Cortical high frequency oscillations reflect encoding and retrieval of specific word concepts

Il cervello umano è una vasta rete di segnali elettrici, che scattano costantemente per creare i nostri pensieri, i nostri ricordi e le nostre percezioni. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che diverse parti di questa rete si illuminano quando vediamo un oggetto o ricordiamo un nome. Tuttavia, un mistero specifico è rimasto sospeso: come fa il cervello a conservare i dettagli esatti di un singolo concetto, come una parola specifica, attraverso diversi momenti nel tempo? Quando vediamo una parola e poi la ricordiamo senza vederla più, il cervello utilizza lo stesso piccolo gruppo di neuroni per rappresentare quell'idea? Comprendere questo processo è fondamentale perché rivela come le nostre menti cuciscano esperienze separate in un senso coerente di sé e della conoscenza, eppure tracciare questi fugaci eventi neurali è rimasto una sfida importante per i ricercatori.

Per risolvere questo enigma, un team di ricercatori si è rivolto a un gruppo unico di volontari: pazienti con epilessia che erano già sottoposti a registrazioni con elettrodi intracranici per localizzare la fonte delle loro crisi. Poiché questi elettrodi sono posizionati direttamente sulla superficie del cervello, possono rilevare l'attività elettrica dei neuroni con una precisione che i metodi non invasivi non possono eguagliare. Gli scienziati si sono concentrati su un tipo specifico di rapida scarica elettrica nota come oscillazioni ad alta frequenza. Si tratta di rapidi increspamenti di attività che si verificano quando gruppi di neuroni sparano insieme, e sono stati collegati al lavoro pesante della formazione e del recupero della memoria. I ricercatori volevano vedere se queste scariche potessero agire come una firma per una singola parola, apparendo costantemente sia quando il paziente stava semplicemente guardando la parola, sia quando la stava ricordando dalla memoria.

L'esperimento prevedeva di mostrare ai pazienti un insieme di nomi comuni, come "mela" o "sedia", e di chiedere loro di eseguire due compiti diversi. Nel primo compito, i pazienti vedevano le parole su uno schermo. Nel secondo compito, veniva chiesto loro di ricordare liberamente le stesse parole senza alcun aiuto visivo. Queste sessioni sono state ripetute nei giorni successivi per vedere se la risposta del cervello rimaneva stabile nel tempo. I ricercatori cercavano un modello: la stessa specifica parola avrebbe innescato la stessa firma elettrica unica nel cervello, indipendentmente dal fatto che il paziente stesse vedendo la parola o semplicemente pensando ad essa?

I risultati hanno rivelato una mappa chiara e organizzata di come il cervello gestisce questi concetti. Quando i pazienti vedevano inizialmente le parole, le scariche elettriche apparivano nelle aree visive del cervello, ma queste risposte non erano molto specifiche; solo il 40 percento dei neuroni in queste regioni sensoriali reagiva in modo unico a una particolare parola. Man mano che il segnale si muoveva verso la parte anteriore del cervello, nelle regioni associazionali responsabili del pensiero di alto livello, la selettività aumentava drasticamente. In queste aree anteriori, il cervello diventava molto più preciso, con gruppi specifici di neuroni che attivavano quasi esclusivamente la parola specifica che veniva elaborata.

Ancora più significativamente, lo studio ha dimostrato che queste firme neurali erano persistenti. Gli stessi gruppi di neuroni che rispondevano a una specifica parola durante la sessione di screening visivo si attivavano anche quando il paziente ricordava quella stessa parola, anche quando non c'era stimolazione sensoriale a provocarli. Questa riattivazione selettiva avveniva all'interno della stessa sessione e continuava in modo affidabile il giorno successivo. Le scoperte dimostrano che il cervello non conserva solo un'idea vaga di un concetto; mantiene una riattivazione persistente di assemblaggi su larga scala di neuroni che sottendono particolari concetti. Queste scariche di attività ad alta frequenza fungono da marcatore affidabile, provando che il cervello utilizza lo stesso codice neurale specifico per rappresentare una parola, sia che la stiamo vedendo nel mondo, sia che la stiamo recuperando dalla nostra stessa mente.