Dove sono le parole nel cervello?

Introduzione: Per poter comunicare con gli altri conosciamo il significato di migliaia di parole. Ma dove sono tutte queste parole nel cervello?

Cose da fare:Si tratta di una visualizzazione 3D del cervello che potete ruotare a piacere. Sovrapposta appare una pagina trasparente con istruzioni dettagliate in inglese. Date il comando “i” per farla scomparire.
A destra trovate  un piccolo vocabolario di 1700 parole rappresentato con una struttura legata al significato delle parole. Non tutte le parole sono visibili ma e’ possibile col mouse esplorare questo dizionario per vedere cosa c’e’ in ogni punto/parola. La parola
evidenziata ogni istante viene definita sotto secondo il dizionario.

Sulla sinistra la corteccia cerebrale di una singola persona e’ colorata mostrando lo spazio semantico di quella persona. Cioe’ e’ stato fatto uno studio statistico di tutti i dati raccolti per ognuna delle 1700 parole e sono state individuate 3 “componenti” principali  ognuna delle quali viene usata per stabilire il colore finale come combinazione di rosso, verde e blu. Gli stessi colori sono usati per le parole sulla destra. Comunque se vi interessa sapere cosa e’ successo per ogni singola parola, cliccate sulla stessa e sulla sinistra si possono vedere in rosso le parti del cervello che si “accendono” quando viene usata la parola.

Per tornare alla rappresentazione globale dello spazio semantico dovete usare il blocco di comandi che puo’ essere reso visibile muovendo il mouse sopra in alto. Questo contiene anche altre opzioni per cambiare la visualizzazione.

Sotto a sinistra e’ possibile scegliere altre rappresentazioni del cervello (inflated, very inflated (cioe’  piu’ o meno “gonfiato” per rendere piu’ chiara la rappresentazione) e infine flat (piatta 2D). O addirittura usare il cursore per trasformare il cervello in maniera continua.

E’ possibile anche procedere al contrario. Cliccare su una parte della superficie del cervello e vedere sulla destra a quali parole e’ collegata.

Parole simili accendono le stesse parti del cervello? Ogni parola accende un’unica parte del cervello?

Questo video fornisce un’introduzione in inglese all’uso dell’applicazione.

Cosa succede:Il significato delle parole e’ legato alla cosiddetta memoria semantica. Il nostro cervello ha molte memorie e di conseguenza e’ normale che ogni evento esterno venga memorizzato su piu’ “piste”. Le 3 memorie a lungo termine fondamentali possono essere illustrate considerando l’attivita’ di andare in bicicletta.
Una particolare gita in bicicletta viene ricordata dalla memoria episodica. La capacita’ di andare in bicicletta si ricorda attraverso la memoria procedurale che e’ tipicamente inconscia, sembra essere registrata direttamente nell’hardware del cervello e non richiede sforzo cosciente per essere richiamata. Infine il fatto di capire un resoconto di una gita in bicicletta e’ legato alla memoria semantica.

Ma come sono memorizzate le singole parole alla base della memoria semantica e le categorie che esse rappresentano? Ci sono 2 teorie contrastanti. Che siano memorizzate in un piccolo gruppo di singoli neuroni vicini tra di loro oppure che siano distribuite in una rete di neuroni che si estende per tutto il cervello!

In effetti l’esperimento mostra che in casi molto speciali  una parola puo’ corrispondere a una singola area del cervello (non un singolo neurone, probabilmente un migliaio ma di sicuro meno di un milione): caso tipico e’ quello dei nomi di persone conosciute. Se nominiamo qualcuno che conosciamo allora i neuroni collegati a quella persona si accendono e possiamo ricordare molte cose riguardanti la persona.
Questo ci permette di ricordare senza problemi migliaia di volti e nomi associati. Invece per le altre decine di migliaia di parole del vocabolario delle lingue che conosciamo viene usato un meccanismo diverso e piu’ economico (altrimenti esauriremmo presto tutti i neuroni disponibili: poco meno di 100 miliardi) che consiste nel fare attivare piu’ zone che alla fine formano lo spazio semantico del cervello. In questo spazio che e’ diverso da persona a persona, parole di significato simile occupano zone di spazio vicine esattamente come succede nello schema delle parole a sinistra costruito da linguisti.

Notate come in effetti le cose non sono cosi’ semplici sia perche’ la tecnologia usata (fMRI) non e’ molto accurata  (e’ presente parecchio rumore e inoltre la risoluzione e’ davvero scarsa:a ogni punto corrispondono migliaia  di neuroni!), sia perche’ ogni persona puo’ categorizzare le parole in maniera diversa.

Un altro esperimento fatto in maniera completamente diversa: cioe’ esaminando solo alcune centinaia di neuroni alla volta, ha dimostrato che in effetti ci sono neuroni che danno segnale solo se si mostra il volto o nome di una persona conosciuta (familiare o anche un attore di cinema) e solo per quella persona. Inoltre si attiva qualsiasi sia la rappresentazione della persona ed anche se si mostra un’oggetto che di solito viene collegato a quella persona. Ma di questi neuroni ce ne sono piu’ di uno. Questa tecnica e’ molto precisa ma richiede un metodo invasivo (elettrodi impiantati nel cervello) che si puo usare solo raramente in caso di pazienti affetti da particolari malattie che richiedono l’impianto permanente di elettrodi. L’esperimento e’ fatto (con l’assenso del paziente) nel breve periodo in cui si cerca la posizione dove impiantare gli elettrodi.

Questo famoso esperimento viene indicato anche col nome della scoperta del “neurone di Jennifer Aniston” perche’ uno dei primi pazienti sottoposti a test era un fan di questa attrice. Se non siete fan non potete avere il neurone di Aniston o di qualche altro personaggio.

In definitiva possiamo dire per ora che:
1) Ci sono neuroni che si accendono per molte parole di significato simile. Per cui possiamo assumere che rappresentano una categoria.
2)Ci sono neuroni che che si accendono per una singola parola (i neuroni di Jennifer Aniston). In quest’ultimo caso la “categoria” e’  proprio “Jennifer Aniston”.
3) I neuroni che si accendono per una categoria sono vicini e sono piu’ di uno (nel caso di Jennifer Aniston un centinaio).

Commenti:l’applicazione e’ scritta in WebGL : una libreria grafica in Javascript che permette di fare grafica 3D usufruibile direttamente dal Web senza  dover usare programmi speciali. Ma alcuni browser potrebbero non riuscire a caricare il materiale. In tal caso scaricate il browser Chrome di Google.

Altri applet di neuroscienze

Il materiale ha come indirizzo http://gallantlab.org/semanticmovies/.

Titolo in inglese “pycortex WebGL MRI viewer”

Ricerca di pagine che hanno link a questo materiale .

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