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I ricercatori hanno scoperto che anche gli animali possiedono un’immaginazione. Un team ha sviluppato un nuovo sistema che combina la realtà virtuale e un’interfaccia cervello-macchina per sondare i pensieri interiori del ratto.
Come esseri umani, viviamo coi nostri pensieri: dal riflettere su cosa preparare per cena al sognare ad occhi aperti la nostra ultima vacanza al mare.
Ora, i ricercatori del Janelia Research Campus dell’HHMI hanno scoperto che anche gli animali possiedono un’immaginazione.
Un team dei laboratori di Lee e Harris ha sviluppato un nuovo sistema che combina la realtà virtuale e un’interfaccia cervello-macchina per sondare i pensieri interiori del ratto.
Hanno scoperto che, come gli esseri umani, gli animali possono pensare a luoghi e oggetti che non sono proprio di fronte a loro, usando i loro pensieri per immaginare di camminare verso un luogo o spostare un oggetto remoto in un punto specifico.
Come gli esseri umani, quando i roditori sperimentano luoghi ed eventi, specifici modelli di attività neurale vengono attivati nell’ippocampo, un’area del cervello responsabile della memoria spaziale.
Il nuovo studio rileva che i ratti possono generare volontariamente questi stessi modelli di attività e farlo per ricordare luoghi remoti distanti dalla loro posizione attuale.
“Il ratto può effettivamente attivare la rappresentazione dei luoghi nell’ambiente senza andarci”, afferma Chongxi Lai, postdoc presso gli Harris and Lee Labs e primo autore di un articolo che descrive le nuove scoperte.
“Anche se il suo corpo fisico è fisso in un posto, i suoi pensieri spaziali possono andare in un luogo molto remoto”.
Questa capacità di immaginare luoghi lontani dalla propria posizione attuale è fondamentale per ricordare eventi passati e immaginare possibili scenari futuri.
Pertanto, il nuovo lavoro mostra che gli animali, come gli esseri umani, possiedono una forma di immaginazione, secondo gli autori dello studio.
“Immaginare è una delle cose straordinarie che gli esseri umani possono fare. Ora abbiamo scoperto che anche gli animali possono farlo e abbiamo trovato un modo per studiarlo”, afferma Albert Lee, ex Group Leader di Janelia e ora ricercatore HHMI presso il Beth Israel Deaconess Medical Center.
Una nuova interfaccia cervello-macchina
I laboratori hanno lavorato per sviluppare un sistema per capire cosa pensano gli animali: un “rilevatore di pensieri” in tempo reale in grado di misurare l’attività neurale e tradurne il significato.
Il sistema utilizza un’interfaccia cervello-macchina (BMI), che fornisce una connessione diretta tra l’attività cerebrale e un dispositivo esterno.
Nel sistema del team, l’IMC produce una connessione tra l’attività elettrica nell’ippocampo del ratto e la sua posizione in un’arena di realtà virtuale a 360 gradi.
L’ippocampo memorizza le mappe mentali del mondo coinvolte nel ricordare eventi passati e nell’immaginare scenari futuri.
Il richiamo della memoria comporta la generazione di specifici modelli di attività ippocampale legati a luoghi ed eventi. Ma nessuno sapeva se gli animali fossero in grado di controllare volontariamente questa attività.
L’IMC consente ai ricercatori di verificare se un ratto può attivare l’attività dell’ippocampo per pensare semplicemente a una posizione nell’arena senza andarci fisicamente – in sostanza, rilevando se l’animale è in grado di immaginare di andare in quel luogo.
Sondare i pensieri interiori del topo
Una volta sviluppato il loro sistema, i ricercatori hanno dovuto creare il “dizionario del pensiero” che avrebbe permesso loro di decodificare i segnali cerebrali del ratto.
Questo dizionario compila come appaiono i modelli di attività quando il topo sperimenta qualcosa, in questo caso, i luoghi nell’arena VR.
Il ratto è imbrigliato nel sistema VR, progettato da Shinsuke Tanaka, un postdoc del Lee Lab. Mentre il topo cammina su un tapis roulant sferico, i suoi movimenti vengono tradotti sullo schermo a 360 gradi. Il topo viene ricompensato quando raggiunge il suo obiettivo.
Allo stesso tempo, il sistema BMI registra l’attività ippocampale del ratto. I ricercatori possono vedere quali neuroni si attivano quando il ratto naviga nell’arena per raggiungere ogni obiettivo.
Questi segnali forniscono la base per un BMI ippocampale in tempo reale, con l’attività ippocampale del cervello tradotta in azioni sullo schermo.
Successivamente, i ricercatori scollegano il tapis roulant e premiano il ratto per aver riprodotto il modello di attività dell’ippocampo associato alla posizione di un obiettivo.
In questo compito “Jumper” – che prende il nome da un film del 2008 con lo stesso nome – l’IMC traduce l’attività cerebrale dell’animale in movimento sullo schermo della realtà virtuale.
In sostanza, l’animale usa i suoi pensieri per navigare verso la ricompensa pensando prima a dove deve andare per ottenere la ricompensa. Questo processo di pensiero è qualcosa che gli esseri umani sperimentano regolarmente.
Ad esempio, quando ci viene chiesto di fare la spesa in un negozio familiare, potremmo immaginare i luoghi che attraverseremo lungo la strada prima di uscire di casa.
Nel secondo compito, il compito “Jedi” – un cenno a Star Wars – il topo sposta un oggetto in una posizione con i soli pensieri. Il ratto è fissato in un luogo virtuale, ma “sposta” un oggetto verso un obiettivo nello spazio VR controllando la sua attività ippocampale, come una persona seduta nel proprio ufficio potrebbe immaginare di prendere una tazza accanto alla macchina del caffè e riempirla.
I ricercatori hanno quindi cambiato la posizione dell’obiettivo, richiedendo all’animale di produrre modelli di attività associati alla nuova posizione.
Il team ha scoperto che i ratti possono controllare in modo preciso e flessibile la loro attività ippocampale, allo stesso modo in cui probabilmente lo fanno gli esseri umani.
Gli animali sono anche in grado di sostenere questa attività ippocampale, trattenendo i loro pensieri su un determinato luogo per molti secondi, un lasso di tempo simile a quello in cui gli esseri umani rivivono eventi passati o immaginano nuovi scenari.
“La cosa sbalorditiva è come i ratti imparino a pensare a quel luogo, e a nessun altro luogo, per un periodo di tempo molto lungo, sulla base della nostra, forse ingenua, nozione della capacità di attenzione di un topo”, dice Harris.
La ricerca mostra anche che l’IMC può essere utilizzato per sondare l’attività dell’ippocampo, fornendo un nuovo sistema per studiare questa importante regione del cervello.
Poiché l’IMC è sempre più utilizzato nelle protesi, questo nuovo lavoro apre anche la possibilità di progettare nuovi dispositivi protesici basati sugli stessi principi, secondo gli autori.
