Una mappa cerebrale incredibilmente dettagliata mostra lattività dei neuroni che codificano il linguaggio

“Osservando” l’attività cerebrale, gli scienziati hanno creato la mappa ad altissima risoluzione mai realizzata dei neuroni che codificano il significato delle diverse parole. I risultati suggeriscono che, in tutti gli individui, il cervello utilizza le stesse categorie standard per categorizzare le parole, aiutandoci a convertire i suoni in significato.

"Questo studio si basa solo su parole inglesi. Ma rappresenta un grande passo avanti nella comprensione di come il cervello immagazzini le parole nella sua biblioteca linguistica", ha affermato il neurochirurgo Ziv Williams del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge. “Mappando i gruppi sovrapposti di cellule cerebrali che rispondono a parole diverse, possiamo provare a costruire un dizionario dei sinonimi di ciò che le parole significano per il cervello.”

Mappa semantica

Esiste un'area del cervello chiamata corteccia uditiva che è responsabile dell'elaborazione del suono di una parola quando entra nell'orecchio umano. Ma è la corteccia prefrontale, l'area in cui si verifica l'attività cerebrale di ordine superiore, che elabora il "significato semantico" di una parola, ovvero l'essenza o il succo della parola.

Alcuni esperimenti precedenti hanno studiato questo processo analizzando le immagini del flusso sanguigno nel cervello, che è una misura dell'attività cerebrale. Tali metodi consentono ai ricercatori di mappare il significato delle parole in piccole regioni del cervello.

Tuttavia, Williams e i suoi colleghi hanno trovato un'opportunità unica per osservare come i singoli neuroni codificano il linguaggio in tempo reale. Il suo team ha reclutato dieci volontari che stavano per essere sottoposti a un intervento chirurgico per l'epilessia, a ciascuno dei quali erano stati impiantati degli elettrodi nel cervello per identificare la fonte delle crisi. Gli elettrodi hanno permesso al team di registrare l'attività di circa 300 neuroni nella corteccia prefrontale di ciascun volontario.

Mentre i volontari ascoltavano frasi brevi, composte in totale da circa 450 parole, gli scienziati registravano informazioni dettagliate su quali neuroni erano attivi e quando. Williams ha scoperto che per ogni parola si attivavano circa due o tre neuroni distinti, nonostante il team avesse registrato l'attività solo di una piccola frazione dei miliardi di neuroni della corteccia prefrontale. I ricercatori hanno poi esaminato le somiglianze tra le parole che innescavano la stessa attività neurale.

Un neurone multipotente

Ci sono parole a cui risponde lo stesso gruppo di neuroni che appartengono a categorie simili, come parole d'azione o parole legate all'uomo. Il team ha anche scoperto che le parole che il cervello riesce ad associare tra loro, come "anatra" e "uovo", attivano alcuni degli stessi neuroni. Le parole con significati simili, come "topo" e "ratto", innescano modelli di attività neurale più simili rispetto a quelli innescati da "topo" e "carota". Altri gruppi di neuroni rispondono a parole che implicano concetti più astratti, come le parole "sopra" e "dietro".

Pertanto, le categorie che il cervello assegnava alle parole erano simili tra i partecipanti, il che suggerisce che il cervello umano è in grado di sintetizzare gruppi di significato nello stesso modo. I neuroni della corteccia prefrontale non distinguono le parole dal suono, ma solo dal loro significato. Ad esempio, quando una persona sente la parola "figlio" in una frase, si illumineranno le parole relative ai membri della famiglia. Ma quei neuroni non rispondevano alla parola "Sole" nella stessa frase, nonostante le parole avessero una pronuncia quasi identica.

Lettura del pensiero

In una certa misura, i ricercatori possono stabilire cosa sentono le persone osservando l'attivazione dei loro neuroni. Anche se non possono riprodurre le frasi esattamente, ad esempio, possono sapere che una frase contiene un animale, un'azione e un tipo di cibo, in quest'ordine. I ricercatori sono riusciti a identificare non solo i neuroni corrispondenti alle parole e ai loro tipi, ma anche l'ordine in cui venivano pronunciate. Il linguaggio parlato a velocità naturali sarà fondamentale per lo sviluppo di futuri dispositivi di interfaccia cervello-computer che potrebbero restituire la parola alle persone con disabilità.