Come fa il cervello a capire le leggi della fisica

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Alcune aree del cervello si attivano preferenzialmente durante lo svolgimento di compiti che richiedono una conoscenza intuitiva delle leggi della fisica. La scoperta, ottenuta grazie a una serie di esperimenti di imaging cerebrale, apre la strada alla conoscenza dei meccanismi neurali alla base della nostra comprensione intuitiva dei fenomeni fisici.

VAI AL VIDEO: VAI AL VIDEO: Blocchi colorati per comprendere la fisica

Per compiere un’azione è necessario conoscere la fisica, almeno in maniera intuitiva: prima di prendere in mano un oggetto, ne valutiamo il peso, la forma, la distanza a cui si trova e, sulla base di queste e altre informazioni, prepariamo i nostri muscoli alla presa. Ma come fa il cervello a realizzare tutte queste operazioni in un arco di tempo estremamente breve e con apparente facilità?

Un gruppo di ricercatori americani – il cui studio è stato pubblicato sui “Proceedings of the National Academy of Sciences” – ha identificato nella corteccia cerebrale umana un insieme di aree coinvolte nell’osservazione dei fenomeni fisici.

Nel primo dei quattro esperimenti condotti, i soggetti guardavano un video di sei secondi in cui appariva una torre di blocchi colorati (blu, gialli e bianchi): i blocchi erano collocati in modo tale da rendere la torre instabile e farla cadere su un piano costituito da una metà rossa e una metà verde. A ognuno dei soggetti veniva poi chiesto di immaginare su quale metà del piano sarebbe caduta la maggior parte dei blocchi (compito di inferenza fisica) oppure di riferire se la torre era composta da più blocchi gialli o più blocchi blu, ignorando quelli bianchi (compito di percezione visiva).

Come fa il cervello a capire le leggi della fisica
Nell’illustrazione sono evidenziate le aree cerebrali coinvolte nell’osservazione dei fenomeni fisici (Cortesia Jason Fischer/JHU)

L’analisi delle scansioni cerebrali ottenute tramite risonanza magnetica funzionale (fMRI) ha indicato la presenza di undici aree corticali che si attivavano di più durante il compito di inferenza fisica rispetto al compito di percezione visiva, suggerendo che queste aree siano reclutate quando siamo impegnati in semplici operazioni di deduzione fisica.

Un secondo esperimento ha poi confermato che la diversa attivazione nervosa era davvero il risultato di un ragionamento fisico (e non di un generico processo di simulazione mentale o di una differenza nel livello di attenzione spaziale), indicando che in cinque delle undici aree corticali la differenza nell’attività nervosa era da ricondurre a un processo di inferenza fisica.

Il terzo e il quarto esperimento hanno aggiunto ulteriori dettagli sulla caratterizzazione anatomica e funzionale delle aree individuate. Nello specifico, i ricercatori hanno dimostrato che, per attivare il motore fisico del cervello, non è necessario che lo stimolo visivo richieda al soggetto di compiere un’inferenza fisica in maniera esplicita. In aggiunta, un’analisi della letteratura precedente suggerisce che le aree coinvolte nell’inferenza fisica sono le stesse che svolgono un ruolo fondamentale anche nella pianificazione motoria e nell’uso di strumenti.

I risultati di questo studio sono tra i primi che caratterizzano in maniera dettagliata le regioni del cervello coinvolte nella comprensione intuitiva del mondo fisico, ma restano molte domande senza risposta. “Al momento il limite principale”, spiega Jason Fischer, primo autore dello studio, “è che non sappiamo ancora come interagiscano fra loro le regioni che abbiamo identificato o se siano specializzate in aspetti diversi dell’inferenza fisica”.

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