Abstract Representations of Sensorimotor Transformations in Human Premotor Cortex

Il corpo umano è una meraviglia di adattabilità. Possiamo protendere la mano per prendere una tazza di caffè su una scrivania ingombra, poi passare istantaneamente a digitare su una tastiera e, più tardi, guidare una racchetta da tennis per incontrare una pallina veloce. Ognuna di queste azioni richiede al cervello di tradurre un obiettivo visivo — vedere dove si trova l'oggetto — in un movimento fisico specifico. Per decenni, gli scienziati hanno compreso che il cervello contiene una mappa del corpo, dove aree specifiche si illuminano per controllare diversi muscoli. Tuttavia, una domanda più profonda è rimasta in sospeso: il cervello conserva semplicemente un elenco di comandi muscolari per ogni possibile situazione, o possiede una comprensione più flessibile e astratta di come agire? Se le regole del gioco cambiano, come quando uno strumento altera la relazione tra mano e oggetto, il cervello impara tutto di nuovo da zero, o riconosce la nuova regola e applica un tipo diverso di logica? Comprendere questa distinzione è cruciale perché rivela come impariamo nuove abilità così rapidamente e come manteniamo il controllo quando il nostro ambiente cambia inaspettatamente.

Per esplorare questo aspetto, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione alla corteccia sensomotoria, una regione del cervello situata vicino alla parte superiore della testa ed responsabile della pianificazione ed esecuzione del movimento. Volevano vedere se quest'area potesse contenere due tipi diversi di informazioni contemporaneamente: la direzione in cui una persona stava muovendo la mano e la regola specifica o "contesto" che governava il modo in cui quel movimento si traduceva in un risultato visivo. In un esperimento controllato, i partecipanti si sono seduti all'interno di uno scanner per risonanza magnetica, una macchina che scatta immagini dettagliate dell'attività cerebrale. Mentre erano all'interno, hanno imparato a controllare un cursore del computer su uno schermo usando solo il polso. La sfida era che la connessione tra il loro polso e il cursore non era sempre diretta. In un set di prove, il cursore si muoveva in un modo che era ruotato rispetto alla mano; in un altro, il cursore si muoveva come se fosse riflesso, come un'immagine speculare. I partecipanti dovevano apprendere queste due regole distinte e passare dall'una all'altra mentre i ricercatori osservavano cosa accadeva all'interno dei loro cervelli.

Gli scienziati hanno analizzato i modelli di attività cerebrale per vedere se potessero distinguere tra una persona che muove semplicemente la mano in una certa direzione e una persona che muove la mano seguendo una regola specifica. Hanno scoperto che il cervello non trattava queste due cose come la stessa cosa. Nella corteccia motoria primaria, un'area nota per inviare segnali diretti ai muscoli, i modelli di attività cambiavano a seconda della direzione in cui si muoveva il polso, ma rimanevano invariati indipendentemente da quale regola la persona stesse seguendo. Ciò suggerisce che questa parte del cervello è concentrata sulla meccanica fisica del movimento stesso. Tuttavia, è emersa una storia diversa nella corteccia premotoria dorsale, una regione situata proprio davanti all'area motoria primaria. Qui, i modelli di attività cerebrale cambiavano non solo con la direzione del movimento, ma anche con la regola specifica utilizzata. I neuroni in quest'area sembravano trasportare un messaggio duplice: sapevano dove stava andando la mano e sapevano anche il contesto astratto del compito.

Lo studio è andato oltre per vedere se questa comprensione astratta fosse importante per il rendimento delle persone. I ricercatori hanno scoperto che gli individui che mostravano modelli di attività cerebrale più forti per il contesto di trasformazione nella loro corteccia premotoria erano quelli che performavano meglio nel compito. In altre parole, le persone i cui cervelli erano più capaci di distinguere tra le diverse regole erano quelle che potevano adattare i propri movimenti in modo più efficace. Questo risultato suggerisce che la corteccia premotoria agisca come un ponte tra l'idea di ciò che deve essere fatto e il comando effettivo di muovere i muscoli. Non si limita a emettere ordini per far scattare specifici muscoli; essa detiene una rappresentazione flessibile della situazione, permettendo al cervello di applicare la strategia corretta quando le regole del gioco cambiano. I risultati indicano che la nostra capacità di apprendere e adattarsi è radicata in un sistema neurale capace di separare l'obiettivo e il contesto dal movimento fisico specifico richiesto per raggiungerli.