I ricercatori del Baylor College of Medicine hanno scoperto che il cervello umano è in grado di elaborare in modo sofisticato il linguaggio anche in uno stato di incoscienza dovuto all’anestesia generale. I risultati, pubblicati su Nature , mettono in discussione ciò che sappiamo sul ruolo della coscienza e della cognizione e potrebbero aprire nuove prospettive per la comprensione della memoria, del linguaggio e delle interfacce cervello-computer.
“I nostri risultati dimostrano che il cervello è molto più attivo e capace durante l’incoscienza di quanto si pensasse in precedenza”, ha affermato il dottor Sameer Sheth, professore e titolare della cattedra Cullen Foundation di neurochirurgia e McNair Scholar presso la Baylor University. “Anche quando i pazienti sono completamente anestetizzati, il loro cervello continua ad analizzare il mondo che li circonda.”
Sheth, che è anche neurochirurgo presso il Baylor St. Luke’s Medical Center, e i suoi collaboratori hanno registrato per la prima volta l’attività neurale di centinaia di singoli neuroni nell’ippocampo, una parte del cervello associata alla memoria, mentre i pazienti erano sotto anestesia generale durante interventi chirurgici per l’epilessia. I pazienti sottoposti a questo tipo di intervento erano molto ricercati perché permettevano ai ricercatori di accedere a questa particolare area del cervello.
Utilizzando le sonde Neuropixels , una tecnologia mai impiegata prima in questa parte del cervello, il team ha raccolto dati su come il cervello elabora suoni e linguaggio senza che la consapevolezza ne sia a conoscenza.
Lo studio è iniziato con pazienti esposti a toni ripetitivi interrotti occasionalmente da un suono diverso. I ricercatori hanno scoperto che i neuroni dell’ippocampo erano in grado di distinguere questi toni insoliti e che questa capacità migliorava nel tempo, suggerendo una forma di apprendimento o plasticità neurale durante l’anestesia.
I ricercatori sono poi passati a condurre un esperimento più complesso, in cui hanno fatto ascoltare brevi storie ai pazienti registrando contemporaneamente le risposte neurali. Sorprendentemente, l’ippocampo ha dimostrato di elaborare il linguaggio in tempo reale. L’attività neurale ha mostrato la capacità del cervello di distinguere le parti del discorso, come nomi, verbi e aggettivi, in base agli schemi di attivazione dei neuroni.
Ancor più sorprendente, i ricercatori hanno scoperto che i segnali neurali potevano prevedere le parole successive in una frase.
“Il cervello sembra anticipare ciò che accadrà dopo in una storia, anche senza che ne siamo consapevoli”, ha affermato Sheth, che è anche direttore dei laboratori della Gordon and Mary Cain Pediatric Neurology Research Foundation all’interno del Duncan Neurological Research Institute del Texas Children’s Hospital.
“Questo tipo di codifica predittiva è qualcosa che associamo allo stato di veglia e attenzione, eppure qui avviene in uno stato di incoscienza”, ha affermato il dottor Benjamin Hayden, professore di neurochirurgia alla Baylor University.
Queste scoperte suggeriscono che funzioni cognitive come la comprensione del linguaggio e la previsione non richiedono la coscienza. Al contrario, la coscienza potrebbe dipendere da un coordinamento più ampio tra diverse regioni cerebrali, piuttosto che dall’attività di una singola struttura come l’ippocampo.
Questa attività rispecchia anche il comportamento predittivo osservato nell’intelligenza artificiale (IA). La capacità del cervello di prevedere le parole successive è simile al modo in cui i grandi modelli linguistici generano il testo. Questi risultati aiutano i ricercatori a comprendere come i sistemi biologici e artificiali elaborano le informazioni.
Questo potrebbe rappresentare un passo avanti verso lo sviluppo e il perfezionamento di nuove tecnologie per la comunicazione, come ad esempio le protesi vocali per le persone che non sono in grado di parlare.
“Possiamo utilizzare questi segnali per installare e gestire una protesi vocale per alcune aree del cervello danneggiate da ictus o traumi? Queste sono domande a cui ora possiamo rispondere in relazione a questa parte del cervello”, ha affermato il dottor Vigi Katlowitz, primo autore e specializzando in neurochirurgia presso il Baylor.
Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche. I risultati sono specifici per un tipo di anestesia e potrebbero non essere applicabili ad altri stati di incoscienza come il sonno o il coma. Questo studio ha inoltre esaminato solo una regione cerebrale e non è noto quanto questi processi siano diffusi in diverse aree del cervello.
“Questo lavoro ci spinge a ripensare cosa significhi essere coscienti”, ha affermato Sheth. “Il cervello fa molto di più dietro le quinte di quanto comprendiamo appieno.”
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