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Cellular mechanisms of predictive processing and its effects on perception

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Svelare i misteri della percezione e della consapevolezza

Una migliore comprensione delle patologie cognitive e della natura della consapevolezza diventa ora una realtà grazie al lavoro svolto da un progetto finanziato dall’UE.

Ricerca di base

Come funziona la corteccia cerebrale umana? Cosa ci rende intelligenti? Come possiamo comprendere meglio la percezione cosciente? Negli ultimi 20 anni, Matthew Larkum, professore di plasticità neuronale presso la Humboldt University di Berlino, ha considerato la relazione tra le informazioni all’interno della corteccia e i principali neuroni che costituiscono questa parte del nostro cervello. L’obiettivo è comprendere i meccanismi cellulari alla base della capacità della corteccia di collegare le informazioni sensoriali con l’esperienza precedente. Per basarsi sul suo lavoro condotto presso il Larkum Lab, Larkum ha ospitato il progetto MECHPREDPRO, supportato dall’UE, con il ricercatore principale Jaan Aru.

Una migliore comprensione di come le cellule interpretano le informazioni

Il progetto è iniziato con l’osservazione che le cellule di output principali della corteccia, le cellule piramidali, hanno due parti distinte. Queste due parti ricevono input diversi: una riceve informazioni generate internamente e l’altra informazioni generate all’esterno. Larkum ha a lungo ipotizzato che le proprietà di queste cellule permettano loro di prevedere e interpretare le informazioni che ricevono dal mondo esterno. Se gli input interni ed esterni al neurone corrispondono, la cellula viene reclutata per attivarsi vigorosamente in un modo che possa essere rilevato a valle. In altre parole, viene trasmessa una «corrispondenza» con l’aspettativa al resto del cervello. Il risultato principale di questo progetto finanziato dall’UE è una teoria della consapevolezza che assume la prospettiva cellulare su questo aspetto misterioso delle nostre vite. «Esistono molte idee interessanti sulla consapevolezza, alcune delle quali sembrano un po’ troppo inverosimili. La nostra è una teoria neurobiologica: iniziamo dai fatti noti sui processi cellulari e partiamo da lì», afferma il principale ricercatore Aru, il cui lavoro è stato supportato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie dell’Unione europea.

L’impatto delle previsioni sull’esperienza cosciente

A differenza della maggior parte delle teorie precedenti, l’articolo di Aru Cellular mechanisms of conscious processing, pubblicato su Trends in Cognitive Sciences, lega la consapevolezza agli eventi a livello cellulare. Egli propone che la consapevolezza dipenda dall’interazione tra i diversi compartimenti di cellule piramidali, modulata da strutture subcorticali come il talamo. Il fatto che le parti dei neuroni che trasportano le informazioni interne abbiano un’influenza cruciale sulle esperienze coscienti è in linea con la ricerca che mostra che l’esperienza cosciente è modulata da previsioni e conoscenze precedenti. «Esperimenti affascinanti hanno dimostrato che le aspettative possono creare esperienza di oggetti che in realtà non sono presenti nel mondo reale. Tale percezione illusoria non è solo patologica, ma può anche accadere in esseri umani sani, ad esempio se ci aspettiamo che accada qualcosa o il contesto suggerisce che un oggetto dovrebbe essere lì», riferisce Aru. I ricercatori hanno inoltre proposto come queste proprietà cellulari fondamentali possano spiegare fenomeni quali i sogni e la percezione illusoria, che Aru esplora nel suo articolo Apical drive - A cellular movement of dreaming?, pubblicato su Neuroscience & Biobehavioral Reviews. Nei sogni, l’input proveniente dall’interno del cervello stesso domina l’output dei neuroni sensoriali e quindi determina ciò che proviamo mentre dormiamo. La valutazione di come il nostro cervello elabora e reagisce alle informazioni interne ed esterne ci avvicina alla comprensione della natura della consapevolezza umana ed esistono potenziali applicazioni a tale conoscenza. «Conoscere questi dettagli ci metterà in una posizione molto forte per indagare sulle patologie cognitive e anche per contribuire al fiorente campo delle reti neurali artificiali con suggerimenti di ispirazione biologica», afferma Larkum, che ha supervisionato la ricerca.

Parole chiave

MECHPREDPRO, corteccia, neuroni, guida apicale, previsione, cellule piramidali

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