CERVELLO E MAPPE FUNZIONALI

Come e dove il cervello categorizza oggetti e azioni

Le mappe funzionali del cervello rispondono a quelle concettuali della didattica! La nostra mente elabora migliaia di concetti, ma solo per alcuni – come le facce e i movimenti del corpo - esiste una specifica area cerebrale dedicata. La rappresentazione di tutti gli altri si estende sull'intera corteccia, con una distribuzione spaziale che riflette la gerarchia di relazioni semantiche che ciascuno di essi intrattiene con concetti affini

Una prima mappa spaziale della rappresentazione semantica di oggetti e azioni sulla superficie del cervello è stata realizzata da un gruppo di ricercatori dell'Università di Berkeley, in California, che spiegano come sono riusciti a ricostruirla in un articolo pubblicato sulla rivista “Neuron”.

Vari studi hanno indicato che alcune categorie di oggetti e di azioni sono rappresentate in specifiche aree cerebrali. Fra questi vi sono per esempio le facce, le parti del corpo e i loro movimenti.

Tuttavia, gli esseri umani percepiscono migliaia di categorie di oggetti e azioni e, "date le dimensioni ridotte del cervello umano - dice Alex Huth primo autore dell'articolo - sembra piuttosto irragionevole aspettarsi che ogni categoria sia rappresentata in una zona del cervello diversa". Un modo efficace, e plausibile, per la rappresentazione cerebrale di categorie di oggetti e di azioni – hanno quindi ipotizzato gli autori - potrebbe essere organizzarle in uno spazio semantico la cui topologia riflette la somiglianza semantica tra le categorie.

Per verificare questa ipotesi, hanno usato i dati sui livelli di attivazione del cervello (o per la precisione di singole piccole unità volumetriche, o voxel, della corteccia cerebrale) ottenuti applicando la Bold fMRI (che permette di valutare il consumo di ossigeno dei neuroni delle diverse aree) a un gruppo di soggetti mentre osservavano diverse ore di filmati contenenti numerose categorie di oggetti e di azioni che si presentano frequentemente nelle attività quotidiane.

I filmati sono stati poi analizzati dai ricercatori che vi hanno identificato 1364 categorie di oggetti e azioni di uso comune, di cui hanno definito le eventuali relazioni semantiche ricorrendo alla classificazione riportata dal lessico di WordNet. WordNet è un ampio database in cui nomi, verbi, aggettivi e avverbi sono raggruppati sulla base dell'affinità di significato affine, ma fra cui è possibile stabilire delle “gerarchie” concettuali (per esempio, una scena contenente un cane deve contenere un quadrupede e, analogamente, se qualcuno russa deve anche dormire). Le relazioni gerarchiche di WordNet hanno permesso di dedurre la presenza di altre 341 categorie di ordine superiore a quelle già individuate dai ricercatori.

A questo punto, attraverso una serie di procedimenti statistici, i ricercatori sono riusciti a definire un modello che indica i “pesi” che caratterizzano la risposta di ciascun voxel della corteccia cerebrale a ognuna delle 1705 categorie.

In questo modo i ricercatori hanno dimostrato che le categorie sono rappresentate, secondo specifici gradienti, su tutta la superficie della corteccia del cervello, sia visiva che non visiva, ma in modo tale che le categorie simili si trovino una accanto all'altra. In particolare, i ricercatori hanno trovato che questa organizzazione era comune a tutti i volontari testati.

"La scoperta delle caratteristiche spaziali che il cervello usa per rappresentare le informazioni ci aiuta a ricostruire le mappe funzionali sulla superficie corticale. Probabilmente il cervello usa meccanismi analoghi per mappare altri tipi di informazioni su tutta la superficie corticale, quindi il nostro approccio dovrebbe essere ampiamente applicabile anche ad altri settori di neuroscienze cognitive", ha osservato Gallant. Credit Le Scienze 

1~In A, struttura delle relazioni semantiche fra alcuni dei 1705 concetti considerati dai ricercatori I collegamenti indicano un rapporto di appartenenza: per esempio, un atleta è una persona. Ogni indicatore rappresenta un nome (cerchio) o verbo (quadrato). In B, il codice colore in 3D usato per rappresentare l'intensità della risposta dei voxel. In C, esempio di una risposta prevista dal modello degli autori di ciascun voxel sulla base delle relazioni semantiche che vi sono fra i diversi concetti. (Cortesia A.G.Huth / PNAS)


2~La proiezione  sulla corteccia cerebrale della distribuzione di varie categorie concettuali elaborata sulla base delle risposte fMRI dei singoli voxel in tre differenti soggetti. (Cortesia A. G: Huth et al. / Neuron)