In che modo il cervello ci comunica che abbiamo fatto un errore sulla base di un suono

Qualsiasi cosa si tratti di fare, il nostro cervello è in grado di dirci quando abbiamo commesso un errore. Ma come fa?

Un gruppo di neuroscienziati della New York University ha cercato di comprenderlo e ha ora identificato una classe di neuroni – che chiama “neuroni dell’errore di previsione” – che non rispondono ai suoni in generale, ma rispondono solo quando i suoni violano le aspettative, inviando così il messaggio che è stato commesso un errore.

“I cervelli sono straordinari nel rilevare ciò che accade nel mondo, ma sono ancora più bravi nel dire se ciò che è accaduto fosse previsto o meno“, spiega David Schneider, professore assistente presso il Center for Neural Science della NYU e autore senior dello studio, pubblicato su JNeurosci. “Abbiamo scoperto che ci sono neuroni specifici nel cervello che non ci dicono cosa è successo, ma invece ci dicono cosa è andato storto”.

Gli autori del lavoro aggiungono che i risultati potrebbero potenzialmente aiutare a evidenziare meglio il processo di apprendimento, a identificare le cause di certe afflizioni e a individuare le attitudini legate al suono.

“Neuroni come questi potrebbero essere fondamentali per imparare a parlare o a suonare uno strumento musicale”, osserva Nicholas Audette, borsista presso il Center for Neural Science della NYU e autore principale del lavoro. “I musicisti esperti hanno neuroni con errori di previsione migliori di quelli dei principianti? E nelle malattie in cui il linguaggio è poco sviluppato, i neuroni dell’errore di previsione funzionano male?”.

I comportamenti hanno spesso conseguenze sensoriali prevedibili e per esempio, quando chiudiamo la portiera di un’auto, ci aspettiamo di sentire un “tonfo” anticipato in una particolare fase del movimento del braccio. Questi comportamenti non sono limitati agli esseri umani: scimmie, topi e altri animali possono imparare a prevedere quale suono produrrà un movimento e quando si verificherà.

Ricerche precedenti hanno già dimostrato che nel cervello degli esseri umani e di altri animali i neuroni hanno risposte significative quando un suono viola le aspettative dell’animale e risposte più deboli quando un suono corrisponde alle aspettative. Ma non era chiaro se ci fossero neuroni che avevano un solo compito: segnalare quando un suono era inaspettato.

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori si sono basati su un loro lavoro precedente, che ha scoperto come il cervello faccia distinzione tra suoni “giusti” e “sbagliati”. Nel nuovo studio hanno dunque studiato le risposte nei topi attraverso una serie di esperimenti e isolando l’attività neuronale.

Negli esperimenti, i topi sentivano un suono particolare dopo aver premuto una leva. L’operazione è stata compiuta ripetutamente, fino a quando non hanno associato questo suono alla pressione della leva. I ricercatori hanno poi modificato i suoni che i topi sentivano durante le pressioni successive, un metodo progettato per imitare i suoni inaspettati che gli esseri umani sentono quando commettono errori.

Gli scienziati hanno quindi scoperto che molti dei neuroni dei topi (i c.d. “neuroni predittivi dell’errore“) erano silenziosi, cioè non producevano segnali che potevano essere utilizzati da altre parti del cervello, tranne quando i topi facevano un movimento e sentivano qualcosa di inaspettato.

Più precisamente, hanno scoperto che i singoli neuroni dell’errore di previsione nella corteccia uditiva dei topi non solo segnalavano quando qualcosa andava storto, ma segnalavano anche cosa andava storto. Per esempio, ogni volta che il suono era troppo silenzioso, si attivava un gruppo di neuroni dell’errore di previsione. Tuttavia, quando il suono era del volume previsto ma arrivava troppo tardi, si attivava un gruppo completamente diverso di neuroni di previsione-errore.

“Quando un movimento produce un suono inaspettato, può violare le nostre aspettative in molti modi diversi“, spiega Schneider. “Diversi neuroni sono attivi quando un movimento produce un suono troppo silenzioso, e altri neuroni quando il movimento produce un suono sbagliato”.