Attention modulates cortical and subcortical responses to auditory deviance: An EEG-pupillometry study in healthy adults

Immagina che il tuo cervello sia una città frenetica con due tipi distinti di guardie giurate. Una guardia, la "Guardia Corticale", vive nella lussuosa torre degli uffici in cima alla città. Questa guardia è molto intelligente ma anche molto pignola; presta attenzione solo alle cose se le stai cercando attivamente o se rientrano in un modello specifico che stai studiando. L'altra guardia, la "Guardia Subcortica", vive nel seminterrato. Questa guardia è meno orientata ai modelli complessi e più alla pura e immediata allerta. È cablata con il sistema di allarme della città, che include le tue pupille (i centri neri dei tuoi occhi). Quando succede qualcosa di sorprendente, anche se non lo stai guardando direttamente, l'allarme scatta e le tue pupille si dilatano (si allargano) per far entrare più luce e informazioni. Gli scienziati si sono spesso chiesti: se sei impegnato a fare qualcos'altro, come guardare un film, la guardia del seminterrato noterà comunque un rumore strano nel corridoio, o la mancanza di attenzione della guardia dell'ufficio spegnerà l'intero sistema?

Questa domanda è cruciale perché ci aiuta a capire come sopravviviamo. Abbiamo bisogno di concentrarci sui nostri compiti, ma abbiamo anche bisogno di restare al sicuro da minacce improvvise sullo sfondo. Il cervello utilizza un sistema chimico speciale (che coinvolge una minuscola struttura chiamata locus coeruleus) per gestire questo equilibrio. Poiché non possiamo spiare facilmente dentro il seminterrato del cervello per vedere le guardie, possiamo misurare il loro lavoro osservando le onde cerebrali (segnali elettrici dall'ufficio) e la dimensione delle pupille (il sistema di allarme nel semimento). Questo studio chiede: se distrai il cervello con un compito visivo, entrambe le guardie reagiscono ancora a un suono strano, o ne reagisce solo una?

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L'Esperimento: Una Storia di Due Compiti

Per trovare la risposta, i ricercatori hanno invitato 26 adulti sani in un laboratorio e li hanno messi in una stanza accogliente e buia. Indossavano cuffie e un cappello speciale che registrava le loro onde cerebrali, mentre una telecamera tracciava i movimenti dei loro occhi. I partecipanti dovevano ascoltare una serie di segnali acustici riprodotti attraverso le cuffie. Questi segnali venivano emessi in gruppi di cinque. A volte, tutti e cinque i segnali erano uguali (come beep-beep-beep-beep-beep). Altre volte, l'ultimo segnale era diverso (come beep-beep-beep-beep-BOOP).

I ricercatori hanno impostato due diversi scenari per testare l'attenzione dei partecipanti:

1. Il Compito di Conteggio (Focus Attivo): Nel primo round, ai partecipanti è stato chiesto di contare silenziosamente quante volte accadeva il suono "BOOP". Dovevano prestare molta attenzione ai suoni.
2. Il Compito di Interferenza Visiva (Distrazione): Nel secondo round, i suoni venivano riprodotti in sottofondo, ma i partecipanti dovevano ignorarli. Invece, dovevano guardare uno schermo e premere un pulsante ogni volta che vedevano una forma specifica (un cerchio) apparire tra altre forme. La loro attenzione era rivolta completamente agli occhi, non alle orecchie.

I ricercatori cercavano due tipi di "sorpresa":

• Sorpresa Locale: Solo l'ascolto di un tono diverso (il BOOP nella sequenza).
• Sorpresa Globale: Rendersi conto che il modello dell'intero gruppo di suoni era diverso da quello atteso (ad esempio, rendersi conto che l'intera sequenza era una "violatrice delle regole").

Cosa hanno rivelato le Onde Cerebrali e le Pupille

I risultati hanno dipinto un quadro affascinante di come si comportano le due "guardie" quando il cervello è occupato.

Quando il cervello era concentrato (Compito di Conteggio):
Sia la guardia dell'ufficio che la guardia del seminterrato erano ben sveglie.

• Le Onde Cerebrali (Guardia dell'Ufficio): Quando i partecipanti sentivano un suono sorprendente, le loro onde cerebrali mostravano un picco grande e chiaro. Questo accadeva sia per il semplice cambiamento di tono (locale) che per la rottura del modello (globale). Il segnale era forte e facile da vedere, specialmente nella parte posteriore della testa.
• Le Pupille (Guardia del Seminterrato): Anche le pupille reagivano con forza. Si dilatavano (diventavano più grandi) quando avveniva un suono sorprendente. Questa dilatazione era significativa sia per il semplice cambiamento di tono che per la complessa rottura del modello.

Quando il cervello era distratto (Compito di Interferenza Visiva):
È qui che la storia si fa interessante. Le due guardie hanno iniziato ad agire in modo molto diverso.

• Le Onde Cerebrali (Guardia dell'Ufficio): La guardia dell'ufficio è praticamente andata in sciopero. Quando i partecipanti erano impegnati a guardare lo schermo, le onde cerebrali che di solito segnalavano una "rottura del modello" (sorpresa globale) sono completamente scomparse. Erano troppo occupati per notare la violazione complessa delle regole. Persino il semplice cambiamento di tono (locale) era appena visibile, mostrando solo una reazione minima e fugace. L'elaborazione complessa e di livello superiore sembrava svanire quando l'attenzione veniva spostata altrove.
• Le Pupille (Guardia del Seminterrato): La guardia del seminterrato, tuttavia, si è rifiutata di essere ignorata. Anche se i partecipanti erano distratti, le loro pupille si ingrandivano comunque quando sentivano un suono sorprendente.
  • Per il semplice cambiamento di tono (locale), le pupille si dilatavano ancora, sebbene la reazione fosse un po' più piccola rispetto a prima.
  • Per la complessa rottura del modello (globale), le pupille si dilatavano ancora significativamente. I dati mostravano che, anche quando le onde cerebrali dicevano "non sta succedendo nulla", le pupille dicevano: "Ehi, è appena successo qualcosa di strano!".

La Grande Conclusione

Lo studio suggerisce che il nostro cervello ha una doppia personalità per quanto riguarda il notare le sorprese. La parte del cervello che genera i grandi segnali elettrici (l'ERP/P300) dipende molto dalla nostra attenzione. Se sei impegnato a fare qualcos'altro, quella parte del cervello smette di elaborare i modelli complessi.

Tuttavia, il sistema che controlla le nostre pupille (legato ai sistemi di eccitazione e allerta del cervello) è molto più robusto. Sembra mantenere un controllo di basso livello sull'ambiente anche quando siamo distratti. Le pupille possono ancora rilevare che qualcosa è "fuori posto", anche quando la parte elettrica e cosciente del cervello è troppo occupata per registrarlo. Le pupille possono ancora rilevare che qualcosa è "strano", anche quando la parte elettrica e cosciente del cervello è troppo impegnata per registrarlo. È come avere una telecamera di sicurezza che continua a registrare anche quando la guardia di sicurezza nella torre si è addormentata; l'allarme suona comunque, anche se la guardia non sa perché.

In breve, mentre la nostra attenzione conscia è una risorsa limitata che può essere facilmente deviata, il sistema di allerta automatico del nostro corpo continua a tenere d'occhio il mondo, pronto ad allargare le pupille e a prepararci all'azione, anche quando la nostra mente è altrove.