Neuroni matematici identificati nel cervello

Quando si eseguono calcoli, alcuni neuroni sono attivi durante l'addizione, altri durante la sottrazione. Ai neuroni non importa se l'istruzione di calcolo è scritta come una parola o un simbolo.

Il cervello ha neuroni che si attivano specificamente durante determinate operazioni matematiche. Lo dimostra un recente studio, pubblicato sulla rivista Current Biology, (1) condotto dalle Università di Tubinga e Bonn. I risultati indicano che alcuni dei neuroni rilevati sono attivi esclusivamente durante le addizioni, mentre altri sono attivi durante le sottrazioni.

La maggior parte dei bambini delle scuole elementari probabilmente sa già che tre mele più due mele sommano cinque mele. Tuttavia, ciò che accade nel cervello durante tali calcoli è ancora in gran parte sconosciuto. L'attuale studio delle Università di Bonn e Tubinga fa ora luce su questo tema.

I ricercatori hanno beneficiato di una funzione speciale del Dipartimento di Epilettologia dell'Ospedale Universitario di Bonn, che è specializzato in procedure chirurgiche sul cervello di persone con epilessia. In alcuni pazienti, le convulsioni provengono sempre dalla stessa area del cervello. Per localizzare con precisione questa zona difettosa, i medici impiantano diversi elettrodi nei pazienti. Le sonde possono essere utilizzate per determinare con precisione l'origine dello spasmo. Inoltre, l'attività dei singoli neuroni può essere misurata tramite il cablaggio.

Alcuni neuroni si attivano solo quando sommano.

Cinque donne e quattro uomini hanno partecipato allo studio in corso. Avevano elettrodi impiantati nel cosiddetto lobo temporale del cervello per registrare l'attività delle cellule nervose. Nel frattempo, i partecipanti dovevano svolgere semplici compiti aritmetici. «Abbiamo scoperto che diversi neuroni si attivavano durante le addizioni e pure durante le sottrazioni», spiega il Prof. Florian Mormann (2) del Dipartimento di Epilettologia dell'Ospedale Universitario di Bonn.

Non è vero che alcuni neuroni rispondevano solo al segno “+” e altri solo al segno “-”: «Anche quando abbiamo sostituito i simboli matematici con le parole, l'effetto è rimasto lo stesso», spiega la dottoressa Esther Friederice Kutter, (3) che sta portando a termine il dottorato nel gruppo di ricerca del Prof. Mormann. «Ad esempio, quando ai soggetti è stato chiesto di calcolare '5 e 3', i loro neuroni di addizione sono tornati in azione; mentre per '7 meno 4', i loro neuroni di sottrazione lo hanno fatto».

Ciò mostra che le cellule scoperte codificano effettivamente un'istruzione matematica per l'azione. L'attività cerebrale ha quindi mostrato con grande precisione che tipo di compiti stavano attualmente calcolando i soggetti del test: i ricercatori hanno inserito i modelli di attività delle cellule in un programma per computer di autoapprendimento. Allo stesso tempo, hanno detto al software se i soggetti stavano attualmente calcolando una somma o una differenza. Quando l'algoritmo è stato confrontato con nuovi dati di attività dopo questa fase di addestramento, è stato in grado di identificare con precisione durante quale operazione di calcolo era stato registrato.

Il Prof. Andreas Nieder (4) dell'Università di Tubinga ha supervisionato lo studio insieme al Prof. Florian Mormann. «Sappiamo dagli esperimenti con le scimmie che nei loro cervelli esistono anche neuroni specifici per determinate regole computazionali», dice. «Negli esseri umani, tuttavia, non ci sono quasi dati al riguardo».

Durante la loro analisi, i due gruppi di lavoro si sono imbattuti in un fenomeno interessante: una delle regioni cerebrali studiate era la cosiddetta corteccia paraippocampale. (5) Anche lì i ricercatori hanno trovato cellule nervose che si attivavano specificamente durante l'addizione o la sottrazione. Tuttavia, riassumendo, diversi neuroni di addizione sono diventati alternativamente attivi durante lo stesso compito aritmetico. In senso figurato, è come se il tasto 'più' sulla calcolatrice cambiasse continuamente la sua posizione. Era lo stesso con la sottrazione.

«Questo studio segna un passo importante verso una migliore comprensione di una delle nostre abilità simboliche più importanti, ovvero il calcolo con i numeri», sottolinea il dottor Mormann. Le due squadre scientifiche di Bonn e Tubinga ora vogliono indagare esattamente quale ruolo giocano le cellule nervose coinvolte in questo studio.

Riferimenti:

(1) Neuronal codes for arithmetic rule processing in the human brain

(2) Florian Mormann

(3) Esther Friederice Kutter

(4) Andreas Nieder

(5) Paraippocampo

Descrizione foto: Utilizzando elettrodi ultrafini, impiantati nei lobi temporali dei pazienti affetti da epilessia, i ricercatori possono visualizzare l'attività delle regioni cerebrali. - Credit: Christian Burkert/Volkswagen-Stiftung/University of Bonn.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: "Math neurons" identified in the brain