Il legame fra la percezione della realtà e l’azione su di essa affascina le neuroscienziate e i neuroscienziati da sempre. L’indagine sul modo in cui il cervello percepisca e come interagisca con l’ambiente circostante è al centro della loro riflessione.
Una ricerca condotta dalle studiose e dagli studiosi NEUROFARBA (il Dipartimento di Neuroscienze, Psicologia, Area del Farmaco e Salute del Bambino dell'Università degli Studi di Firenze) ha evidenziato per la prima volta l’esistenza di un meccanismo in grado di tradurre cifre scritte in sequenze di azioni.
Come il nostro cervello "traduce" i numeri in sequenze di azioni
Per interagire in maniera efficace con l’ambiente che ci circonda è importante considerare il numero di azioni da compiere. Per esempio, quante azioni servono a una studentessa per riempire uno zaino con i libri scolastici delle sue lezioni giornaliere?
Nonostante questa sia una capacità fondamentale per gli esseri umani, i meccanismi alla base di questo processo sono pressoché sconosciuti. In un recente studio compiuto dalle ricercatrici e dai ricercatori Unifi sono state analizzate le modalità con cui le informazioni numeriche sono rappresentate nel cervello umano.
I test hanno evidenziato l’esistenza nel nostro cervello di un meccanismo sensomotorio, ossia di un sistema neurale che si occupa di trasformare un numero visivo in un corrispondente numero di azioni.
«Per la prima volta nell’essere umano abbiamo scoperto e descritto un meccanismo in grado di tradurre simboli numerici, ossia cifre scritte, in sequenze numeriche di azioni», spiega Giovanni Anobile, coordinatore scientifico del progetto e docente di Psicobiologia e psicologia fisiologica del Dipartimento di Neuroscienze, Psicologia, Area del Farmaco e Salute del Bambino.
Anobile ha guidato un team di ricercatrici e ricercatori composto dal docente di Psicobiologia e psicologia fisiologica David CharlesBurr e dalle ricercatrici Irene Petrizzo e DaisyPaiardini; il progetto è stato realizzato con il contributo di Guido Marco Cicchini ricercatore dell'Istituto di neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa.
Il senso del numero
Gli esseri umani condividono con molti animali un primitivo sistema numerico non verbale che codifica il numero di oggetti nello spazio e gli eventi nel tempo (Dehaene, 2011). Si ritiene che la capacità di stimare i numeri rapidamente ma in modo imperfetto sia un attributo percettivo primario, spesso definito senso del numero (Burr & Ross, 2008).
L’espressione sensodelnumero si è diffusa fin dagli anni ’80 per indicare l’insieme di conoscenze e abilità relative ai numeri e alle operazioni che permette ad un individuo di gestire in modo flessibile ed efficace numerose situazioni matematiche, in contesti di vita quotidiana o più astratti.
Negli ultimi decenni si sono accumulate molte prove dell’esistenza del senso del numero. Molti studi dimostrano che il senso del numero è veramente generale, trascendendo spazio e tempo, nonché modalità e formato (Arrighi et al., 2014; Burr et al., 2018; Togoli et al., 2021). Più recentemente, è stato dimostrato che la numerosità interagisce fortemente con l’azione, portando all’idea di un sistema numerico sensomotorio, che incorpora l’azione, e la sua interazione con i sistemi sensoriali (Anobile et al., 2016, 2021).
Sia gli studi fisiologici che quelli psicofisici supportano l'esistenza di un sistema numerico sensomotorio.
Studi elettrofisiologici sui primati indicano anche l'esistenza di uno specifico substrato neurale per contare un piccolo insieme di azioni.
In un articolo fondamentale Sawamura et al. (2002) hanno addestrato delle scimmie a eseguire ripetutamente cinque movimenti identici, per poi passare a un movimento diverso, in modo ciclico: i neuroni nella corteccia parietale posteriore hanno mostrato selettività rispetto al numero di azioni autogenerate, qualunque fosse l'azione.
Kirshhock e Nieder (2022) hanno addestrato i corvi a beccare un numero specifico di volte (da 1 a 5). È stato dimostrato che i neuroni del telencefalo sono sintonizzati sul numero imminente di azioni autogenerate, durante la fase tra la scomparsa del bersaglio e l'inizio della riproduzione motoria. L'attività di questi neuroni prevedeva la prestazione comportamentale ed era indipendente sia dal formato dello stimolo (punti o cifre) che dalle caratteristiche temporali delle risposte motorie. Ciascuna funzione di sintonizzazione raggiungeva il picco in corrispondenza di una data numerosità preferita, con l'attività che si riduceva con la distanza numerica.
Nel complesso, queste cellule nel cervello del corvo potrebbero costituire il substrato neurale che serve alla trasformazione degli input sensoriali in una data quantità di azioni numeriche, forse un meccanismo simile a quello che guida gli effetti di adattamento del numero motorio negli esseri umani (Anobile et al., 2016).
La discalculia evolutiva
Giovanni Anobile: «Oltre a svelare un nuovo meccanismo numerico condiviso tra azione e percezione questa ricerca può offrire una base per futuri studi sull’apprendimento della matematica nei bambini in età scolastica.
In particolare, la scoperta di questo traduttore sensomotorio potrebbe aprire nuove prospettive sulla discalculia evolutiva, nonché su altri casi di disturbi dell’apprendimento».
Con il termine discalculia evolutiva (o disturbo del calcolo) si intende un disturbo caratterizzato da prestazioni inferiori a quelle previste in base all’età cronologica nella capacità di calcolo (produzione e comprensione della quantità, riconoscimento dei simboli numerici e corretta esecuzione delle operazioni aritmetiche di base), escludendo la compromissione di abilità più complesse, per esempio riguardanti la risoluzione di problemi di carattere algebrico o geometrico (Vio, Tressoldi e Lo Presti, 2012).
I dati sulla diffusione del fenomeno, calcolati sulle segnalazioni fatte dal sistema scolastico nazionale, indicano che il 20% degli studenti italiani incontra difficoltà, spesso significative, nell’apprendimento del sistema dei numeri (con una media di cinque bambini per classe).
Un dato allarmante, che si scontra però con quanto riportato dall’autorevole International Academy for Research in Learning Disabilities (IARLD, 2005) secondo cui solo lo 0,2% dei bambini sarebbe affetto da discalculia evolutiva (Lucangeli e coll., 2006).
La differenza tra le due fonti sarebbe spiegabile con la confusione tra le categorie di difficoltà di apprendimento e disturbo specifico di calcolo, attraverso il concetto di “resistenza al trattamento”. Se, infatti, un bambino, in difficoltà nell’area del calcolo, con aiuti mirati, ottiene un miglioramento significativo delle proprie competenze, nel caso di discalculia evolutiva, gli stessi trattamenti tendono a una minore efficacia (Lucangeli e coll., 2006).
Giovanni Anobile: «Una delle teorie più note sulla discalculia ipotizza che sia originata da problemi precoci di carattere neurale che incidono nella capacità di definire quanti oggetti vediamo.
Questo studio va oltre il ruolo della visione aprendo una nuova prospettiva dove il numero di azioni rappresenta un fattore cruciale.
Nei bambini, il meccanismo da noi rilevato potrebbe avere un’importanza decisiva nello sviluppo delle abilità matematiche e nella comprensione dei numeri».
