Come il cervello rappresenta i piani di azione e gli esiti

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XXII – 17 maggio 2025.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Nel comportamento animale, l’efficacia delle azioni dirette a uno scopo biologicamente rilevante costituisce una chiave di volta per l’adattamento, e la comprensione dei processi neurofunzionali che la rendono possibile rappresenta una traccia importante per gli studi sperimentali e teoretici. Le teorie del comportamento anticipatorio suggeriscono che le azioni siano rappresentate nei termini dei loro esiti rilevati dal cervello. Azioni e risultati sono spesso direttamente associati anche nella nostra esperienza, e anche oltre le nostre considerazioni coscienti immediate: per esempio, l’estensione dell’articolazione della caviglia destra per accelerare l’auto è associata a una maggiore vicinanza alla destinazione. Ma noi abbiamo anche l’abilità – riscontrata in molte specie animali – di apprendere rapidamente e sfruttare associazioni arbitrarie tra azioni e loro esiti.

I modelli computazionali attualmente in uso del comportamento finalizzato sono basati a loro volta su modelli predittivi, che connettono i comandi motori con l’effetto previsto. Lo spettro e la varietà del comportamento di azioni-esiti sono catturati meglio da un’organizzazione modulare, in cui esistono vari controllori indipendenti per differenti tipologie di azione. Ma, mentre tali modelli computazionali definiscono in modo chiaro ed esplicito come possono essere controllate le azioni finalizzate, non specificano in che modo i rapporti tra differenti moduli “azione-esito” sono organizzati e strutturati nel cervello.

Per risolvere questo problema, Irina Barnaveli e colleghi hanno esplorato la possibilità che il cervello rappresenti le associazioni tra azioni e risultati delle azioni stesse in una struttura di apprendimento simile a una mappa, ossia una mappa cognitiva. Il risultato dello studio, di sicuro interesse, ha dimostrato la possibilità che la rappresentazione cognitiva avvenga nel sistema ippocampo-entorinale, seguendo il criterio di strutturazione delle mappe, storicamente associate alla codifica di informazioni spaziali e recentemente analizzate anche come base concettuale di forme di conoscenza astratta.

(Barnaveli I. et al., Hippocampal-entorhinal cognitive maps and cortical motor system represent action plans and their outcomes. Nature Communications – Epub ahead of print doi: 10.1038/s41467-025-59153-y, 2025).

La provenienza degli autori è la seguente: Department of Psychology, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, Leipzig (Germania); Center for Mind/Brain Sciences, University of Trento, Rovereto (Italia); Institute of Cognitive Neuroscience, University College London, London (Regno Unito); Kavli Institute for Systems Neuroscience, NTNU, Trondheim (Norvegia).

Un’appropriata, adeguata ed efficiente interazione con l’ambiente – inteso anche nel senso di circostanze e condizioni – richiede la ponderazione e la selezione fra numerose azioni alternative, basate sulla conoscenza previsionale dell’effetto o esito di ciascuna azione; ossia sulla memoria di significato di ciascun atto, dove il significato è rappresentato dal risultato che produce. Lo studio dei meccanismi che consentono questi processi di ponderazione, selezione ed esecuzione ha finora prodotto molti risultati, ma su alcune questioni cruciali soggette a interpretazione non vi è accordo fra i ricercatori. Dunque, la ricerca procede anche per sciogliere questi nodi interpretativi.

Irina Barnaveli e gli altri autori dello studio qui recensito dimostrano che formare relazioni tra associazioni azione-esito arbitrarie richiede la costruzione di una precisa mappa cognitiva.

Usando un paradigma immersivo di realtà virtuale, i volontari partecipanti hanno appreso associazioni astratte in 2D di azioni motorie-esiti, e poi hanno comparato le combinazioni d’azione mentre le attività dei loro circuiti cerebrali erano monitorate in risonanza magnetica funzionale (fMRI).

I ricercatori hanno osservato una modulazione esadirezionale dell’attività della corteccia entorinale, mentre i partecipanti comparavano i differenti piani d’azione. Altro aspetto rilevante è che l’attività dell’ippocampo è in scala con la similarità in 2D tra gli esiti di questi piani d’azione. Per converso, l’area motoria supplementare rappresentava azioni individuali, mostrando una più intensa attivazione per piani d’azione sovrapponibili.

Aspetto cruciale, emerso in questo studio, è che la connettività tra ippocampo e area motoria supplementare è modulata dalla somiglianza tra i piani d’azione: elemento che suggerisce ruoli complementari di queste due formazioni nella valutazione dell’azione.

Nell’insieme, i risultati di questa interessante osservazione funzionale del cervello umano in funzione forniscono evidenze per un ruolo delle mappe cognitive nella selezione dell’azione, confutando le interpretazioni basate su modelli classici di organizzazione seriale della memoria e delle sue basi neurali.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Diane Richmond

BM&L-17 maggio 2025

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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