Early visual cortex is not functionally necessary for temporal attention: A TMS study

Il cervello umano è una meraviglia di efficienza, ma è anche una creatura della scarsità. Non può elaborare ogni vista, suono e sensazione nell'ambiente contemporaneamente senza esaurire le sue riserve di energia. Per sopravvivere, il cervello impiega una strategia chiamata attenzione, un meccanismo che agisce come un riflettore, aumentando la chiarezza di informazioni specifiche mentre attenua tutto il resto. Sebbene gli scienziati abbiano compreso da tempo come ci concentriamo su punti specifici della nostra visione, la questione di come ci concentriamo su momenti specifici nel tempo è rimasta più elusiva. Sappiamo di poter scegliere volontariamente di essere pronti per un evento in un secondo preciso, ma la macchina biologica dietro questa capacità è rimasta un mistero. Studi precedenti utilizzando scanner cerebrali hanno mostrato che quando ci concentriamo su un tempo specifico, l'attività aumenta nella corteccia visiva precoce, la parte del cervello alla parte posteriore della testa che riceve per prima le immagini dagli occhi. Tuttavia, questi scanner mostrano solo una correlazione; rivelano che due cose accadono contemporaneamente, ma non possono provare che una causi l'altra. Restava possibile che quest'area visiva precoce fosse solo una spettatrice, che si illuminava perché altre parti del cervello stavano compiendo il vero lavoro di temporizzazione.

Per risolvere questo enigma, i ricercatori della New York University hanno progettato un esperimento per testare se la corteccia visiva precoce sia effettivamente necessaria per questo tipo di attenzione basata sul tempo. Hanno utilizzato una tecnica chiamata stimolazione magnetica transcranica, che consiste nel posizionare una bobina magnetica contro il cuoio capelluto per somministrare un impulso breve e innocuo che interrompe temporaneamente l'attività elettrica delle cellule cerebrali sottostanti. Applicando questo impulso esattamente nel momento in cui appariva un bersaglio visivo, il team poteva vedere se l'interruzione della corteccia visiva precoce avrebbe compromesso la capacità del cervello di concentrarsi su quel momento specifico. Se la corteccia visiva precoce fosse stata il motore dell'attenzione temporale, l'interruzione avrebbe dovuto rendere le persone più lente e meno accurate. Se, invece, il cervello si affidasse a un sistema diverso e di livello superiore per gestire il tempo, l'interruzione dell'area visiva precoce non avrebbe dovuto avere alcun effetto sulle prestazioni.

I ricercatori hanno chiesto ai volontari di eseguire un compito in cui osservavano due forme, chiamate patch di Gabor, che apparivano una dopo l'altra nell'angolo in basso a destra di uno schermo. Prima che le forme apparissero, un suono dava ai volontari un indizio su quale forma avrebbero dovuto identificare. A volte l'indizio era accurato, dicendo loro esattamente quale forma osservare; altre volte, il suono era neutro e non utile. I volontari dovevano decidere se la forma indicata fosse inclinata leggermente a sinistra o a destra. L'esperimento è stato condotto in quattro diverse condizioni: in alcuni trial, l'impulso magnetico veniva somministrato proprio mentre appariva la prima forma; in altri, colpiva proprio mentre appariva la seconda forma; in alcuni, colpiva entrambe le volte; e in un gruppo di controllo, non veniva somministrato alcun impulso. Fondamentalmente, i volontari non potevano prevedere quando sarebbe avvenuto l'impulso, garantendo che il loro stato cerebrale rimanesse costante indipendentemente dalla stimolazione. Per verificare che l'impulso magnetico stesse effettivamente influenzando il cervello, i ricercatori hanno anche monitorato la dimensione delle pupille dei volontari, che si dilatano naturalmente quando la corteccia visiva viene stimolata.

I risultati sono stati chiari e sorprendenti. Quando i volontari ricevevano un indizio utile su quale forma osservare, performavano significativamente meglio, identificando l'inclinazione con maggiore accuratezza e reagendo più velocemente. Questo miglioramento, noto come il beneficio dell'attenzione temporale, si verificava costantemente in tutte le condizioni. Soprattutto, gli impulsi magnetici somministrati alla corteccia visiva precoce non diminuivano questo beneficio. Che l'impulso colpisse la prima forma, la seconda, entrambe o nessuna, la capacità dei volontari di concentrarsi sul momento corretto nel tempo rimaneva intatta. I dati hanno mostrato che la capacità del cervello di dare priorità a un momento specifico nel tempo non dipende dalla corteccia visiva precoce. I ricercatori hanno confermato che la stimolazione stava funzionando come previsto perché le pupille dei volontari si dilatavano significativamente quando venivano somministrati gli impulsi, provando che il tessuto cerebrale veniva effettivamente influenzato. Tuttavia, questa interruzione fisiologica non si traduceva in un fallimento comportamentale.

Questi risultati suggeriscono che la capacità del cervello di concentrarsi volontariamente su un momento specifico nel tempo opera indipendentemente dai centri primari di elaborazione visiva. Invece di fare affidamento sulla corteccia visiva precoce per gestire la temporizzazione dell'attenzione, il cervello probabilmente utilizza regioni di ordine superiore, come le reti nelle aree frontali e cingolate, per selezionare e proteggere le informazioni rilevanti per il compito. Questo studio fornisce la prima prova causale del fatto che, sebbene la corteccia visiva precoce sia essenziale per vedere, non è il motore che guida il nostro orologio interno per l'attenzione. Il cervello può mantenere il suo focus temporale anche quando l'area di elaborazione visiva iniziale viene temporaneamente silenziata, puntando verso un sistema più complesso e distribuito per gestire quando prestiamo attenzione.