero esperti. Ma noi siamo stati in grado di vedere come si arriva a quella condizione monitorando i neuroni nel cervello nel corso dell’apprendimento.  Abbiamo scoperto che in tutti gli animali, l’apprendimento avviene gradualmente nell'arco di circa quattro settimane. E abbiamo scoperto che ciò che favorisce l'apprendimento sono i cambiamenti di attività in un intero gruppo di neuroni», scrivono i ricercatori. 

Si è scoperto che all’interno del cervello accade grosso modo quel che si può osservare dall’esterno: così come un principiante le prova tutte prima di capire cosa deve fare, allo stesso modo i neuroni del dilettante saranno impegnati in una varietà di attività. Quando poi il neofita diventa esperto, tutto cambia: le azioni diventano rapide e precise e i neuroni diventano più selettivi scegliendo di rispondere in determinate circostanze e non in altre. Mano a mano che si migliorano le performance, la rete neurale dei topi diventa più specifica, selettiva e precisa. Le risposte di alcuni neuroni selezionati appaiono inoltre più rapide e anticipano anche le mosse che nel frattempo sono state bene apprese.

I ricercatori hanno riprodotto il processo di apprendimento del cervello degli animali in un modello computazionale chiamato Linear Support Vector Machine. In questo scenario artificiale, riproduzione fedele dell’originale, i ricercatori osservando l’attività dei neuroni sono stati in grado di prevedere la decisione dei topi con un’accuratezza del 90 per cento. 

Grazie al modello di apprendimento è stato possibile anche esaminare alcuni tipi specifici di neuroni nel cervello coinvolti nell’apprendimento, come i neuroni eccitatori e inibitori, che innescano rispettivamente cambiamenti positivi e negativi. Tutte insieme queste informazioni aumentano la conoscenza sui meccanismi alla base dell’apprendimento.  «Abbiamo imparato molto sul processo decisionale percettivo: come si sceglie l’azione giusta o sbagliata, quanto tempo ci vuole per prendere quelle decisioni, come cambia l'attività neurale durante il processo decisionale», concludono i ricercatori.