Mentally transformed representations in memory are linked to their originals

Le nostre menti non sono armadietti di stoccaggio statici; sono spazi di lavoro attivi dove conserviamo informazioni e, cosa cruciale, dove le manipoliamo. Immaginate di cercare di guidare un'auto controllando costantemente lo specchietto retrovisore. Per sapere dove si troverà un'auto dietro di voi tra pochi secondi, dovete prendere l'immagine che vedete nello specchio e spostarla mentalmente nel tempo e nello spazio. Questa capacità di prendere un pezzo di informazione trattenuta nella mente e torcerla, ruotarla o aggiornarla è una parte fondamentale del modo in cui ci orientiamo in un mondo in continuo mutamento. Gli scienziati chiamano questo spazio di lavoro attivo "memoria di lavoro". Per decenni, una domanda centrale è stata come questo sistema gestisce l'informazione originale una volta che è stata modificata. Se ruotate mentalmente un oggetto, il cervello scarta l'immagine di partenza per fare spazio alla nuova, o conserva la versione originale al sicuro sullo sfondo, forse come un backup?

Un team di ricercatori ha cercato di rispondere a questo quesito osservando il cervello in azione mentre i partecipanti eseguivano un compito di rotazione mentale. Hanno chiesto ai volontari di memorizzare l'angolo di un modello a strisce, di ruotarlo mentalmente di una quantità specifica e, infine, di memorizzare un secondo modello, diverso. Successivamente, un segnale indicava ai partecipanti quale di questi due elementi — la versione ruotata o il nuovo modello — sarebbe stato testato. Utilizzando una tecnica che legge i segnali elettrici dal cuoio capelluto, i ricercatori potevano vedere quali specifici modelli venivano ancora trattenuti nella memoria di lavoro del cervello in un dato momento. Hanno scoperto qualcosa di sorprendente: anche se l'originale non era più necessario per il compito, il cervello non lo scartava. Al contrario, il modello originale rimaneva visibile nei segnali cerebrali, ma solo quando la versione ruotata veniva ancora trattenuta. I due erano legati; se il cervello lasciava andare l'immagine ruotata, lasciava andare anche l'originale. Se manteneva l'immagine ruotata, manteneva anche l'originale.

Lo studio partiva da una premessa semplice. Quando eseguiamo una trasformazione mentale, come ruotare una forma nella nostra mente, creiamo una nuova immagine mentale basata su una vecchia. La ricerca precedente suggeriva che l'immagine vecchia spesso aleggia nel cervello anche dopo che è diventata irrilevante per l'attività corrente. Questo era un elemento enigmatico perché la memoria di lavoro è nota per essere efficiente; di solito scarta le informazioni nel momento in cui non sono più utili per risparmiare spazio per ciò che conta. I ricercatori volevano capire perché il cervello conservasse questa immagine originale "inutile". Considerarono tre possibilità. Primo, forse il cervello non aveva ancora finito di elaborare l'immagine originale, e si trattava solo di un eco persistente della percezione. Secondo, forse l'atto di ruotare l'immagine richiedeva un'attenzione tale da bloccare l'originale, rendendolo impossibile da rimuovere. Terzo, forse l'originale e l'immagine ruotata erano legati in un unico pacchetto, in modo che mantenerne uno significasse mantenere l'altro.

Per testare queste idee, i ricercatori hanno progettato un esperimento preciso coinvolgendo quaranta volontari. Ogni persona sedeva in una stanza silenziosa e guardava uno schermo. Per prima cosa, vedevano un cerchio con un modello a strisce a un angolo specifico. Dovevano ricordare quell'angolo. Poi, appariva un'istruzione che diceva loro di ruotare mentalmente quel modello di una certa quantità, come trenta o novanta gradi. Il risultato di questa rotazione mentale era il "prodotto della rotazione". Ai partecipanti veniva detto che quell'angolo ruotato era l'unica cosa che contava ora; l'angolo originale non era più necessario. Immediatamente dopo, appariva un secondo modello a strisce, e dovevano memorizzare anche questo nuovo modello. Infine, appariva un numero sullo schermo. Se il numero era uno, significava che il modello ruotato sarebbe stato testato. Se era due, sarebbe stato testato il secondo modello non ruotato. I partecipanti dovevano quindi giudicare se un modello di test fosse ruotato in senso orario o in senso antiorario rispetto all'elemento indicato.

Durante i periodi di attesa tra questi passaggi, i ricercatori facevano apparire un breve impulso visivo neutro sullo schermo. Questo impulso fungeva da sonda, permettendo ai ricercatori di scattare una fotografia di ciò che era attualmente attivo nella memoria di lavoro del cervello. Analizzando l'attività elettrica che seguiva questo flash, potevano decodificare se il cervello stesse trattenendo il modello originale, il modello ruotato o il secondo modello.

I risultati sono stati chiari. Quando i partecipanti tenevano il modello ruotato nella loro mente, i segnali cerebrali mostravano che l'originale era ancora presente, anche se non era più necessario per il compito. Ciò accadeva anche dopo che avevano memorizzato un secondo modello completamente diverso. Questa scoperta ha escluso l'idea che l'immagine originale fosse solo un eco persistente della percezione o che fosse bloccata perché codificata troppo profondamente. Se fosse stato solo un eco della percezione, sarebbe svanito una volta aggiunto il secondo modello. Se fosse stato bloccato a causa di una codifica profonda, sarebbe rimasto visibile anche quando il modello ruotato veniva scartato.

La chiave del mistero emerse quando i ricercatori osservarono cosa accadeva quando ai partecipanti veniva chiesto di concentrarsi sul secondo modello invece che su quello ruotato. In quei momenti, i segnali cerebrali per il modello ruotato scomparivano. Crucialmente, i segnali per l'originale scomparivano esattamente nello stesso momento. I due non erano indipendenti; erano legati. Il cervello non conservava l'immagine originale come un backup separato. Invece, manteneva l'immagine originale solo perché stava trattenendo l'immagine ruotata. Quando l'immagine ruotata non era più necessaria, il cervello scartava l'originale insieme ad essa.

I ricercatori hanno anche esaminato quanto bene i partecipanti eseguissero il compito. Hanno scoperto che nei tentativi in cui il cervello mostrava un segnale forte per il modello ruotato, i partecipanti erano più accurati. Tuttavia, nei tentativi in cui il cervello mostrava un segnale forte per l'originale, i partecipanti erano in realtà meno accurati. Ciò suggerisce che la presenza dell'immagine originale non stesse aiutando il compito; anzi, sembrava essere una leggera distrazione. Il cervello si tratteneva l'immagine originale non perché fosse utile per l'obiettivo attuale, ma a causa del modo in cui la trasformazione mentale era strutturata. L'immagine ruotata era costruita sopra l'originale, e il cervello le manteneva come una coppia connessa.

Questa scoperta cambia il modo in cui pensiamo al mondo interiore della mente. Suggerisce che quando creiamo una nuova immagine mentale trasformando una vecchia, non sostituiamo semplicemente la vecchia con la nuova. Invece, la nuova immagine rimane ancorata alla sua fonte. Il cervello sembra preferire il mantenimento di queste rappresentazioni collegate, forse per consentire maggiore flessibilità. In una situazione reale, se un'auto scompare dalla vista, potremmo prevedere il suo percorso futuro basandoci sulla sua ultima posizione nota. Se la situazione cambia improvvisamente, avere l'informazione originale ancora disponibile potrebbe permetterci di ricalcolare rapidamente la previsione senza ricominciare da capo. Sebbene questo studio abbia dimostrato che mantenere l'immagine originale non offriva alcun vantaggio in un compito semplice e isolato, suggerisce che questa struttura legata potrebbe essere una caratteristica del modo in cui i nostri cervelli gestiscono ambienti dinamici e mutevoli. La mente non si limita a memorizzare fatti; costruisce una rete di connessioni dove le nuove idee sono tenute in posizione dalle vecchie da cui sono nate.