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Guardare una singola forma di pensiero nel cervello
Uno degli obiettivi a lungo termine del campo del neuro-imaging è capire cosa sta pensando una persona semplicemente osservando il modello della sua attività cerebrale, in sostanza, leggendo la mente. Sebbene questa impresa sia ancora molto lontana, gli scienziati dell'Università del New Mexico hanno compiuto un passo importante perfezionando le tecniche di neuroimaging al punto da poter rilevare in modo affidabile un singolo pensiero che si forma nel cervello di un individuo.
Non appena un volontario pensa a una parola, i ricercatori rilevano l'attività cerebrale nell'area di Broca (freccia gialla), una parte del cervello coinvolta nel linguaggio. (Credito: Stefan Posse, Università del New Mexico)
La tecnica potrebbe essere utilizzata per migliorare le applicazioni cliniche del neuro-imaging, come la diagnosi del paziente, o per studiare processi cognitivi fugaci o irriproducibili, come l'apprendimento di una nuova abilità. Questo potrebbe aprire una dimensione completamente nuova di come potrebbe essere utilizzata la risonanza magnetica, afferma Pietro Bandettini , direttore della struttura centrale fMRI presso il National Institutes of Health di Bethesda, MD.
La risonanza magnetica funzionale (fMRI) misura la quantità di flusso sanguigno in diverse parti del cervello, indicando così quali aree del cervello sono più attive. Imaging del cervello mentre qualcuno svolge compiti mentali, come ricordare le parole o fare matematica, fornisce informazioni sulle parti del cervello cruciali per questi processi cognitivi.
Ma l'attività cerebrale è molto rumorosa, il che significa che gli scienziati devono distinguere i segnali neurali rilevanti dall'attività di fondo, che potrebbe provenire dalla respirazione, dal movimento o persino dai sogni ad occhi aperti di un soggetto. Per rilevare l'attività cerebrale associata a un compito specifico, quindi, la maggior parte della fMRI studia scansioni cerebrali medie da test ripetuti in dozzine di persone.
Stefan Posse e colleghi dell'Università del New Mexico stanno sviluppando nuovi modi per raccogliere e analizzare i dati fMRI che consentono loro di rilevare l'attività cerebrale da un singolo pensiero. Hanno creato i loro metodi di imaging altamente sensibili scattando più foto in un tempo più breve e sviluppando nuovi algoritmi per integrare tali immagini e ridurre il rumore di fondo.
Come descritto in un articolo del mese scorso sulla rivista neuroimmagine , il team di Posse ha chiesto a otto volontari sdraiati in uno scanner di pensare a una parola che inizia con una lettera lampeggiante su uno schermo sopra i loro volti. Hanno quindi registrato l'attività nell'area di Broca, una parte del cervello coinvolta nella generazione del linguaggio.
I ricercatori hanno scoperto di poter rilevare l'attività in questa regione dopo una singola prova con la stessa affidabilità degli studi precedenti che hanno calcolato la media dei risultati su più prove. Possiamo effettivamente vederlo sullo scanner in tempo reale, afferma Posse.
Gli esperti dicono che i risultati sono promettenti, anche se devono ancora essere confermati. È importante provarlo in altre regioni del cervello e con altre attività per vedere dove funziona, afferma Christopher deCharms, fondatore di Omneuron, una startup di imaging cerebrale a Menlo Park, in California.
I ricercatori stanno ora cercando di raccogliere ulteriori informazioni da questi brevi schemi di attività cerebrale. A volte, vedevamo un secondo urto nell'area di Broca, dice Posse. I soggetti poi ci hanno detto che avevano pensato a una seconda parola.
Alla fine, i ricercatori sperano di essere in grado di dedurre caratteristiche ancora più complicate, come il tipo di parola generata dalla persona, se la parola l'ha fatta sentire felice o arrabbiata e, in definitiva, pensieri più complessi. Se riesci a vedere l'attività generata da una singola parola, forse puoi anche vedere l'attività da una sequenza più lunga di pensieri, quindi processi cerebrali complessi, dice Posse. L'idea è quella di essere in grado di scomporre il flusso dei processi di pensiero in pensieri individuali.
Gli esperti di imaging cerebrale affermano che una tecnica che misura in modo affidabile i singoli pensieri potrebbe aprire un nuovo mondo di esperimenti. Se riusciamo a misurare i dati da una singola prova, ci dà un metodo più potente di quello che è stato disponibile, dice deCharms. Potresti monitorare le prestazioni in un'attività, come un intervento chirurgico o il pilotaggio di un aereo, se desideri capire come le prestazioni cambiano secondo per secondo.
E questo metodo univoco potrebbe essere utilizzato per studiare il processo di apprendimento stesso, che avviene molto rapidamente, afferma deCharms. Puoi avere una prima impressione solo una volta. Per studiare un processo di apprendimento specifico, gli scienziati dovrebbero misurare la differenza nell'attività cerebrale tra la prima volta che qualcuno esegue una nuova abilità e la seconda o la terza. Se devi fare una media di oltre 20 prove, perdi molte informazioni, afferma deCharms.
Anche le tecniche di imaging cerebrale a prova singola potrebbero essere utili in clinica. Attualmente, l'fMRI è usata raramente per scopi diagnostici o terapeutici perché è difficile raccogliere dati affidabili da un'immagine cerebrale individuale. Ma poiché le tecniche di fMRI come quelle di Posse consentono un imaging più sensibile, i medici saranno in grado di prendere decisioni mediche dalle singole scansioni cerebrali. Inoltre, afferma Bandettini, la capacità di generare immagini affidabili in tempi più brevi renderà il processo più semplice sia per i medici che per i pazienti.