Cervello, ecco i neuroni dei numeri: così ci aiutano a contare / Brain, here are the neurons of numbers: so they help us to count

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Scoperte delle cellule che si attivano solo in risposta a stimoli che corrispondono a un determinato numero. E riescono anche a eseguire semplici sottrazioni, per riconoscere quanto una cifra sia distante dalla propria.

PENSATE a una mela su un tavolo. Aggiungetene un’altra. Riuscite a distinguerle? Ora immaginate di aggiungerne una terza. E provate ad andare avanti. Avete appena allenato, selettivamente, diverse popolazioni di cellule nel vostro cervello: stando a quanto ha appena scoperto un'équipe di neurobiologi della University of Tubingen, in Germania, esisterebbero infatti dei neuroni che si 'accendono' solo in risposta a stimoli corrispondenti a un numero determinato e restano quasi inattivi in risposta ad altri numeri. Lo studio, pubblicato sulla rivista Neuron, ha mostrato tra l'altro come il nostro cervello impara ad associare i numeri astratti alle quantità concrete.

• UN’ABILITÀ INNATA 

Già da tempo è noto che l’abilità di contare è praticamente innata negli esseri umani (e probabilmente non solo): già da molto piccoli infatti siamo in grado di capire, per esempio, la differenza tra il due e il tre e perfino di eseguire semplici calcoli aritmetici. Gli scienziati di Tubinga hanno cercato di comprendere cosa accade quando il cervello processa l'idea 'astratta' di numero e come la 'collega' a quantità e stimoli reali.

In generale, non è semplice condurre studi di questo tipo: gli esami non invasivi di imaging cerebrale (la risonanza magnetica funzionale, per esempio) di solito non forniscono tutte le informazioni necessarie; per ottenere più dati, bisognerebbe impiantare dei sensori in loco, operazione ovviamente molto invasiva e non praticabile. A meno che non la si conduca su pazienti che, per altre ragioni, devono già sottoporsi a interventi chirurgici al cervello. È stato proprio questo il caso: gli autori del lavoro hanno raccolto i dati da elettrodi impiantati nel lobo mediale temporale di nove pazienti epilettici nel vicino ospedale di Bonn. Dati che si sono rivelati forieri di informazioni molto interessanti.

• QUANTI PUNTI VEDI?

"I microelettrodi posti nel cervello dei pazienti - ha spiegato Florian Mormann, direttore del gruppo di neurofisiologia cognitiva e clinica a Tubinga - ci hanno permesso di misurare le reazioni dei singoli neuroni agli stimoli visivi". Gli scienziati, in particolare, hanno mostrato ai pazienti numeri diversi di punti luminosi su uno schermo, variabili tra uno e cinque.

"In questo modo, abbiamo osservato che alcune cellule nervose si attivano in risposta a quantità molto specifiche", ha aggiunto Esther Kutter, un’altra degli autori del lavoro. "Per esempio, alcuni neuroni si attivano solo quando il paziente vede tre punti, altri solo quando ne vede uno". Ogni numero, insomma, ha una 'firma' neurale specifica nel cervello.

• NEURONI CHE FANNO LA DIFFERENZA

Gli autori dello studio hanno notato anche un altro fenomeno: le cellule nervose corrispondenti al 'tre', per esempio, hanno mostrato una debole attività anche in risposta allo stimolo 'due' e 'quattro', ma non a 'uno' e 'cinque', il che costituisce una prova del cosiddetto effetto di distanza numerica, già dimostrato per il cervello delle scimmie.

In sostanza, i 'neuroni dei numeri' riescono anche ad eseguire semplici sottrazioni, comprendendo quanto ciascuna cifra sia lontana dalla propria. E ancora: l'esperimento è stato ripetuto mostrando ai volontari, sullo schermo, delle cifre vere e proprie (ossia il simbolo '1', il simbolo '2', etc.) anziché dei puntini.

I risultati hanno mostrato, ancora una volta, che a ogni cifra corrisponde una popolazione di neuroni, ma che tale popolazione non ha niente a che vedere con quella che corrisponde allo stesso numero di puntini. In altre parole: vedere il numero 2 attiva dei neuroni diversi rispetto a quelli che si attivano vedendo due puntini. L'effetto di distanza numerica, invece, permane anche con i simboli.

ENGLISH

Discoveries of cells that are activated only in response to stimuli that correspond to a given number. And they can also perform simple subtractions, to recognize how much a figure is far from one's own.

Think of an apple on a table. Add another one. Can you distinguish them? Now imagine adding a third one. And try to move on. You have just trained, selectively, different cell populations in your brain: according to what has just been discovered by a team of neurobiologists at the University of Tubingen, in Germany, there would be neurons that 'turn on' only in response to stimuli corresponding to a determined number and remain almost inactive in response to other numbers. The study, published in the journal Neuron, showed, among other things, how our brain learns to associate abstract numbers with concrete quantities.

• INNATE ALL-INABILITY

It has long been known that the ability to count is practically innate in human beings (and probably not only): even when we are very young, we are able to understand, for example, the difference between two and three and even to perform simple arithmetic calculations. Tubingen scientists have tried to understand what happens when the brain processes the 'abstract' idea of ​​number and how it 'connects' it to real quantities and stimuli.

In general, it is not easy to conduct such studies: non-invasive brain imaging (functional magnetic resonance imaging, for example) usually does not provide all the necessary information; to obtain more data, sensors should be installed on site, which is obviously very invasive and not practicable. Unless you take it to patients who, for other reasons, already have to undergo brain surgery. This was the case: the authors of the work collected data from electrodes implanted in the medial temporal lobe of nine epileptic patients in the nearby Bonn hospital. Data that proved to be the harbingers of very interesting information.

• HOW MANY POINTS SEE?

"The microelectrodes placed in the patients' brains - explained Florian Mormann, director of the group of cognitive and clinical neurophysiology in Tübingen - have enabled us to measure the reactions of single neurons to visual stimuli". Scientists, in particular, showed patients different numbers of bright spots on a screen, ranging from one to five.

"In this way, we have observed that some nerve cells are activated in response to very specific quantities," added Esther Kutter, another of the authors of the paper. "For example, some neurons are activated only when the patient sees three points, others only when he sees one." Each number, in short, has a specific neural 'signature' in the brain.

• NEURONS THAT MAKE THE DIFFERENCE

The authors of the study also noticed another phenomenon: the nerve cells corresponding to the 'three', for example, showed a weak activity also in response to the stimulus' two 'and' four ', but not to' one 'and' five ', which constitutes a proof of the so-called numerical distance effect, already demonstrated for the monkey's brain.

In essence, the 'number neurons' can also perform simple subtractions, understanding how much each figure is far from one's own. And again: the experiment was repeated showing to the volunteers, on the screen, the actual figures (ie the symbol '1', the symbol '2', etc.) instead of the dots.

The results showed, once again, that each digit corresponds to a population of neurons, but that this population has nothing to do with that corresponding to the same number of dots. In other words: see the number 2 activates different neurons than those activated by seeing two dots. The effect of numerical distance, however, also remains with the symbols.

Da:

https://www.repubblica.it/scienze/2018/09/26/news/cervello_ecco_i_neuroni_che_sanno_contare_-207426558/