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Il cervello come organo statistico

Le applicazioni del “predictive coding” dalla percezione alla psicopatologia

Image by andreas kind on Unsplash.com


La percezione è un’interpretazione. Ciò significa che le esperienze che facciamo del mondo esterno non sono il frutto di un mero processamento di informazioni da parte degli organi di senso o del cervello. L’idea che ciò che percepiamo non corrisponda ad una realtà assoluta è stata analizzata di diversi filosofi e pensatori.

Prendiamo il classico esempio del mito della caverna di Platone circa “l’ignoranza” dell’uomo rispetto alla realtà.

Il mito racconta di alcuni uomini fatti prigionieri in una caverna e legati a delle catene. Dietro di loro, c’è un fuoco che proietta delle ombre su un muro. Queste ombre sono l’unico punto di riferimento per i prigionieri, nonché l’unica realtà che conoscono. Un giorno, uno dei prigionieri riesce a scappare. Una volta al di fuori della caverna, scopre che ciò che gli altri vedevano sul muro altro non era che la proiezione di oggetti e persone presenti fuori dalla caverna. Il prigioniero ritorna nella caverna per “illuminare” i suoi compagni, i quali lo accolgono con scetticismo e ritornano a considerare le ombre come la loro unica realtà. Questo mito suggerisce che non abbiamo accesso diretto al mondo esterno e che gli elementi della realtà sono coperti da una sorta di “velo”, come direbbe Arthur Schopenhauer. Tuttavia, la natura interpretativa dei fenomeni percettivi non è necessariamente qualcosa di negativo.

La concezione della percezione come attiva elaborazione di stimoli è molto popolare nelle neuroscienze oggi, specialmente alla luce degli studi che utilizzano il framework del predictive coding per studiare la percezione.


Il Predictive Coding

Il predictive coding è un framework computazionale che spiega come il cervello processa e rappresenta le informazioni sensoriali. L’idea di fondo è che il cervello genera costantemente predizioni (predictions) riguardo gli input sensoriali che sono statisticamente più probabili. In più, secondo questo framework, queste predictions vengono costantemente aggiornate sulla base degli effettivi stimoli sensoriali ricevuti dagli organi di senso. In questo contesto, il cervello opera secondo un modello di processamento delle informazioni di natura gerarchica. Al livello più basso della gerarchia, gli stimoli sensoriali vengono codificati in seguito alla stimolazione degli organi di senso.

Questa codificazione viene poi trasmessa verso gli strati più alti della gerarchia, dove vengono formate rappresentazioni dell’esperienza percepita globali e più complesse. In sostanza, il cervello contiene un modello interno riguardo una determinata esperienza. Questo modello – costituito dalle predictions – viene poi comparato con le informazioni ricevute dagli strati più bassi di questa gerarchia (in altre parole dagli organi di senso). Quando il modello che possediamo rispetto ad una certa esperienza non è accurato, dalla comparazione tra il modello e l’informazione, viene generato un segnale (definito prediction error signal).

Questo segnale viene poi processato e integrato ai livelli più alti della gerarchia e viene utilizzato per aggiornare il modello e creare una versione più accurata della rappresentazione. Il meccanismo base di tale processo è la minimizzazione del prediction error. Questo processo di minimizzazione del prediction error ha lo scopo di ottimizzare un modello interno che meglio rappresenti il mondo esterno. È stato infatti proposto che il cervello utilizzi processi statistici per elaborare gli stimoli sensoriali. Ma cosa vuol dire esattamente che il cervello è un organo statistico? Per prima cosa, è cruciale sottolineare che siamo costantemente esposti ad una grossa mole di informazioni provenienti da tutti i sensi (vista, olfatto, udito, tatto e gusto). Pertanto, il cervello fa uso di principi statistici e computazionali per interpretare e integrare queste informazioni sulla base della loro variabilità e incertezza. Inoltre, come descritto sopra, il cervello utilizza modelli interni predittivi che sono costruiti sulla base di esperienze simili apprese in precedenza. Queste previsioni si basano, dunque, sulla statistica degli eventi passati e vengono costantemente confrontate con i segnali sensoriali effettivi in entrata per garantire la minimizzazione del prediction error signal.

Questo processo permette al cervello di effettuare previsioni probabilistiche sulle esperienze future. In aggiunta, per adattamento, il cervello è abituato a riconoscere e identificare i modelli che meglio corrispondono al flusso di informazioni in entrata. Tale capacità si basa su meccanismi in grado di individuare la regolarità nella presentazione e categorizzazione di oggetti, esperienze e stimoli.

Questo framework è stato applicato in diversi campi delle neuroscienze, come per esempio la percezione visiva, tattile, uditiva ma anche nel contesto di processi cognitivi di alto livello come l’attenzione e i processi decisionali. Al momento, la ricerca sta cercando di applicare questo framework anche nel campo della psicopatologia. Studi che cercano di capire la natura di sintomi psicotici come le allucinazioni stanno aumentando sempre di più. In particolare, il predictive coding suggerisce che i sintomi positivi della schizofrenia (come i deliri e le allucinazioni) potrebbero essere attribuibili a un’alterazione del predictive coding, nello specifico ad una discrepanza tra le previsioni generate dal cervello e i segnali sensoriali effettivi. Tale framework viene anche studiato nel contesto dei disturbi dell’umore.

Infatti si sta testando l’idea che l’eccessiva attivazione dei circuiti di aspettativa negativa potrebbe facilitare la generazione di previsioni distorte che contribuiscono ai sintomi depressivi. Inoltre, si ipotizza anche che ci possa essere un’iperattivazione del sistema di allarme che – promuovendo un’eccessiva generazione di previsioni minacciose – esacerba i disturbi d’ansia. È importanti dire, però, che le applicazioni del predictive coding in psichiatria sono ancora in fase di ricerca e sviluppo.

Tuttavia, l’applicabilità di questo framework a cosi tanti e diversificati domini suggerisce che il predictive coding potrebbe non essere solamente un modo del cervello di elaborare le esperienze sensoriali ma piuttosto una proprietà generale dei neuroni di processare le informazioni. In conclusione, l’idea che l’interpretazione sia alla base dell’esperienza potrebbe rappresentare una nuova chiave di lettura e generare nuove teorie anche nel contesto della malattia mentale.


Eleana Pinto Autrice presso La Mente Pensante Magazine
Eleana Pinto
PhD, Ricercatrice universitaria (post-doc)
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