Onde cerebrali sincronizzate nell’apprendimento rapido

Con il fluire dei nostri pensieri, il cervello è in grado di assorbire e analizzare rapidamente nuove informazioni. Secondo un recente studio, i rapidi cambiamenti di stato del cervello potrebbero essere codificati dalla sincronizzazione delle onde cerebrali nelle diverse regioni del cervello.


Figura. Le onde cerebrali originate dal corpo striato (rosso) e dalla corteccia prefrontale (blu) si sincronizzano quando le scimmie imparano a classificare. Illustrazione di Jose-Luis Olivares/MIT.

Osservando il comportamento delle scimmie, gli studiosi hanno scoperto che le onde cerebrali generate da due aree coinvolte nell’apprendimento si appaiano per formare nuovi circuiti di comunicazione quando le scimmie imparano a classificare vari schemi di punti.
Si ritiene che le sinapsi del cervello (ossia le connessioni tra i neuroni) siano alla base dell’apprendimento e della formazione della memoria a lungo termine. Il processo di formazione delle sinapsi, tuttavia, richiede troppo tempo per giustificare la flessibilità della mente umana. Cosa accade quindi durante l’apprendimento rapido?
“Se un essere umano è in grado di cambiare i propri pensieri in un istante, non può farlo creando e interrompendo continuamente e altrettanto rapidamente le connessioni del cervello. La plasticità sinaptica non viaggia su questa scala temporale” spiega Earl Miller, ricercatore del MIT, in un comunicato stampa.
“Ci deve essere un modo per stabilire dei circuiti dinamici corrispondenti ai pensieri che abbiamo in un determinato momento e, se un attimo dopo cambiamo idea, questi circuiti devono poter in qualche modo interrompersi”. Miller e Evan Antzoulatos dell’Università della California, Davis, ritengono che il cervello compia questa operazione sincronizzando le onde cerebrali, ossia i neuroni sincronizzati che lavorano insieme codificano nuove informazioni.
Milioni di neuroni nel cervello producono ognuno i propri segnali elettrici. Questi a loro volta generano le onde cerebrali, le cui oscillazioni possono essere misurate tramite elettroencefalogramma (EEG). I due ricercatori hanno analizzato i tracciati EEG del corpo striato (in rosso, figura in alto), la regione del cervello che controlla la formazione delle abitudini, e i tracciati EEG della corteccia prefrontale, (in azzurro, figura in alto), la sede del sistema di controllo esecutivo del cervello. “Il corpo striato impara molto rapidamente cose molto semplici, quindi i segnali in uscita allenano la corteccia prefrontale a costruire gradualmente il quadro generale” spiega Miller. “Il corpo striato apprende quali sono i pezzi del puzzle e la corteccia prefrontale li mette insieme”.
I due ricercatori hanno misurato i segnali EEG nelle scimmie che imparano ad assegnare schemi di punti ad una o a due categorie. Inizialmente alle scimmie sono stati mostrati due esempi diversi per ogni categoria. Dopo ogni ciclo di osservazione, i ricercatori hanno raddoppiato il numero di modelli. In un primo momento le scimmie hanno memorizzato a quale categoria appartenevano i modelli, ma non appena i modelli sono raddoppiati le scimmie non sono state più in grado di memorizzarli. Questo è accaduto non appena le scimmie hanno iniziato a memorizzare i tratti generali che caratterizzano ciascuna delle due categorie. Nelle fasi finali dell’esperimento, le scimmie sono state in grado di classificare in maniera corretta tutti i 256 modelli.
Nel momento in cui le scimmie sono passate dall’apprendimento mnemonico all’apprendimento per categorie si è verificato un corrispettivo cambiamento nei loro tracciati EEG. Le onde cerebrali prodotte in maniera indipendente sia dalla corteccia prefrontale sia dal corpo striato hanno iniziano a sincronizzarsi tra loro, suggerendo la formazione di un circuito comunicativo tra le due regioni.
“Esiste qualche meccanismo sconosciuto che determina la formazione di schemi di risonanza e permette a questi circuiti di lavorare insieme” scrive Miller. “Tale attività potrebbe quindi favorire le successive variazioni di plasticità a lungo termine nel cervello, con la conseguente formazione di circuiti anatomici reali. Ma la prima cosa che accade è che i circuiti iniziano a lavorare insieme”.
Quando le scimmie fissano le due categorie, si formano due circuiti separati tra il corpo striato e la corteccia prefrontale, ognuno di essi corrispondente ad una delle categorie. Una volta che la corteccia prefrontale acquisisce le categorie e le invia al corpo striato, i circuiti subiscono ulteriori modifiche man mano che giungono nuove informazioni e il processo si ripete più volte.

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