Introduzione
Il nostro modo di comunicare e le interazioni sociali sono per noi essenziali per acquisire conoscenze e sviluppare la nostra personalità. Le forme di interazioni sociali sono molto ampie, e comprendono comportamenti di emulazione, cooperazione, competizione ecc…. Gli esseri umani scambiano pensieri e idee in due modi diversi: principalmente attraverso il linguaggio ma anche attraverso un tipo di comunicazione non verbale, che include gesti ed espressioni facciali, che possono fornirci ulteriori informazioni ausiliarie per le interazioni sociali.
Gli studi in campo neuro-scientifico negli ultimi anni hanno iniziato a far luce sugli importanti limiti delle attuali tecniche utilizzate negli studi cognitivi.
In particolare, durante le interazioni sociali le alterazioni legate al contesto possono compromettere l’affidabilità dei risultati poiché solitamente quando interagiamo gli uni con gli altri non ci troviamo chiusi in una stanza, o davanti al monitor di un pc con test già predefiniti da svolgere. Nella vita reale, invece, gli individui si trovano a parlare e ad agire anche contemporaneamente tra di loro in un modo naturale e dinamico, senza schemi predefiniti.
Nasce così la necessità di strutturare, negli studi cognitivi, delle modalità di osservazione che permettano di ricevere dati simultanei provenienti dal cervello delle persone esaminate mentre interagiscono fra loro in contesti il più possibile vicini al mondo reale.
L’HYPERSCANNING è una tecnica che permette, attraverso una rete internet, di analizzare simultaneamente l’attività cerebrale di due o più individui combinando tecniche diagnostiche utilizzate mentre essi si relazionano fra di loro. Tale tecnica è nata inizialmente per l’fMRi e successivamente è stata estesa ad altre tecniche come ad esempio all’EEG e alla NIRS (spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso).
Come si esegue un HYPERSCANNING?
Partiamo dall’analizzare un esempio che utilizza la risonanza magnetica funzionale (fMRI): i partecipanti vengono inseriti negli scanner, che possono trovarsi anche in città, nazioni o continenti diversi. Gli apparecchi fMRI (due o anche più) vengono collegati tramite una rete Intranet, mentre i set di dati sono memorizzati in un client-host e successivamente raggiungono un server comune (Figura 1). Talvolta in un apparecchio RM si posiziona un addetto del personale sanitario che guida lo studio e nell’altro il probando, altre volte entrambi i probandi vengono posizionati all’interno delle RM per studiare le aree di attivazione durante le attività di interazione.
I soggetti sono in grado di vedersi l’un l’altro attraverso un sistema di videocamere e specchi compatibili con MR. In tal modo essi possono comunicare online e contemporaneamente mantenere un contatto visivo (Figura 2). Successivamente, viene calcolata la sincronizzazione inter-cerebrale tra voxel che codificano posizioni omologhe.
L’fMRI è caratterizzata discreta risoluzione temporale: dopo uno stimolo le modifiche del torrente vascolare iniziano circa 1 o 2 secondi dopo, e il picco circa 5 o 6 secondi dopo e si ritorna alla linea basale in 12-15 secondi. Questa rapidità, sebbene più lenta di altre tecniche come l’EEG o la MEG, permette comunque la registrazione correlata ad eventi beneficiando inoltre (a differenza di altre tecniche) di un’ottima risoluzione spaziale che permette di identificare generatori sia corticali che più profondi.
Gli ERP (events related potential) che utilizzano l’EEG hanno, ad esempio, un’ottima risoluzione temporale ma una scarsa risoluzione spaziale poiché tali tecniche esplorano solo la corteccia e non strutture più profonde, impedendo così di determinare se una specifica area di corteccia che risulta attivata durante un preciso compito (ad es. calcolo, linguaggio, emozione ecc…) corrisponda ad un generatore a sé stante o sia stato a sua volta attivato da un generatore più profondo.
Gli studi di hyperscanning nell’EEG possono mappare le interazioni momento-momento tra due o più individui che interagiscono contemporaneamente, con un’elevata risoluzione temporale ma con una minor accuratezza in risoluzione spaziale.
I PARADIGMI UTILIZZATI
Sono stati condotti ampi studi di hyperscanning, il che migliora la nostra comprensione della sincronizzazione cerebrale durante un’interazione sociale, i paradigmi sperimentali coinvolti negli studi di hyperscanning possono essere classificati in sei tipi di compiti:
- compiti di imitazione
- coordinamento/compiti comuni
- compiti di contatto visivo/sguardo
- giochi/scambi economici
- compiti di cooperazione e concorrenza
- interazioni in uno scenario naturale (ossia dialoghi liberi da paradigmi e schemi).
In particolare, si è notato che durante l’esecuzione di tutti questi compiti, due importanti sistemi neurali sono ampiamente coinvolti.
Uno è il sistema dei neuroni specchio (MNS), che svolge un ruolo importante in compiti che coinvolgono movimenti, come imitazione e coordinazione.
L’altro è il sistema di mentalizzazione (MS), che è impegnato in compiti relativi alle inferenze su sé stessi o sulle intenzioni o pensieri altrui.
COMPITI DI IMITAZIONE
Durante i COMPITI DI IMITAZIONE i partecipanti dovevano imitare i movimenti dell’altro. In questo paradigma, l'”imitatore” ha il compito di imitare spontaneamente l’azione manuale del “modello”. È stato evidenziato che la banda alfa-mu (8-12 Hz) mostrava una forte sincronizzazione EEG inter-cerebrale nella corteccia centro-parietale destra dei due probandi (Figura 3).
È interessante notare che in vari studi l’EEG ha mostrato che la banda alfa-mu nella regione centro-parietale destra potesse essere un neuromarker significativo associato al coordinamento sociale e che questa regione media il modo in cui un partecipante interpreta il movimento corporeo del proprio partner in un contesto sociale.
COMPITI DI COORDINAZIONE
In questo paradigma i partecipanti devono fare del proprio meglio per agire in modo sincronizzato.
Dopo il test è stata osservata una maggior attività EEG, nella frequenza theta (4-7,5 Hz) nell’attività del precuneus (PrC) e beta (12-30 Hz) nel giro temporale medio posteriore destro (MTG). La corteccia parietale inferiore destra e la corteccia temporale posteriore sono le aree con ruolo critico in vari aspetti della cognizione sociale, ad esempio l’empatia. Queste regioni sono anche note per essere coinvolte nei processi associati al senso di libero arbitrio e nel riorientare l’attenzione sugli stimoli salienti. La sincronizzazione comportamentale può emergere anche nella vita quotidiana: è un meccanismo attraverso il quale coordiniamo i nostri comportamenti durante le interazioni sociali anche in maniera inconscia. Ad esempio, quando camminiamo insieme, i nostri passi possono sincronizzarsi tra loro in modo del tutto inconscio nonostante la lunghezza della nostra falcata e i nostri cicli di movimento siano diversi.
COMPITI DI CONTATTO VISIVO
In questo paradigma le coppie sono state incaricate di guardarsi negli occhi o di guardare verso un terzo oggetto ad esempio un’immagine. Quando le coppie si guardavano negli occhi reciprocamente si osservava un aumento dell’attività intercerebrale del giro temporale superiore, temporale medio e sopramarginale superiore sinistro così come quello della corteccia premotoria e supplementare rispetto ai dati in cui le coppie guardavano un’immagine. In altri studi inoltre è stato osservato come il giro frontale inferiore IFG destro fosse coinvolto nell’inconscia incorporazione delle informazioni facciali del proprio partner. Sembra che tale area sia correlata alla comprensione del linguaggio non verbale: il cosiddetto linguaggio del corpo
Inoltre, tramite esperimenti più accurati in cui si chiedeva ai partecipanti di canticchiare un motivetto prima con contatto visivo e poi guardando un muro si è giunti ad informazioni più dettagliate: in particolar modo si è osservato come il IFC di destra risulta più attivo durante le comunicazioni non verbali (ronzii musicali fatti dai due probandi) invece IFC di sinistra si attivava maggiormente durante i dialoghi verbali.
GIOCHI ECONOMICI, COMPITI DI SCAMBIO e COMPITI DI COOPERAZIONE/COMPETIZIONE
In questi paradigmi il partecipante forniva un’offerta economica mentre la controparte doveva prendere la decisione di accettarla o meno.
Questi test hanno mostrato che la corteccia paracingolata è criticamente coinvolta nella costruzione di una relazione di fiducia.
Usando un gioco di carte e EEG hyperscanning, è stata rivelata l’associazione tra la relazione cooperativa con un partner e la sincronizzazione neuronale inter-cerebrale tra i partner stessi. Quattro partecipanti sono stati divisi in due squadre, formate da due coppie. L’attività EEG corrispondente alle regioni prefrontali ha mostrato un aumento dell’attività nella corteccia cingolata anteriore (ACC) nel cervello del partner, ma solo quando i due partecipanti appartenevano alla stessa squadra (Figura 4).
I risultati, hanno mostrato che la ACC possa essere il sito corticale in cui gli uomini rappresentano le intenzioni dell’altro nel cervello.
INTERAZIONI IN UNO SCENARIO NATURALE
I paradigmi sopra menzionati offrono grandi risultati opportunità nell’ispezionare le dinamiche inter-cerebrali durante l’interazione sociale. Tuttavia, solo l’interazione sociale attraverso uno scenario naturale può riflettere le situazioni reali della nostra vita quotidiana. È stato eseguito un test interessante, in cui è stato chiesto a due partecipanti di conversare tra loro mentre i loro dati neurali sono stati contemporaneamente registrati. Come già detto, i loro risultati hanno mostrato come la sincronizzazione inter-cerebrale sia più alta in caso di colloquio faccia a faccia, rispetto a al caso di colloquio senza contatto visivo diretto.
I DUE PRINCIPALI SISTEMI COINVOLTI NELLE CONNESSIONI INTERCEREBRALI
Il SISTEMA DEI NEURONI SPECCHIO (MNS) è costituito dal giro frontale inferiore (IFG) e dal lobulo parietale inferiore (IPL), che è deputato al rilevamento del linguaggio verbale e non. Inoltre, anche il giro temporale superiore (STG) svolge un ruolo essenziale nelle imitazioni, in particolar modo può fornire ulteriori input riguardo le informazioni visive. Le informazioni codificate di azioni imitate, vengono prima trasformate in una rappresentazione visiva più sofisticata attraverso STG e poi vengono consegnate all’IPL. Una volta attivato l’IPL, è possibile eseguire potenziali movimenti. Inoltre, l’IFG è attivo anche per rielaborare l’azione potenziale e può fornire ulteriori informazioni supplementari, come ad esempio la finalità dell’azione stessa.
Tramite il sistema MS (processo di mentalizzazione) possiamo anche provare a capire le intenzioni o le emozioni degli altri attraverso i loro gesti, comportamenti ed espressioni facciali. La TPJ (giunzione temporo-parietale) e la PFC (corteccia pre-frontale), in particolare il PFC dorsomediale (DMPFC), sono le principali regioni cerebrali associate al PROCESSO DI MENTALIZZAZIONE (Figura 5).
Tale processo è costituito da due passaggi principali: in primis le immagini provenienti da informazioni su dati sociali statiche sono codificate come una rappresentazione neurale dalla corteccia extrastriata (lobo occipitale). Successivamente, le rappresentazioni codificate sono incorporate nel contesto per interpretarne l’intenzione. È interessante notare che diversi studi di hyperscanning di fNIRS hanno messo in evidenza la TPJ di destra come regione di interesse nei processi di mentalizzazione e nei compiti di collaborazione sociale. Essa è responsabile della pianificazione, regolazione, integrazione delle informazioni e altre funzioni cognitive elevate.
Inoltre, ricordiamo che la PFC è implicata maggiormente nei sistemi di comunicazione eye-to-eye piuttosto che in quella senza contatto visivo facendo presumere un ruolo nell’interpretazioni di dati sociali anche non verbali.
Prospettive future – Hyperscanning multimodale
Ulteriori indagini potrebbero essere condotte utilizzando le tecniche di hyperscanning EEG-fNIRS, fNIRS-fMRI o EEG-fMRI, poiché i metodi di neuroimaging multimodale possono trarre vantaggio dall’elevata risoluzione temporale dell’EEG/fNIRS e dalle elevate risoluzioni spaziali dell’fMRI.
In particolare, possono essere rivelate informazioni neurali collegate, basate sulle misure fuse di segnali neurovascolari e neuroelettrici, che ci consentono di ottenere una comprensione più completa degli effetti inter-cerebrali durante le interazioni sociali nella nostra vita quotidiana.
L’hyperscanning potrebbe essere usato, non solo per studiare i processi cognitivi ma anche per approfondire gli aspetti psicopatologici in particolar modo in quelle patologie caratterizzate da deficit delle capacità sociali come l’autismo o la schizofrenia. Ad esempio, in studio di hyperscanning è stato mostrato come i soggetti affetti da autismo abbiano la capacità di riconoscere l’intenzione della loro controparte, ma non usano queste informazioni. Di conseguenza, è importante per noi chiarire i meccanismi neurali alla base di tali disordini attraverso l’hyperscanning, che può aprire una nuova strada per migliorare il rilevamento e il trattamento dei disturbi neurologici o psichiatrici.
Antonio De Martino
Università Magna Graecia di Catanzaro
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