Wavelet Transform Coherence Under Controlled Temporal Correspondence and Social Co-Presence: Implications for fNIRS Hyperscanning

Gli esseri umani sono programmati per connettersi. Quando condividiamo un momento con un'altra persona, che si tratti di una conversazione, di una risata condivisa o di un movimento coordinato, i nostri corpi spesso si mettono in passo. Potremmo protenderci in avanti contemporaneamente, sincronizzare il respiro o muovere le mani a ritmo. Gli scienziati chiamano questo fenomeno sincronia interpersonale, un fenomeno in cui i nostri comportamenti e persino i nostri ritmi biologici interni si allineano. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno portato questa osservazione a un nuovo livello guardando dentro il cervello. Utilizzando una tecnologia portatile che misura il flusso sanguigno nel cervello, possono ora registrare l'attività neurale di due persone contemporaneamente mentre interagiscono. Questo approccio, noto come hyperscanning, ha rivelato che quando le persone si connettono, anche le loro onde cerebrali sembrano spesso sincronizzarsi. Ma rimane una domanda critica: questo accoppiamento tra cervello e cervello avviene perché le due persone si stanno influenzando davvero a vicenda, o è semplicemente perché stanno entrambe reagendo alla stessa attività o ambiente?

Per rispondere a questo, un team di ricercatori dell'Università di Trento, in Italia, ha progettato un esperimento accurato per testare come misuriamo questa connessione cerebrale. Si sono concentrati su uno strumento matematico specifico utilizzato per confrontare i segnali cerebrali, chiamato trasformata wavelet di coerenza. Questo strumento è come un righello ad alta precisione che controlla se due segnali cerebrali si muovono in sincronia con diverse velocità. I ricercatori volevano sapere se questo righello potesse rilevare in modo affidabile la differenza tra segnali destinati a corrispondere e segnali destinati a essere diversi. Più importante ancora, volevano vedere se la presenza di un'altra persona cambiasse il modo in cui il cervello lavora, e se questo cambiamento influenzasse la misurazione stessa. Isolando la tempistica di un compito semplice dall'esperienza sociale di eseguirlo con un compagno, hanno scoperto che il modo in cui misuriamo la sincronia cerebrale è profondamente legato al contesto sociale in cui avviene.

Lo studio ha coinvolto quarantaquattro adulti accoppiati in ventidue squadre. Ogni persona indossava un cappello dotato di sensori che misuravano il flusso sanguigno nelle aree motorie del cervello, le regioni responsabili del controllo del movimento. Indossavano anche delle cuffie per ascoltare una serie di segnali acustici. Il compito era semplice: ogni volta che sentivano un tono, picchiettavano un dito su un tasto per dieci secondi, e quando il tono cessava, rimanevano fermi. I ricercatori hanno creato un modello specifico di toni e silenzi che si ripeteva in blocchi. Alcuni blocchi avevano la stessa struttura temporale, mentre altri avevano strutture diverse. L'obiettivo era vedere se i segnali cerebrali dei blocchi corrispondenti apparissero più simili tra loro rispetto ai segnali dei blocchi non corrispondenti.

L'esperimento si è svolto in due contesti distinti. Per prima cosa, ogni persona ha eseguito il compito di picchiettare da sola in una stanza silenziosa. Successivamente, le coppie hanno eseguito lo stesso compito insieme, sedute l'una accanto all'altra, in grado di vedersi le mani muoversi, ma con l'istruzione di non parlare o coordinare deliberatamente le proprie azioni. Questa configurazione ha permesso ai ricercatori di confrontare i segnali cerebrali della stessa persona che esegue il compito da sola rispetto a quando lo esegue con un partner, e di confrontare i segnali tra due persone diverse che eseguono il compito insieme rispetto a quando lo eseguono separatamente.

I risultati hanno rivelato un quadro chiaro di come il cervello risponde a questo semplice compito motorio. Quando le persone picchiettavano con le dita, la parte del cervello sul lato opposto del corpo che controlla il movimento si illuminava, che è esattamente ciò che gli scienziati si aspettano di vedere. Questo accadeva sia da soli che con un partner. Tuttavia, una differenza significativa è emersa quando erano insieme. Durante la sessione congiunta, anche la parte del cervello sullo stesso lato della mano che picchiettava è diventata attiva. Ciò suggerisce che la semplice presenza di un'altra persona, che osserva lo stesso compito, cambi il modo in cui il cervello implementa il movimento, reclutando aree aggiuntive che rimangono silenziose quando agiamo da soli.

Le scoperte più sorprendenti sono emerse dall'analisi della corrispondenza dei segnali cerebrali. Quando i ricercatori hanno esaminato i dati delle persone che eseguivano il compito da sole, lo strumento di misurazione non è riuscito a distinguere tra i blocchi corrispondenti e quelli non corrispondenti. Nonostante la tempistica dei tocchi fosse rigorosamente controllata e i diversi blocchi avessero strutture differenti, i segoli cerebrali non mostravano un modello di somiglianza chiaro che lo strumento potesse rilevare. I segnali erano troppo variabili per distinguere la differenza.

La storia è cambiata completamente quando i partecipanti hanno eseguito il compito insieme. Nella sessione congiunta, lo strumento di misurazione ha identificato con successo i blocchi corrispondenti. I segnali cerebrali dei periodi con la stessa struttura temporale mostravano una connessione molto più forte rispetto a quelli con strutture diverse. Questo effetto era più forte nelle regioni motorie del cervello. Fondamentalmente, questo miglioramento nella rilevazione non è avvenuto solo tra le due persone, ma anche all'interno della stessa persona. Quando un singolo individuo svolgeva il compito con un partner presente, i propri segnali cerebrali diventavano più coerenti e più facili da far corrispondere con altri blocchi simili.

Questa scoperta sfida l'idea che la sincronia cerebrale sia una semplice misura di connessione indipendente dal contesto. I ricercatori hanno scoperto che la presenza sociale di un partner ha alterato la natura stessa dei segnali cerebrali individuali. La presenza del partner sembra aver reso la risposta del cervello al compito più coerente e organizzata. Di conseguenza, lo strumento utilizzato per misurare la sincronia è diventato molto più sensibile. Non è che le due persone stessero improvvisamente "sincronizzandosi" in un modo magico che prima non esisteva; piuttosto, il contesto sociale ha cambiato i segnali individuali stessi, rendendo i modelli sottostanti di tempistica più visibili alla misurazione.

Lo studio ha anche esaminato quanto bene funzionasse lo strumento confrontando due persone diverse. Quando i partner venivano testati separatamente, lo strumento trovava pochissime prove che i loro segnali cerebrali corrispondessero in base alla struttura del compito. Tuttavia, quando eseguivano il compito insieme, lo strumento rilevava un chiaro aumento dei segnali corrispondenti, in particolare nelle aree motorie. Ciò conferma che, sebbene i compiti condivisi possano creare una certa somiglianza nell'attività cerebrale, l'atto di stare insieme amplifica significativamente questo effetto.

Questi risultati suggeriscono che quando vediamo due cervelli muoversi in sincronia, non possiamo presumere che sia esclusivamente il risultato di un profondo legame interpersonale o di un collegamento neurale diretto. L'ambiente sociale stesso modella i segnali. La presenza di un'altra persona può cambiare il modo in cui il cervello di un individuo elabora un compito, rendendo i segnali più coerenti e più facili da rilevare come sincronizzati. Ciò significa che le misure della sincronia cerebrale non sono solo una finestra sullo spazio tra due persone, ma sono anche un riflesso di come il cervello di ciascuno stia funzionando all'interno di quel momento sociale specifico.

I ricercatori concludono che gli strumenti utilizzati per misurare la connessione cerebrale devono essere interpretati con cautela. Non sono righelli neutrali che danno la stessa lettura indipendentemente dalla situazione. Al contrario, sono sensibili al contesto funzionale e sociale in cui il cervello sta lavorando. Lo studio dimostra che la co-presenza sociale può alterare la dinamica temporale dei segnali neurali individuali, cambiando efficacemente la materia prima su cui si basano le metriche di sincronia. Questa intuizione è fondamentale per comprendere l'interazione umana, ricordandoci che il cervello non opera nel vuoto. Quando ci connettiamo con gli altri, i nostri cervelli non si limitano a collegarsi; essi cambiano. L'atto stesso di stare insieme rimodella il paesaggio neurale, creando un segnale più coerente e sincronizzato che riflette la complessità dell'esperienza umana condivisa.