Come percepiscono il mondo i bambini?

Heather Kosakowski tiene in braccio un bambino che sta per essere scansionato in una macchina fMRI presso il McGovern Institute for Brain Research. CAITLIN CUNNINGHAM

È la terza volta di Ursula nella macchina per la risonanza magnetica funzionale. Heather Kosakowski, una dottoranda in neuroscienze cognitive, spera di ottenere solo due preziosi minuti di dati dalla sua sessione. Anche se Ursula è stata prenotata per sottoporsi a una scansione del cervello per due ore, è tutt'altro che una cosa certa. Le sue prime due sessioni, anch'esse prenotate per due ore ciascuna, hanno prodotto solo otto minuti di materiale utilizzabile messi insieme.

Il compito rasenta l'impossibile. Kosakowski ha bisogno che Ursula rimanga sveglia, a guardare le immagini proiettate di volti e scene, e molto ferma, idealmente per secondi o addirittura minuti alla volta. Ogni contrazione e oscillazione offusca la scansione della risonanza magnetica, oscurando l'immagine e rendendola inutile. Ma Ursula tende a contorcersi e poi, inevitabilmente, ad addormentarsi, esattamente quello che ti aspetteresti da un bambino di sei mesi.

La scansione del cervello dei bambini mentre sono svegli è incredibilmente difficile e richiede tempo, e c'è sempre il rischio che una sessione non produca alcun dato. Un adulto motivato è in grado di rimanere perfettamente immobile per due ore, producendo immagini cerebrali che si leggono come un libro aperto. Le sessioni di Ursula producono qualcosa di più simile a un libro che è stato strappato e gettato in un fiume. Kosakowski, che è consigliata congiuntamente dalle professoresse di neuroscienze cognitive Nancy Kanwisher '80, PhD '86, e Rebecca Saxe, PhD '03, ha bisogno di ripescare attentamente le sezioni utilizzabili e ricucirle insieme prima di poter leggere la storia che rivelano.

Heather è probabilmente la persona più esperta viva oggi nell'ottenere dati MRI funzionali di alta qualità da bambini umani, afferma Kanwisher, professore di neuroscienze cognitive di Walter A. Rosenblith.

Se Kosakowski non ottiene i due minuti di immagini fisse del cervello di cui ha bisogno, è possibile che le due precedenti visite di Ursula non siano state inutili. Ma se riesce a ottenere una chiara lettura fMRI, sarà un passo più vicino a rispondere a una delle domande più profonde delle moderne neuroscienze: quali sono le basi fisiche della mente umana?

Un sogno lontano

Kosakowski non è estraneo al superamento degli ostacoli. La sua infanzia è stata caratterizzata da quel tipo di instabilità che ha reso irraggiungibile qualsiasi tipo di istruzione superiore. Suo padre era nell'esercito, quindi la sua famiglia si spostava molto. Poi i suoi genitori divorziarono e le difficoltà si moltiplicarono. Quando aveva circa sette anni, lei e sua madre si trasferirono in un rifugio per senzatetto e, all'età di 11 anni, Kosakowski fu affidata in affido nel Massachusetts occidentale. Avere una laurea è sempre stato il mio sogno, dice, ma definisce il suo primo tentativo di college un triste fallimento.

Kosakowski con la piccola Ursula dopo la sua risonanza magnetica.

RACHEL FRITTS

Ho mollato gli studi, ero senzatetto e non avevo lavoro, e poi ho fatto il totale della mia macchina e mi sono detto, cosa farò della mia vita? lei ricorda. Decise di entrare nel Corpo dei Marines, ma sperava che un giorno avrebbe avuto una seconda possibilità al college.

Dopo diversi anni nell'esercito, Kosakowski lasciò i Marines e tornò in Massachusetts, iscrivendosi part-time al Massachusetts Bay Community College. Forse, pensò, una laurea non era poi così fuori portata, dopotutto. Ha messo gli occhi sullo Smith College, dove è stata ammessa. Ma nel periodo in cui ha ricevuto quella notizia, ne ha avuto anche un'altra: era incinta.

Kosakowski non andò al college da nessuna parte quell'autunno, ma il suo desiderio di imparare persisteva. La sua naturale curiosità ha trovato sfogo nella sua bambina, Hannah, nata quell'ottobre. Ha visto Hannah sperimentare l'erba per la prima volta in primavera, deliziandosi di come ha reagito a questo strano nuovo materiale che ricopre il terreno. Mentre Hannah esplorava il suo ambiente, Kosakowski continuava a chiedersi che aspetto avessero le cose dal suo punto di vista. Cosa stava vivendo? Come stava dando un senso al mondo intorno a lei?

Quando Hannah aveva due anni, Kosakowski trovò lavoro presso un'organizzazione no-profit che stava lavorando per accelerare la ricerca sulla sclerosi multipla, dandole l'opportunità di partecipare a una conferenza di neuroscienze. Dopo di che ero un po' agganciato, dice. Ero tipo, ok, la cosa che voglio davvero fare è fare ricerca, e per fare ricerca ho bisogno di una laurea. Devo tornare a scuola.

Kosakowski fu accettata al Wellesley College, una scuola che aveva cancellato anni prima perché era così competitiva. È rimasta affascinata dalle neuroscienze, infarcendo i suoi professori di domande fino a quando uno ha detto, Heather, alcune delle domande che fai, nessuno conosce la risposta. Dovresti prendere un dottorato di ricerca.

Ho solo continuato a scansionare

Proprio quando Kosakowski si è laureata a Wellesley, Saxe stava cercando un manager per il suo laboratorio, che era uno dei pochi laboratori al mondo a studiare i bambini durante la risonanza magnetica mentre sono svegli, e di conseguenza uno degli unici in grado di rispondere alle domande di Kosakowski sulla natura della cognizione infantile. Ha fatto domanda per la posizione e l'ha ottenuta.

Quando sua sorella adottiva ha avuto un bambino, Kosakowski è andata da Saxe e le ha chiesto se poteva imparare a usare la risonanza magnetica per scansionare il cervello del bambino. Penso che abbia pensato che avrei scansionato mia nipote e l'avrei fatto, dice Kosakowski. Ma ho continuato a scansionare e lei non mi ha mai detto di fermarmi. Saxe, colpita dal lavoro e dalla determinazione di Kosakowski, accettò di assumerla come studentessa laureata. Nel 2017 ha lasciato il suo lavoro come responsabile di laboratorio e ha iniziato il suo primo semestre come dottoranda al MIT.

Kanwisher ricorda ancora la prima volta che vide Kosakowski scansionare un bambino nella risonanza magnetica. Stava pensando di lavorare con Kosakowski e Saxe nel loro studio sui bambini, ma all'inizio era molto scettica. Questo ragazzo sta strillando come un matto. La mamma è nervosa. Il tutto è stressante. E questo va avanti all'infinito e Heather non si arrende, dice. Allora... boom. Le nuvole si aprono, il bambino sorride, Heather inserisce il bambino nello scanner MRI e, come un minuto dopo, scansiona bellissimi dati. Solo la persistenza, l'abilità, è spettacolare.

L'attuale studio di Kosakowski si concentra su come il cervello dei bambini di età compresa tra i due e i nove mesi risponde a brevi video di volti o corpi e su come ciò differisce dalla loro risposta a scene senza persone. È la prima a trovare prove di questo tipo di specializzazione nei bambini di età inferiore ai cinque anni. Le informazioni che sta cercando possono essere misurate solo con fMRI. La risonanza magnetica consente ai ricercatori di scattare immagini ad alta risoluzione di sezioni trasversali del cervello. La risonanza magnetica funzionale aggiunge un altro livello a questo, registrando immagini del cervello attività in tempo reale. Quando i neuroni in una sezione del cervello sono particolarmente attivi, il flusso sanguigno aumenta per alimentare quella regione. Questo si presenta come un punto luminoso nelle scansioni fMRI.

I ricercatori hanno trascorso decenni utilizzando la fMRI per dimostrare che sezioni del cervello adulto sono altamente specializzate per determinati compiti e per individuare esattamente quali aree sono specializzate per quali funzioni. La mente e il cervello hanno tutta questa struttura. Non siamo solo genericamente intelligenti. Siamo intelligenti in modi molto particolari su cose molto particolari che fanno gli umani, dice Kanwisher. Se guardi la struttura, vedi questo insieme di dozzine di regioni del cervello, ognuna che fa una cosa molto distintiva e diversa... È impossibile guardarlo e non chiedersi: 'Come è stata cablata quella struttura?'

Quando gli adulti guardano i volti, ad esempio, una sezione del cervello chiamata area fusiforme del viso, o FFA, si illumina. In altre parole, se i ricercatori mettono gli adulti in macchine per la risonanza magnetica e mostrano loro immagini di volti e oggetti, l'FFA risponderà solo ai volti. L'area del luogo paraippocampale (PPA), nel frattempo, risponde in modo più forte alle rappresentazioni di scene. La stessa Kanwisher ha chiamato la FFA dopo aver guidato il team che l'ha scoperta nel 1997 e ha guidato lo sforzo per individuare e descrivere la PPA nel 1998. Lei e i suoi colleghi hanno anche scoperto la sezione del cervello nota come area del corpo extrastriato (EBA), che risponde fortemente alle immagini di parti del corpo, nel 2001.

[Heather sta] scansionando gli esseri umani svegli più giovani che chiunque può scansionare e chiedendo quale struttura sia nel cervello entro pochi mesi dalla nascita, dice Kanwisher. E questa è solo una delle domande più emozionanti in tutta la psicologia, le neuroscienze e la filosofia profonda: qual è la struttura delle nostre menti e da dove viene?

I risultati preliminari dello studio di Kosakowski forniscono alcune delle prove più evidenti che alcune funzioni del nostro cervello possono essere innate piuttosto che apprese. I bambini hanno anche risposte selettive per volti, corpi e scene in FFA, EBA e PPA, afferma Kosakowski. Nessuno l'ha mai trovato prima. E non ci si aspettava che lo avremmo trovato.

In queste scansioni cerebrali catturate da un bambino che guarda video di volti e scene, il rosso e il giallo mostrano l'attività correlata alla visualizzazione di volti e il blu mostra l'attività collegata alle scene.

Erica KOSAKOWSKI

La pandemia di covid-19, tuttavia, ha portato una serie di sfide. Le sessioni fMRI hanno dovuto essere sospese e ha trascorso gran parte dell'ultimo anno ad analizzare i suoi dati a casa. Il Covid-19 ha avuto un grande impatto su di me in quanto lavoro da casa a tempo pieno e anche un genitore single, allo stesso modo in cui ha avuto un impatto su molte famiglie con bambini, dice Kosakowski. Spera di avere l'opportunità di scansionare più bambini per iniziare a studiare la loro elaborazione uditiva prima di laurearsi nel maggio 2022. Ma la sessione di Ursula alla fine del 2019 si è rivelata una delle sue ultime possibilità di ottenere dati preziosi per la sua tesi.

In quella sessione, Ursula si era addormentata nello scanner, ma Kosakowski era di ottimo umore mentre si concludeva. Era abbastanza sicura di essere riuscita a ottenere i dati e in seguito avrebbe confermato di aver ragione. Mentre la madre di Ursula se ne andava per cambiarsi il camice adatto alla risonanza magnetica, Kosakowski raccolse la bambina intontita e la tenne mentre sedeva davanti a un computer. Lo studente imperturbabile laureato ha una straordinaria capacità di mantenere i bambini felici e rilassati, un'abilità che nessun programma di dottorato ti insegnerà, ma che è inestimabile quando ogni secondo in più di dati puliti aiuta.

Alla fine, tirò su l'immagine che stava cercando, indicando lo schermo mentre lo sguardo di Ursula seguiva il suo dito. Un giorno, grazie ai loro sforzi congiunti, potremmo avere una migliore comprensione di come Ursula percepisse l'immagine davanti a lei. Guarda! Kosakowski ha detto al bambino tra le sue braccia. Questo è il tuo cervello!

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