Attention alters numerosity tuned responses in the human brain

Il cervello umano è un maestro nel riconoscimento di schemi, capace di classificare costantemente il mondo in categorie per dare un senso al caos. Tra i suoi strumenti più fondamentali vi è la capacità di percepire la "numerosità", ovvero il semplice senso di quanti elementi siano presenti in una scena visiva. Questa non è solo una competenza matematica riservata al conteggio di monete o mele; è una funzione sensoriale di base che ci permette di valutare istantaneamente la dimensione di una folla o il numero di uccelli in uno stormo. Per decenni, gli scienziati hanno creduto che questa capacità funzionasse come una macchina fotografica, registrando passivamente il numero di oggetti man mano che apparivano. Tuttavia, sappiamo che nella vita reale le nostre menti sono raramente passive. Ci concentriamo costantemente su cose specifiche per risolvere problemi, come tracciare un singolo amico in una stanza affollata o contare i gradini di una scala. Ciò solleva una domanda stimolante: il meccanismo interno di conteggio del cervello cambia quando decidiamo attivamente di prestare attenzione a un numero specifico, o semplicemente aumenta il volume dello stesso segnale?

Un ricercatore dell'Università di Utrecht e dell'Istituto olandese per le neuroscienze ha deciso di rispondere a questo quesito guardando direttamente all'interno del cervello umano vivente. Era interessato a capire se le popolazioni neurali che rappresentano i numeri siano flessibili, capaci di rimodellarsi in base ai nostri obiettivi, proprio come i nostri occhi si concentrano su un punto specifico in una stanza. Per farlo, ha utilizzato uno scanner di risonanza magnetica 7 Tesla, una macchina così sensibile da poter rilevare l'attività di piccoli gruppi di cellule cerebrali. Ha chiesto ai volontari di guardare schermi che visualizzavano gruppi di punti. In alcune sessioni, ai volontari veniva chiesto di concentrarsi sulla ricerca di un numero specifico di punti, come due o sei. In altre sessioni, veniva chiesto loro di ignorare completamente il numero e di concentrarsi su una caratteristica diversa, come il colore dei punti. Il ricercatore ha poi mappato il modo in cui il cervello rispondeva a queste diverse istruzioni, cercando cambiamenti nella "sintonizzazione" interna del cervello rispetto ai numeri.

I risultati hanno rivelato che il cervello non si limita a contare i numeri per poi decidere di guardarli. Al contrario, l'atto di prestare attenzione riscrive attivamente la mappa numerica del cervello. Quando i volontari si concentravano su un numero target specifico, le cellule cerebrali che di solito rispondevano a quel numero diventavano più precise e più attive. Ma la scoperta più sorprendente è stata che le cellule cerebrali spostavano effettivamente le proprie preferenze. Se una persona veniva incaricata di osservare il numero sei, le cellule cerebrali che normalmente preferivano numeri più piccoli iniziavano a spostare il proprio focus verso il sei. Era come se la manopola interna del cervello venisse girata per agganciarsi al numero specifico che la persona stava cercando. Questo spostamento avveniva anche quando il numero target non era fisicamente presente sullo schermo, dimostrando che il cambiamento era guidato dall'obiettivo interno della persona piuttosto che dal semplice input visivo.

Questa trasformazione non era uniforme in tutto il cervello; diventava più forte man mano che l'informazione viaggiava dalla parte posteriore del cervello, dove avviene l'elaborazione visiva, verso la parte anteriore, dove avvengono la pianificazione e il processo decisionale. Nelle prime aree visive, i cambiamenti erano sottili. Ma man mano che il segnale si spostava nelle regioni parietali e frontali, il focus del cervello diventava incredibilmente nitido. Il ricercatore ha scoperto che le cellule cerebrali in queste aree superiori restringevano il loro campo, diventando altamente specializzate per il numero target pur ignorando tutto il resto. Ciò suggerisce un sistema gerarchico in cui il cervello parte con una stima ampia e automatica della quantità e poi, secondo necessità, utilizza il controllo top-down per raffinare tale stima in uno strumento preciso per il compito da svolgere.

Per capire come ciò funzioni, il ricercatore ha utilizzato un modello computazionale che tratta l'attenzione come un riflettore. Ha scoperto che il cervello non si limita ad amplificare il segnale del numero target; esso attira l'intera distribuzione delle preferenze numeriche verso quel target. Immaginate una folla di persone, ognuna con in mano un cartello con un numero scritto sopra. Se chiedete alla folla di concentrarsi sul numero sei, le persone che tengono i cartelli con cinque, sette o otto potrebbero spostare fisicamente i propri cartelli più vicino al sei, mentre la persona con il cartello con il numero uno si sposterà anch'essa verso il sei. Questo effetto di "attrazione" è stato misurato attraverso migliaia di cellule cerebrali, mostrando uno spostamento sistematico che corrispondeva perfettamente agli obiettivi dei volontari. Lo studio ha anche dimostrato che questo meccanismo non è unico per i numeri. Gli stessi principi che ci permettono di concentrare lo sguardo su una specifica posizione nello spazio ci permettono anche di concentrare la mente su una specifica quantità astratta.

Lo studio ha inoltre esplorato perché il cervello reagiva più fortemente al numero sei rispetto al numero due. Il ricercatore ha notato che il numero due rientra in un intervallo che gli esseri umani possono riconoscere istantaneamente senza contare, un processo noto come subitizing. Il numero sei, invece, richiede stima e maggiore sforzo mentale. Poiché il cervello doveva lavorare di più per tracciare il numero più grande e meno automatico, lo spostamento attentivo era più pronunciato. Inoltre, il cervello umano possiede naturalmente più cellule sintonizzate su numeri piccoli rispetto a numeri grandi. Quando i volontari si concentravano sul sei, quasi tutte le cellule cerebrali venivano trascinate in un'unica direzione per raggiungere quel target, creando un segnale forte e unificato. Quando si concentravano sul due, le cellule erano già vicine al target, quindi lo spostamento era meno drammatico.

Queste scoperte sfidano la vecchia visione del senso del numero come un sistema fisso e passivo. Al contrario, esso appare come un'architettura dinamica e flessibile che può essere riconfigurata in tempo reale per soddisfare le nostre esigenze. La ricerca dimostra che i medesimi meccanismi attentivi che ci aiutano a navigare nel mondo fisico governano anche il nostro pensiero astratto. Mostrando che il cervello può rimodellare attivamente le sue rappresentazioni numeriche, lo studio offre una nuova finestra su come eseguiamo compiti complessi come l'aritmetica mentale o il confronto di valori. Suggerisce che la nostra capacità di fare matematica non riguarda solo l'avere una calcolatrice nella testa, ma l'avere un cervello capace di sintonizzare in modo flessibile i propri sensori sui numeri di cui abbiamo più bisogno. Questo lavoro colma il divario tra la percezione sensoriale di base e la cognizione di alto livello, mostrando che la capacità del cervello di concentrarsi è uno strumento universale che opera in tutti i domini del pensiero.