Gli umani sono l’unica specie sulla Terra in grado di immaginare sequenze cronologiche che non sono mai avvenute

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I cervelli umani e animali possono rappresentare eventi nel tempo e nello spazio in modi affascinanti, ad esempio accedendo a una cronologia di eventi accaduti in passato attraverso stimoli percepiti dai sensi.

Nel cervello umano, le dimensioni spaziali e temporali degli eventi si combinano e si manifestano in quella che è nota come memoria episodica , che può essere suscitata in qualsiasi momento mentre una persona sta navigando nel mondo.

La memoria episodica si riferisce alla capacità umana di ricordare e riprodurre esperienze o eventi specifici del passato. Precedenti studi di neuroscienze suggeriscono che la mappatura dello spazio-tempo associata alla memoria episodica sia radicata in una specifica regione del cervello: l’ippocampo.

Sulla base dei risultati della ricerca finora raccolti, gli esseri umani sono le uniche specie sulla Terra in grado di immaginare sequenze cronologiche che non sono mai avvenute ma che potrebbero essere in qualche modo collegate a eventi reali.

Questa capacità sta alla base di ciò che è noto come ragionamento causale, che comporta l’identificazione di relazioni causa-effetto, come “se questa cosa accadrà in futuro, allora potrebbe accadere un’altra cosa”.

I ricercatori di École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Manipal Institute of Technology e Université Paris-Saclay hanno recentemente condotto uno studio di indagine sul ruolo delle regioni cerebrali nella formazione dell’ippocampo nella capacità umana di navigare attraverso eventi immaginati radicati in un tempo o spazio diverso.

Il loro articolo, pubblicato sul MIT Press Journal of Cognitive Neuroscience, offre nuove preziose informazioni sulle basi neurali di ciò che è noto come tempo psicologico ordinale nel cervello umano.

“Qui, abbiamo chiesto se la formazione dell’ippocampo è coinvolta nella navigazione mentale nel tempo (e nello spazio), che richiede manipolazioni interne di eventi nel tempo e nello spazio da una prospettiva egocentrica”, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.

“Per rispondere a questa domanda, abbiamo rianalizzato un set di dati sulla magnetoencefalografia raccolti mentre i partecipanti si auto-proiettavano nel tempo o nello spazio e ordinarono che eventi storici avvenissero prima / dopo o ad ovest / est del sé mentale.”

Baptiste Gauthier, Pooja Prabhu, Karunakar A. Kotegar e Virginie van Wassenhove, il team di ricercatori dietro lo studio, hanno effettuato un’analisi approfondita di un set di dati che hanno raccolto in uno dei loro lavori precedenti.

Nel loro studio passato, hanno utilizzato tecniche di neuroimaging risolte nel tempo per caratterizzare l’attività cerebrale di un gruppo di persone a cui è stato chiesto di immaginare cronologicamente eventi storici da diverse prospettive mentali nel tempo (ad esempio, nove anni nel futuro) o in spazi diversi ( ad es., mentre in un luogo specifico).

Nel loro nuovo articolo, i ricercatori hanno esaminato i dati precedentemente raccolti utilizzando un metodo diverso. Poiché il metodo utilizzato nel loro studio precedente aveva limitazioni significative che impedivano loro di indagare sulle implicazioni dell’ippocampo, lo hanno sostituito con una tecnica che spiega esplicitamente il volume dell’ippocampo.

Il nuovo metodo di ricostruzione della fonte che hanno usato ha permesso loro di chiarire come le strutture profonde all’interno della formazione dell’ippocampo sono coinvolte nella capacità umana di ordinare mentalmente gli eventi immaginati nel tempo e nello spazio da una prospettiva egocentrica.

La formazione dell’ippocampo è composta da diverse strutture cerebrali, tra cui l’ippocampo bilaterale, le cortecce entorinali e la corteccia parahippocampale.

“Abbiamo trovato un coinvolgimento selettivo dei lobi temporali mediali (MTL) con una notevole lateralizzazione degli effetti principali: mentre l’ordinalità temporale ha coinvolto principalmente il MTL sinistro, l’ordinalità spaziale ha coinvolto principalmente il MTL destro”, hanno scritto i ricercatori.

I risultati delle analisi hanno fatto luce sul contributo delle regioni cerebrali all’interno della formazione dell’ippocampo nel tempo psicologico ordinale, in particolare quello degli MTL e degli MTL.

Mentre la funzione esatta di queste regioni è ancora poco chiara, il loro lavoro suggerisce che svolgono un ruolo chiave nell’ordinamento mentale di eventi ipotetici o immaginari che si verificano in luoghi diversi e in momenti diversi.

Nel loro articolo, Gauthier, Prabhu, Kotegar e Wassenhove presentano anche un’ipotesi su come il tempo mentale e il viaggio nello spazio potrebbero essere elaborati dalla formazione dell’ippocampo.

Più specificamente, suggeriscono che la capacità umana di immaginare di viaggiare in luoghi o tempi diversi potrebbe essere guidata dal controllo dall’alto verso il basso dell’attività neurale all’interno di questa particolare formazione cerebrale.

È interessante notare che i modelli selettivi di attività neurale riportati dai ricercatori si verificano quando gli umani stanno ordinando mentalmente eventi che non hanno mai vissuto nella vita reale (cioè eventi non episodici), ma non quando rivisitano mentalmente eventi reali del loro passato. In futuro, le loro scoperte potrebbero aprire la strada a nuovi studi che studiano il tempo psicologico ordinale nel cervello umano e si concentrano sulla formazione dell’ippocampo, forse usando nuovi metodi o set di dati appena compilati.


Siamo prevalentemente nel presente di fronte al futuro piuttosto che guardare indietro al passato —Suddendorf e Corballis (2007)

Sebbene non immediatamente intuitivo, l’idea che la memoria, l’immaginazione e la previsione di ciò che potrebbe accadere in futuro siano intimamente collegati non è nuova. Nel corso dei secoli questa nozione è costantemente riemersa nel lavoro filosofico, psicologico e contemporaneo, insieme alla convinzione che il ruolo del ricordo sia quello di servire l’immaginazione e la previsione del futuro.

Ad esempio, nel 1798, Immanuel Kant notò che “Ricordare il passato (ricordare) avviene solo con l’intenzione di rendere possibile prevedere il futuro” (p. 77); nel 1871 la Regina Bianca in Attraverso lo specchio di Lewis Carroll osservò con astuzia: “È un povero ricordo che funziona solo all’indietro” (Carroll 1871, cap. 5); mentre nel 2006, Suddendorf ha affermato: “È un’accurata previsione del futuro, più che un’accurata memoria del passato in sé, che trasmette un vantaggio adattivo” (p. 1007).

Esistono prove comportamentali a supporto della connessione tra memoria e immaginazione del futuro. Ad esempio, D’Argembeau e Van der Linden (2004) hanno chiesto ai partecipanti di “rivivere” mentalmente eventi passati personali (memoria episodica) o di “pre-esperienza” (pensiero episodico futuro; Atance e O’Neill 2001) possibile futuro eventi che avevano / si sarebbero verificati in un passato / futuro vicino o distante.

Per il passato e il futuro, eventi temporalmente vicini erano associati a maggiori dettagli sensoriali e contestuali ed evocavano sentimenti più forti di ri-esperienza (o pre-esperienza) rispetto agli equivalenti temporalmente distanti. Allo stesso modo, D’Argembeau e Van der Linden (2006) hanno mostrato che le differenze individuali, come la capacità di immagini visive, influenzano l’esperienza fenomenologica della memoria episodica e del pensiero episodico futuro. In particolare, errori specifici commessi nel ricordare il passato sono anche evidenti quando le persone si impegnano a predire il futuro (per una recensione, vedere Gilbert e Wilson 2007).

Se la memoria e l’immaginazione sono intimamente collegate, è naturale chiedersi se sono supportate dalle stesse strutture neurali. Questo è stato esaminato in due modi, uno con un focus sull’ippocampo (Fig. 1) e l’altro con un occhio ad un ampio set di aree cerebrali — tra cui cortecce mediali e laterali prefrontali, cingolate posteriori e retrospleniali, corteccia temporale laterale, e i lobi temporali mediali (MTL), spesso chiamati la “rete centrale” per memoria episodica e immaginazione (Fig. 2; Buckner e Carroll 2007; Spreng e altri 2009).

Considerando prima l’ippocampo, sin dal lavoro fondamentale di Scoville e Milner (1957), l’MTL e in particolare l’ippocampo sono stati riconosciuti come protagonisti della nostra capacità di ricordare le esperienze passate. Il loro articolo descriveva il caso di SM che era stato sottoposto a lobectomia temporale bilaterale per il sollievo dell’epilessia intrattabile, rendendolo amnesico, incapace di acquisire nuovi ricordi episodici.

Notarono che “dopo l’operazione, questo giovane non riuscì più a riconoscere il personale dell’ospedale né a trovare la strada per il bagno, e sembrò non ricordare nulla degli eventi quotidiani della sua vita in ospedale” (Scoville e Milner 1957, p 14). Il caso di HM è precipitato 50 anni di lavoro successivo esaminando il ruolo dell’ippocampo in memoria (per le recensioni, vedi Corkin 2002; Squire 2004).

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Figura 1.
L’ippocampo umano. Il pannello superiore mostra l’ippocampo cerchiato in rosso sulle viste sagittale (sinistra), coronale (centrale) e assiale (destra) da una risonanza magnetica strutturale del cervello. L’ippocampo è composto da una serie di sottocampi, CA1, CA2, CA3, che sono adiacenti alle aree vicine – il giro dentato (DG), il sotto-studio (SUB), il presubiculum, il parasubiculum e la corteccia entorinale – per formare la formazione estesa dell’ippocampo . Immagini tridimensionali di due esempi di ippocampi sono mostrate con alcune delle sottoregioni indicate (da Bonnici e altri 2012).
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Figura 2.
La “rete centrale” per memoria e immaginazione. Queste sono le attivazioni in comune per il ricordo di eventi personali passati, il ricordo di scene precedentemente immaginate e la costruzione di scene nuove (da Hassabis e altri 2007a). Sono raffigurati sulla scansione cerebrale MRI strutturale media dei partecipanti allo studio. Le aree coinvolte, relative alle attività di controllo di base, includevano cortecce prefrontali laterali e mediali, precuneus, cingolato posteriore e cortecce retrospleniali, aree temporali laterali e mediali, tra cui la corteccia parahippocampale e l’ippocampo.

La memoria, tuttavia, non è l’unica funzione attribuita all’ippocampo. Negli anni ’70, O’Keefe e Dostrovsky (1971) scoprirono cellule nell’ippocampo di ratto che mostravano un incendio specifico per la posizione (i cosiddetti “cellule posto”; Fig. 3A) e si scoprì che i danni all’ippocampo interrompevano gravemente la navigazione spaziale abilità (Morris e altri 1982).

Questa prova ha spinto O’Keefe e Nadel (1978) a suggerire che l’ippocampo svolge un ruolo chiave sia nella memoria che nella navigazione spaziale. Sebbene questa idea sia stata discussa (Cohen ed Eichenbaum 1991), l’onere rimane sui conti teorici della funzione dell’ippocampo per spiegare i deficit mnemonici (Spires e altri 2001) e di navigazione (Fig. 3B; Maguire e altri 2006) osservati nei pazienti a seguito di bilaterale danno dell’ippocampo (Burgess e altri 2002).

Ma sembra che anche spiegare la memoria e la navigazione non sia sufficiente; man mano che i legami tra memoria, immaginazione e pensiero sul futuro si sono cristallizzati, le prove hanno iniziato a maturare implicando anche l’ippocampo e la rete centrale in queste ultime funzioni.

In effetti, c’è stato un aumento di interesse in questo settore, con Klein (2013) che ha notato un aumento di 10 volte dell’attività investigativa negli ultimi cinque anni. Allora, qual è la prova che un sistema neurale comune, che include l’ippocampo, sostiene la memoria, l’immaginazione e la previsione del futuro?

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Figura 3.
Navigazione spaziale. (A) Le registrazioni dell’ippocampo di ratti in movimento libero mostrano la presenza di cellule posto che esibiscono un fuoco specifico per posizione (Amaral e Witter, 1989 e Burgess e altri 1999; ristampato con il permesso di Elsevier e Oxford University Press). La cella raffigurata qui aveva il suo campo posto nell’angolo in alto a destra dell’arena. (B) Quando gli esseri umani navigavano su rotte attorno a una versione di realtà virtuale del centro di Londra, nel Regno Unito, durante la scansione fMRI, il loro ippocampo era impegnato (da Spires e Maguire, 2006). Mappa riprodotta per concessione di AZ Map Co. Ltd. dei Geografi © Crown Copyright 2005. Tutti i diritti riservati. Numero di licenza 100017302.

Conclusioni e direzioni future
In conclusione, le prove metacognitive, cognitive, neuropsicologiche e di neuroimaging illustrano chiaramente gli stretti legami tra memoria episodica, immaginazione e previsione del futuro.

In generale, crediamo che gli studi futuri sull’uomo potrebbero trarre grandi benefici dalla de-conflittualità di due questioni: come apprendiamo e ricordiamo le nostre esperienze passate e cosa fa l’ippocampo.

Nonostante l’ippocampo sia ampiamente considerato come il dispositivo di memoria episodica per antonomasia, come indicato in questo articolo, la memoria e l’ippocampo non sono semplicemente intercambiabili. Rilasciando l’ippocampo da resoconti strettamente mnemonici della sua funzione, crediamo che possa emergere una comprensione teoricamente arricchita del suo ruolo fondamentale e della sua rottura in patologia.

Per accertare veramente, quindi, che cosa fa l’ippocampo, un’utile strategia per il futuro, come proposta nella SCT, potrebbe essere quella di considerare la gamma di disparate funzioni cognitive che sono state collegate all’ippocampo, tra cui memoria, immaginazione e previsione il futuro e deduciamo da ciò quali comuni processi o meccanismi sottostanti possono essere mediati dall’ippocampo (Maguire e Mullally 2013).

In particolare, dobbiamo sapere di più su come l’ippocampo supporta la costruzione di scene e come questo interagisce con calcoli noti, come la separazione dei pattern e il completamento dei pattern, che si verificano nei suoi sottocampi.

BE si verifica nei non umani e, in caso affermativo, cosa possiamo imparare sui meccanismi coinvolti dagli studi elettrofisiologici?

Guardando oltre l’ippocampo, in che modo la costruzione della scena dipendente dall’ippocampo si collega al funzionamento di altre aree corticali nella rete centrale come le cortecce parahippocampali e retrospleniali, che sono spesso etichettate come “selettive della scena” (Auger e altri 2012; Mullally and Maguire 2011).

Quali sono le funzioni precise di ciascuna area all’interno della rete centrale e la connettività tra di esse? C’è ancora molto da imparare e la comprensione della relazione tra memoria episodica, immaginazione e previsione del futuro è ancora agli inizi. Tuttavia, siamo fiduciosi che i prossimi cinque anni accelereranno importanti nuove intuizioni su questa domanda che ha incuriosito nel corso dei secoli.

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More information: Baptiste Gauthier et al. Hippocampal Contribution to Ordinal Psychological Time in the Human Brain, Journal of Cognitive Neuroscience (2020). DOI: 10.1162/jocn_a_01586

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