Come funziona il cervello degli informatici

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XV – 22 settembre 2018.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Le metodiche attualmente in uso per lo studio del cervello umano in attività non consentono di rilevare precisi correlati macroscopici di specifici contenuti noetici; tuttavia, è possibile ottenere traccia di aree che compongono reti attive in alcuni processi mentali e non in altri, e spesso si possono riconoscere sedi topografiche di strutture o formazioni cerebrali elettivamente implicate in un particolare tipo di funzione cognitiva.

In molti casi, l’interpretazione dei quadri di attività cerebrale, rilevati quasi sempre con la metodica della risonanza magnetica funzionale (fMRI), non è semplice, ma la possibilità di rapportare i nuovi reperti ai criteri emersi dalle raccolte di immagini dei più significativi studi precedenti, e non più alle localizzazioni della neurofisiologia classica basata su rilievi anatomo-clinici, consente la decodifica dei dati di osservazione secondo una la logica di organizzazione funzionale che sta progressivamente emergendo in questi anni. I nuovi atlanti di correlati neurofunzionali, basati sulle immagini fMRI, incoraggiano imprese che si consideravano disperate fino a non molti anni fa, come definire il profilo di attività cerebrale connesso con una particolare pratica professionale.

La programmazione di software è un’attività umana complessa e molto recente nella storia cognitiva della nostra specie, che implica l’integrazione di operazioni matematiche, pensiero ricorsivo ed elaborazione di codici linguistici. I correlati neurali di questa attività sono poco studiati e quasi del tutto sconosciuti. Particolarmente ardua è l’impresa del monitoraggio di errore durante compiti di programmazione di software che richiedono l’integrazione del linguaggio, la manipolazione di simboli logici e altre abilità matematiche. Castelhano e colleghi hanno perciò scelto di indagare i correlati neurali delle decisioni (decision making) durante la comprensione del codice sorgente e l’elaborazione mentale da parte dei professionisti con alto grado di esperienza. In pratica, lo studio fMRI del cervello degli informatici ha direttamente esplorato il monitoraggio di errore durante la comprensione del codice sorgente, il rilievo di bug da parte di esperti, e le operazioni decisionali.

(Castelhano J., et al. The role of the insula in intuitive expert bug detection in computer code: an fMRI study. Brain Imaging and Behavior - Epub ahead of print doi: 10.1007/s11682-018-9885-1, 2018).

La provenienza degli autori è la seguente: ICNAS/CIBIT, Coimbra Institute for Biomedical Imaging and Life Sciences, University of Coimbra, Azinhaga de Santa Comba, Coimbra (Portugal); CNC.IBILI, Faculty of Medicine, University of Coimbra, Coimbra (Portugal).

La ricerca condotta in passato sulle basi cerebrali delle facoltà cognitive più prossime a quelle indagate in questo studio è senz’altro quella che ha cercato di localizzare, in aree corticali esplorabili mediante metodiche di neuroimmagine, le attività associate all’esecuzione di compiti di calcolo o di logica. Supponendo che le abilità matematiche costituiscano un ambito morfo-funzionale di elaborazione separato del cervello, così come lo sono nella concezione culturale che ha definito, in tutto il mondo e nella diacronia della storia, un campo specializzato di studio e di insegnamento, si sono indagate le basi cerebrali necessarie a compiere esercizi aritmetici e logici, ottenendo risultati che possono ormai considerarsi nozioni consolidate.

Ad esempio, è emerso da vari studi che l’informazione relativa alla quantità è rappresentata nella corteccia parietale posteriore in stretta associazione con la corteccia prefrontale[1]. Allo stesso modo, da tempo è stata provata l’importanza del solco intraparietale nell’elaborazione di informazioni quantitative, verbali e non verbali, indipendentemente dalla modalità sensoriale che le veicola al cervello, dal tipo di notazione simbolica che le rappresenta e dallo stato cognitivo del soggetto[2]. Un altro processo elementare del quale si conoscono da tempo i correlati è l’ordine numerico: nella scimmia è codificato dai neuroni della corteccia prefrontale laterale, indipendentemente dalle proprietà sensoriali degli stimoli impiegati; nell’uomo, gli studi di neuroimaging funzionale hanno evidenziato un’intensa attivazione di aree della corteccia prefrontale e del solco intraparietale[3].

Dopo questo tipo di ricerca, caratterizzata ancora dalla localizzazione di abilità in singoli territori circoscritti della corteccia cerebrale, ha preso l’avvio l’indagine volta ad identificare le reti distribuite nel cervello, e potenzialmente nell’intero encefalo, che di fatto mediano l’elaborazione dei processi cognitivi che tendiamo a segmentare come funzioni separate, secondo criteri intuitivi. Probabilmente, grazie soprattutto agli studi sulla rete di default in vari processi mentali, dalla ruminazione depressiva a compiti strumentali, si sono creati modelli per cercare di individuare le aree attive in parallelo o in sequenza nell’elaborazione alla base dei principali compiti cognitivi, in precedenza studiati quali funzioni di regioni della corteccia prefrontale. Un contributo rilevante al progredire delle conoscenze lo ha sicuramente fornito lo studio dei pattern di connettività, ossia di variazioni specifiche di intensità dell’attività sinaptica nelle reti di connessioni anatomiche. I metodi e i risultati ottenuti – che non si prestano a sintesi stringate – hanno contribuito a sostenere l’approccio basato sul criterio delle reti operanti simultaneamente o in serie, ampliando enormemente l’orizzonte per l’individuazione delle basi dei processi cognitivi.

Torniamo ora al lavoro qui recensito.

Come si è detto più sopra, i ricercatori hanno sottoposto a scansioni fMRI il cervello di informatici per studiare direttamente il monitoraggio di errore durante la comprensione del codice sorgente, il rilievo di bug da parte di esperti, e le operazioni decisionali. Importante sottolineare la scelta dei ricercatori di usare il codice C, che innesca lo stesso tipo di elaborazione cerebrale indipendentemente dalla madre lingua del programmatore.

Esaminando le immagini, Castelhano e colleghi hanno scoperto un ruolo distinto per l’insula (di Reil) nel monitoraggio e rilievo di bug e un nuovo pattern di connettività che va oltre l’atteso pattern di attivazione evocato dalla comprensione del codice sorgente nelle regioni di elaborazione semantica del linguaggio e della matematica. Un aspetto di notevole importanza è che i livelli di attività dell’insula erano criticamente correlati con la qualità nel compito di rilievo dell’errore da parte dell’informatico; processo che implica intuizione, come segnalato dall’iniziale sospetto di bug, prima della decisione finale e dell’effettivo rilievo dell’errore di scrittura del codice sorgente. L’attività in questa regione appartenente alla rete SN (salience network), evocata dal sospetto della presenza di bug, consentiva di prevedere con quale precisione l’informatico avrebbe poi rilevato la presenza dell’errore; tale possibilità di previsione sulla base della configurazione di attività suggerisce che il ruolo dei neuroni di questa regione consista nella codifica della qualità dell’evidenza del comportamento.

L’analisi di connettività ha fornito la prova di una “riutilizzazione” – come la chiamano gli autori dello studio – top-down di circuito, originante da un’area della corteccia anteriore del giro del cingolo (BA32), una regione cruciale della rete SN, che si ritiene si sia evoluta per il monitoraggio di errori complessi, quale quello richiesto per questa recente attività dell’intelletto umano.

Lo studio attento delle immagini funzionali ha consentito di ricostruire che due regioni, la cingolata BA32 e la frontale anterolaterale BA10, modulano con responsabilità causale i processi decisionali che hanno luogo nell’insula, che a sua volta risulta correlata con le attività delle regioni che elaborano la matematica nella corteccia parietale.

Castelhano e colleghi propongono un’interpretazione in termini evoluzionistici dell’insieme dei risultati: le regioni cerebrali filogeneticamente più antiche, impiegate nel corso dell’evoluzione per funzioni più elementari, sembra che siano riutilizzate in una modalità top-down per nuove funzioni complesse. Tale interpretazione, plausibile sulla base dei risultati, ricalca quelle date in precedenti studi che hanno esplorato le basi neurofunzionali di due altri importanti prodotti dell’ingegno umano: la lettura e la letteratura.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Diane Richmond

BM&L-22 settembre 2018

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Note e Notizie 12-05 Le basi neurobiologiche della competenza numerica.

[2] Note e Notizie 12-05 Le basi neurobiologiche della competenza numerica.

[3] Note e Notizie 12-05 Le basi neurobiologiche della competenza numerica.