Ricerche

Anche i ratti possono immaginare: un nuovo studio rileva che i topi hanno la capacità di collegare causa ed effetto in modo tale che possono aspettarsi, o immaginare, qualcosa che accade anche se non è vero.

La scoperta è importante per capire il ragionamento umano, in particolare negli anziani, poiché l'invecchiamento degrada la capacità di mantenere le informazioni sugli eventi non osservati.

"Ciò che distingue gli esseri umani dal resto del regno animale è la capacità prodigiosa di ragionare. Ma quanto della ragione umana è veramente una caratteristica umana unica e quali aspetti sono condivisi con i nostri parenti non umani?", si è chiesto Aaron Blaisdell della University of California di Los Angeles. "Questa è la domanda che guida la mia passione per la ricerca sul comportamento razionale nei ratti".

Blaisdell spera che il suo lavoro con i ratti possa insegnare di più su ciò che significa essere umani. I suoi studi recenti fanno parte di una crescente mole di lavoro sul ragionamento, che è la capacità di capire come muoversi da uno stato di cose ad un altro, per ottenere un risultato particolare.

Dal ragionamento nei ratti, alle differenze di ragionamento tra le persone con autismo e schizofrenia, i ricercatori stanno discutendo le ultime scoperte scientifiche sul ragionamento in un simposio all'interno della conferenza della Cognitive Neuroscience Society (CNS) a San Francisco dal 29 al 31 Marzo 2015.

"Anche se stiamo facendo grandi passi in avanti nella comprensione delle basi biocomportamentali, cognitive e neurobiologiche del ragionamento nelle persone sane, sappiamo ancora poco sullo sviluppo umano, tipico e atipico, di questa capacità e sulle basi biologiche di questo processo di sviluppo", dice Kathy Mann Koepke del National Institute of Child Health and Human Development (NICHD).

La Mann Koepke presiede l'attuale simposio, che mette in luce il lavoro dei membri di un gruppo di lavoro speciale del NICHD sul ragionamento. "La comprensione di queste capacità di ragionamento è emersa come una priorità fondamentale nello studio sulla cognizione e l'apprendimento dello sviluppo", dice. "Affrontando il tema da diversi punti di vista, probabilmente si aggiunge ricchezza e profondità alla comprensione del ragionamento".

Collegamento causa-effetto nei topi

Il lavoro di Blaisdell attinge dalle vecchie idee di Pavlov e altri che, quando un ratto (o cane o piccione) osserva un evento seguito da un altro (ad esempio un suono seguito da cibo), forma un'associazione tra gli eventi. Dopo che è formata l'associazione, ogni volta che il topo sente il tono, si aspetta che segua il cibo.

Ma il suo lavoro va oltre, dimostrando che i topi ragionano: "Quello che ho dimostrato nella mia ricerca è che i ratti acquisiscono non solo questo tipo di associazioni di Pavlov tra due eventi, ma che possono pure formare un nesso di causalità tra loro", spiega Blaisdell. Il ratto sembra credere che il tono provochi il cibo.

Blaisdell e colleghi hanno testato la portata di queste credenze causali in una serie di condizioni, e le hanno presentate ieri al meeting della CNS. Ad esempio, se un ratto apprende che una luce è una causa comune sia del tono che del cibo, quando il topo sente il tono, prevede che ci sia anche la luce. "E se la luce c'era appena stata, anche il cibo, che è l'altro effetto della luce, dovrebbe essere disponibile", dice.

I ricercatori hanno scoperto che i ratti possono fare anche deduzioni razionali circa le proprie azioni. Prendiamo l'esempio della luce come causa comune sia del tono che del cibo. Se i ricercatori consentono al ratto di premere una leva per attivare il segnale acustico, allora il topo non si aspetta il cibo; il ratto è convinto che è la causa del tono e non della luce, e quindi cambia l'aspettativa del cibo. "Questo equivale a prevedere che arrivi il maltempo quando c'è un calo della pressione dell'aria sul barometro", spiega Blaisdell. "Non prevedi il cattivo tempo se interferisci con il barometro e lo fai scendere artificialmente".

Nell'ultimo lavoro, Blaisdell e colleghi hanno scoperto che una volta che i ratti osservano due eventi insieme, non solo formano una associazione, ma anche una aspettativa. Per esempio, se due luci si accendono allo stesso tempo, un ratto si aspetta che una luce si accenda quando lo fa l'altra. Ma ancora più notevole, se i ricercatori coprono una delle luci in modo che il topo non la possa vedere, e poi i ricercatori accendono l'altra luce, i ratti si comportano come se la luce nascosta fosse accesa.

"Essi mantengono un'immagine o aspettativa che la luce sia accesa, anche se non la possono vedere", dice Blaisdell. "Allora usano questo evento immaginato per guidare il processo decisionale sulle azioni che possono o non possono produrre il cibo, a seconda delle prove a disposizione". Questo tipo di ragionamento è alla base del «ragionamento controfattuale»: la capacità di mantenere le informazioni (e fare ipotesi basate) su eventi assenti. Così, secondo Blaisdell, gli elementi del ragionamento controfattuale sembrano avere un'origine profonda nell'evoluzione.

Il ragionamento controfattuale declina nell'età avanzata, soprattutto quando è coinvolta una malattia neurodegenerativa. Così, la comprensione di questo processo è fondamentale per delineare i trattamenti clinici. Blaisdell ei suoi colleghi hanno scoperto un meccanismo neurologico condiviso tra ratti e persone per il ragionamento controfattuale nell'ippocampo - una struttura cerebrale molto vulnerabile al declino da età, compreso l'Alzheimer. I ricercatori sanno già che l'ippocampo è coinvolto nel pensiero controfattuale delle persone.

Quando il team di Blaisdell ha disattivato temporaneamente una parte dell'ippocampo dei ratti, non erano più in grado di tenere nella loro mente l'immagine della luce assente. "I ratti, e molte altre specie non umane, continuano a fornire un tesoro di informazioni sulla conoscenza e sul ragionamento", afferma Blaisdell. "Osservare un animale è come guardare uno specchio che riflette una parte di noi stessi. Vedo gran parte di loro in noi, come vedo in loro una gran parte di noi".

Creare nuovi strumenti di riabilitazione

Ci sono chiare differenze tra il modo di ragionare degli animali e quello degli esseri umani, dice Daniel Krawczyk della University of Texas di Dallas. "Il ragionamento è una delle principali funzioni che svolgiamo nella vita quotidiana", dice. "Le persone hanno anche molti indizi consci del loro ragionamento, pur avendo alcune lacune cruciali, rendendo [il ragionamento] un argomento affascinante nella vita e nella scienza".

Il lavoro di Krawczyk esamina le differenze di ragionamento tra le popolazioni sane e quelle con disturbi clinici, come l'autismo o la schizofrenia, con l'obiettivo di sviluppare strumenti di riabilitazione. "Queste sono condizioni in cui gran parte dell'elaborazione delle informazioni, fatta dall'individuo, è diversa dalla maggior parte degli altri", spiega.

Lui e i suoi colleghi usano attività in laboratorio per verificare la capacità di ragionamento relazionale, una capacità associata al nostro modo di ragionare per analogia. Spesso, questi studi includono registrazioni EEG o scansioni MRI, che stanno sempre più aiutando i ricercatori a classificare meglio i tipi di ragionamento e i sotto-processi che sono importanti per l'abilità.

In uno studio pubblicato di recente su Frontiers in Human Neuroscience, Krawczyk ha usato scene di cartoni animati per verificare come gli individui con una diagnosi dei disordini dello spettro della schizofrenia e dell'autismo elaborano l'analogia, rispetto ai controlli sani. I partecipanti dovevano confrontare due scene diverse e abbinare una situazione in una scena ad un'altra; alcune scene coinvolgevano oggetti viventi, mentre altre coinvolgevano cose non viventi, e i cartoni animati variavano nel numero degli elementi di distrazione che contenevano.

Per tutti e tre i gruppi, le scene di analogia più complesse, quelle con più distrazioni, hanno dato maggiore difficoltà. I partecipanti con schizofrenia hanno fatto più errori nelle scene di analogia, rispetto al gruppo sano di controllo. Essi tendevano a fare paragoni locali solo per uno o due oggetti e quindi non riuscivano a notare il contesto relazionale più ampio all'interno dei problemi.

Gli individui con autismo, tuttavia, "hanno definito analogie appropriate tra le scene del fumetto allo stesso modo degli individui sani di controllo", dice Krawczyk. La sorpresa è stata che quelli con autismo tendono ad avere più difficoltà sui problemi che coinvolgono gli oggetti non-viventi; il contrario dell'ipotesi dei ricercatori che gli elementi viventi sono più difficili. Tuttavia, egli dice: "Abbiamo scoperto che i giovani adulti con lieve disturbo dello spettro autistico sono eccellenti nel ragionamento relazionale quando si basa su informazioni relazionali e visuo-spaziali".

Krawczyk spera che il suo lavoro, e quello di altri sul ragionamento, non solo permetta di capire meglio i processi coinvolti, ma possa anche contribuire allo sviluppo di strumenti di riabilitazione, in particolare per le condizioni come ictus, lesioni cerebrali e schizofrenia. "Il futuro sembra promettente per l'uso di nuovi metodi, sia nelle misurazioni del cervello che per le misure più sensibili del comportamento", dice.

Questi nuovi metodi includono strumenti di realtà virtuale basati sul gioco. "Questo sta già avvenendo nel campo della riabilitazione per condizioni come i traumi cerebrali", dice. "L'uso degli strumenti basati sul gioco consente di catturare meglio le lamentele funzionali della vita quotidiana reale della persona", dice Krawczyk. "Dobbiamo mettere molta più enfasi in questo punto in futuro".

La Mann Koepke del NICHD sottolinea inoltre la necessità di strumenti migliori per lo studio sul ragionamento tra i diversi gruppi di età e specie, così come più studi del mondo reale. "Con l'aumento della disponibilità di dati via Internet, per esempio, si chiede sempre di più alle persone di dare priorità e integrare grandi quantità di dati nel ragionamento di tutti i giorni - come «quale trattamento medico va meglio per me?». Così la necessità della ricerca sul ragionamento «naturale» sta diventando sempre più urgente".

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Blaisdell e Krawczyk hanno presentato il loro lavoro, insieme a Silvia Bunge e Ben Rottman, alla riunione annuale della CNS a San Francisco, Domenica 29 marzo 2015, alla quale partecipano più di 1.500 scienziati.

Fonte: Cognitive Neuroscience Society (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Daniel C. Krawczyk, Michelle R. Kandalaft, Nyaz Didehbani, Tandra T. Allen, M. Michelle McClelland, Carol A. Tamminga, Sandra B. Chapman. An investigation of reasoning by analogy in schizophrenia and autism spectrum disorder. Frontiers in Human Neuroscience, 2014; 8 DOI: 10.3389/fnhum.2014.00517

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