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
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