La storia di uno studio della mente

Rebecca Saxe vuole sapere come il nostro cervello impara ad essere sociale.

Più precisamente, Saxe, professoressa associata di neuroscienze cognitive presso il Dipartimento di Scienze Cognitive e Cervello del MIT, ha costruito la sua carriera cercando di comprendere come esprimiamo giudizi sui pensieri degli altri, una facoltà chiamata Teoria della Mente (ToM).

Il nostro cervello esegue la cognizione ToM per decifrare cosa si cela dietro un sorriso, una smorfia, una presa nella voce di qualcuno. Come scrive Saxe, ToM è il meccanismo che le persone usano per dedurre e ragionare sullo stato mentale di un'altra persona. Per monitorare la toM, ha dovuto padroneggiare l'arte della risonanza magnetica funzionale (fMRI). Gli scanner fMRI sono ingombranti e difficili da usare bene e i loro risultati sono difficili da interpretare. Ma Saxe è diventata una virtuosa della macchina, a cominciare da quando, come postdoc, è venuta a lottare con un problema che dice ancora le fa saltare la testa.

All'inizio dello sviluppo, spiega, il cervello umano sembra essere un insieme di neuroni molto simili a quelli che formano il cervello di molte altre creature. Ma poi otteniamo capacità che non hanno paralleli nel regno animale. Come? Cosa succede nei cervelli in maturazione per creare la vita della mente che ci distingue come esseri umani?

Questa è una domanda enorme, il lavoro di una vita. Ma uno sguardo ravvicinato a solo uno degli esperimenti di Saxe suggerisce cosa serve per ricavare il significato dalle misurazioni e offre uno sguardo sulla vita lavorativa di uno scienziato al top del suo gioco.

Saxe, un canadese di 33 anni, è alle prese con il cervello dagli anni '90, iniziando come studente universitario a Oxford. Ha iniziato a concentrarsi sul concetto di ToM nella scuola di specializzazione al MIT, lavorando nel laboratorio di Nancy Kanwisher '80, PhD '86, dove ha identificato i sistemi cerebrali che si attivano quando qualcuno pensa allo stato d'animo di qualcun altro. Il neuroscienziato cognitivo Jon Simons dell'Università di Cambridge, specializzato nello studio della memoria, afferma che Saxe ha progettato esperimenti ponderati che hanno prodotto dati interessanti e affidabili. È allettante pensare che la grande scienza sia queste grandi scoperte, dice. [Ma] questo è il modo in cui si fa una buona scienza. Sta facendo studi rigorosi nei minimi dettagli che creano risultati che durano.

Saxe ha compiuto un passo importante nel 2005, quando ha iniziato a chiedersi se poteva studiare bambini di appena cinque anni per vedere come si sviluppa il sistema ToM nel tempo. Il posto di blocco? A quel tempo, pochissimi ricercatori al mondo hanno tentato di mettere i bambini in una macchina fMRI, che richiede alle persone di stare ferme per 40 minuti o più. Ma uno di questi ricercatori era Kevin Pelphrey, allora alla Duke University. Saxe gli scrisse nell'ottobre del 2005 - alla cieca, dice - proponendo un esperimento che avrebbe scansionato il cervello dei bambini mentre elaboravano storie incentrate sui pensieri delle persone. Gli ho detto che avrei scritto l'esperimento e che tu puoi fare le scansioni alla Duke, ricorda. Pelphrey, che Saxe considera uno dei più generosi collaboratori, ha detto di sì, scenderà, ma entro febbraio. Quindi Saxe aveva solo poche settimane per prendere il germe di un'idea e trasformarla in un protocollo praticabile.

Io e il mio ragazzo ci siamo seduti al tavolo della cucina, dice, e ho scritto piccoli frammenti di storie che contenevano i pensieri delle persone. Ha ideato una dozzina di narrazioni, aggiungendo disegni per accompagnarle. I soggetti sarebbero stati esposti a tre segmenti per narrazione per 20 secondi ciascuno: una descrizione di un ambiente fisico, con un'immagine disegnata a mano per illustrarlo; una descrizione dei caratteri umani; e un segmento mentale che offriva informazioni su ciò che stava accadendo nelle loro menti. Per garantire che i risultati non fossero influenzati dalla reazione di un soggetto all'ordine dei segmenti, ogni bambino nello studio avrebbe ascoltato le stesse storie, ma con i segmenti disposti in ordini diversi. Dopo aver ascoltato ogni storia, ai bambini veniva posta una domanda sì o no che richiedeva loro di dedurre cosa avrebbe potuto fare il protagonista. Quindi, dopo una breve pausa, iniziava un'altra storia, e così via, fino a quando il soggetto non aveva attraversato il protocollo completo di 12 narrazioni separate, in sessioni di scansione della durata di circa 40 minuti.

Giorni dopo aver completato il progetto sperimentale, Saxe andò da Duke. Il primo soggetto, una bambina di circa 10 anni, è arrivato verso metà mattina e il team l'ha sistemata nello scanner. Nella sala di controllo Saxe poteva vedere i due piedini del bambino che spuntavano dalla bocca della macchina. Quando lo scanner iniziò a emettere il suo solito ronzio e clic-clic-clic, Saxe era nervoso. Ben consapevole che ogni nuovo esperimento ha più percorsi verso il fallimento, sapeva di dover affrontare anche un rischio più fondamentale. Alcune ricerche avevano suggerito che i bambini di età inferiore ai cinque anni possono già fare inferenze sulla ToM. Quindi c'erano buone probabilità che lei e i suoi collaboratori non trovassero proprio nulla: le regioni ToM in questi bambini potevano assomigliare a quelle delle persone anziane.

Peggio ancora, mentre eseguiva la sua prima scansione, Saxe non aveva modo di verificare se avrebbe trovato qualcosa di interessante. Sebbene la tecnologia fMRI sia comunemente immaginata (o temuta) come una sorta di sonda che puoi usare semplicemente per leggere il contenuto dei pensieri delle persone, la realtà è molto meno drammatica e molto più impegnativa per il ricercatore.

Alcuni dei problemi sono puramente tecnici. Le macchine fMRI misurano l'attività cerebrale solo indirettamente. Quando i neuroni si attivano, aspirano ossigeno per prepararsi a sparare di nuovo. Ciò evoca una richiesta di più ossigeno, fornito dal sangue. Quando una regione del cervello richiede più carburante, il rapporto locale tra sangue ossigenato e sangue deossigenato cambia di una frazione. Il sangue ossigenato ha proprietà magnetiche diverse dalla versione deossigenata e le macchine fMRI misurano i leggeri cambiamenti risultanti nei campi magnetici locali.

Ma non è un'impresa da poco. Il cervello si sposta leggermente nel cranio ad ogni respiro e battito cardiaco e le persone, specialmente i bambini!, non stanno perfettamente immobili per un'ora. Abbiamo una macchina che si muove, pulsa e traballa che consuma grandi quantità di ossigeno per molte ragioni, oltre alle quali stiamo cercando di misurare un piccolo segnale, dice Saxe. Poi c'è il problema della tempistica: l'attivazione neurale richiede frazioni di secondo, ma i cambiamenti nei livelli di ossigeno nel sangue si verificano nell'arco di sei secondi o più e i livelli non tornano sempre allo stesso numero di base, aumentando il disordine. Quindi, dice Saxe, eseguiamo la correzione del movimento. Eseguiamo il livellamento spaziale per eliminare parte del rumore. Filtriamo temporalmente tutto ciò che accade nell'arco di 10 minuti o più: la scala temporale in cui gli artefatti come il riscaldamento dello scanner apparirebbero nei dati. Ci vogliono ore di analisi per individuare un segnale, tutto solo per iniziare a capire cosa potrebbe significare qualsiasi misurazione.

In tarda mattinata, il primo bambino ha completato la sua lista di storie, quindi il team ha ripetuto la sequenza con il secondo e ultimo soggetto della giornata, un bambino di nove anni. Quando è sceso dallo scanner, la maggior parte del gruppo ha deciso di uscire a cena.

Sax è rimasto indietro. Ora iniziava la fase di flessione dell'esperimento: trasformare i numeri grezzi della scansione in una forma che potesse essere analizzata. Passarono le ore. I colleghi di Saxe mangiarono e tornarono. È rimasta al computer. A tarda sera, aveva completato l'elaborazione del primo passaggio. Artefatti di movimento: spariti; rumore della macchina: sotto controllo; frame dopo frame ha abbinato il prompt all'azione neurale.

Quello che vide permise a Saxe di espirare: aveva dei dati. Il team ha dimostrato che è possibile ottenere risultati utilizzabili da bambini che la maggior parte dei ricercatori riteneva troppo irrequieti per essere immaginati. Ancora più importante, quando hanno raccolto le scansioni di soggetti di appena sei anni, Saxe e Pelphrey hanno scoperto qualcosa di nuovo. I ragazzi più grandi sembravano più o meno degli adulti, dice Saxe. Le loro regioni ToM si sono illuminate quando hanno sentito un segmento che li ha costretti a pensare a ciò che qualcun altro stava pensando, ma non durante le parti delle storie che descrivevano semplicemente qualcuno che faceva qualcosa. Ma le scansioni dei bambini erano diverse. Le loro regioni cerebrali hanno risposto a qualsiasi cosa sulle persone, non solo agli aneddoti sugli stati mentali delle persone, ma a qualsiasi cosa con le persone presenti.

Ci sono diversi modi per spiegare questo risultato, ma Saxe preferisce quella che lei chiama un'idea folle: che il cervello inizi con una facoltà generica per pensare all'interazione sociale, e poi si specializzi. Il suo team ha iniziato a capire che man mano che cresciamo, le nostre regioni cerebrali lasciano alcuni lavori per diventare esperti in altri.

Questa affermazione è ancora provvisoria, ma il lavoro successivo nel laboratorio di Saxe e altrove l'ha rafforzata. Ora, dice Saxe, pensiamo di avere un modello di sviluppo. Ora vogliamo sapere come e perché avviene questo sviluppo e cosa può farlo cambiare. Per scoprirlo, il suo laboratorio sta conducendo studi su diversi percorsi di specializzazione in ToM. Uno sta guardando i bambini nello spettro autistico; un altro sta esaminando i bambini ciechi, che impegnano i pensieri degli altri attraverso l'udito piuttosto che la vista; e un terzo sta indagando sui bambini sordi, alcuni dei quali sono esposti al linguaggio relativamente tardi se i loro genitori non sanno come firmare. Nessuno ha ancora dato risultati definitivi.

Saxe non è più un postdoc sregolato. Ora dirige un laboratorio e non è ancora abituata a tutto ciò che serve per fare scienza su scala sempre più ampia. Più di una dozzina di ricercatori sono coinvolti solo in uno dei nuovi studi, afferma. C'è una nota di meraviglia - incredulità, davvero - come aggiunge: Ai tempi, ero solo io a disegnare sul mio tavolo. Ora abbiamo bisogno di una persona al 100% solo per seguire quel progetto.

Eppure, mentre lo dice, sorride. Lei e i suoi colleghi hanno pubblicato i risultati dello studio Duke nel 2009, ma c'è qualcosa che non è apparso sulla pagina, un aspetto della scienza che non può essere catturato in alcun conteggio indifferente dei dati. Quella notte in North Carolina, quel primo momento in cui ha funzionato? lei dice. È stato emozionante.

Un esempio di storia dall'esperimento ToM per bambini

Segmento fisico:
Dietro il grande fienile rosso ai margini del noceto c'è lo stagno più magnifico del quartiere. È ampio e profondo e ombreggiato da una vecchia quercia. C'è di tutto in quello stagno: pesci e scarpe vecchie e giocattoli e tricicli smarriti, e tante altre sorprese.

Segmento persone:
Il vecchio Mr. McFeeglebee è un vecchio contadino grinzoso e rugoso, che indossa una vecchia tuta grigia stropicciata e vecchi stivali grigi stropicciati. Ha vissuto su questa terra tutta la sua vita, anche più a lungo della maggior parte degli alberi. Il piccolo Georgie è il nipote di Mr. McFeeglebee dalla città.

Segmento mentale:
Il signor McFeeglebee non vuole che nessun bambino vada a pescare nello stagno. Ma il piccolo Georgie fa finta di non accorgersene. Gli piace così tanto pescare, e inoltre, sa che può correre più veloce di chiunque altro in città. Georgie decide di scappare molto velocemente se il signor McFeeglebee lo vede pescare.

Domanda:
Cosa ne pensi? Il piccolo Georgie pesca nello stagno? [pausa] Buon lavoro! È ora della prossima storia!

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