Spazio, tempo e numeri sono correlati nella nostra percezione sensoriale in misura molto maggiore di quanto si sia soliti pensare. Il progetto inter-universitario STANIB (Space, Time And Number in the Brain) del Vision Lab di Pisa è un progetto quinquennale che, in maniera decisamente innovativa, indaga il nostro modo di percepire lo spazio e il tempo, considerandoli insieme e non come due dimensioni indipendenti e separate. Questa forte connessione, che risuona nella tradizione della fisica antica (Aristotele) e contemporanea (lo spazio-tempo einsteiniano), è invece un inedito per gli studi sulla percezione.
Come costruiamo la nostra mappa visiva del mondo?
"Al centro della ricerca" ricorda Maria Concetta Morrone, professoressa di fisiologia alla Facoltà di Medicina e una dei senior researchers del Vision Lab, "c'è la nostra capacità di costruire una mappa visiva stabile del mondo esterno. Per costruire questa mappa il nostro cervello deve lavorare parecchio, dal momento che noi vediamo in alta risoluzione tantissime piccole immagini per brevi istanti che si susseguono frequentemente ogni volta che spostiamo gli occhi."
I movimenti con cui spostiamo gli occhi sono chiamati saccadi, sono molto veloci e avvengono in continuazione, circa 3 volte al secondo, per fare coincidere la fovea, la parte più sensibile della retina, che è piccola, con il fuoco dell'attenzione Il nostro quadro visivo complessivo è costruito rielaborando e rimettendo insieme un gigantesco mosaico le cui tessere sono le diverse impressioni registrate dalla fovea.
Dalle ricerche del Vision Lab emerge che spazio e tempo sono strettamente connessi nella costruzione di questo quadro visivo complessivo, ad esempio nella costruzione dell'immagine del monitor o del foglio di carta che state guardando, immerso nelle forme un po'sfocate del resto della stanza.
Spazio, tempo e numeri
Nel continuo lavoro di costruzione e ricostruzione dell'immagine, il cervello anticipa i nuovi dati basandosi su quelli precedenti e colloca i nuovi dettagli in una precisa posizione della mappa interna dello spazio anche in base al tempo di acquisizione dell'immagine e dello spostamento dello sguardo da un punto ad un altro. Ciò vuol dire che la mappa dello spazio viene costruita basandosi anche sulla percezione del tempo.
Nelle indagini del Vision Lab, condotte sottoponendo diverse persone a stimoli visivi molto brevi, è risultato che prima e durante i velocissimi movimenti saccadici le dimensioni degli oggetti vengono percepite come più piccole, e anche le durata degli eventi viene percepita come più breve. In queste condizioni inoltre cambia anche la percezione del numero degli oggetti. Ciò, oltre a suggerire che noi abbiamo una percezione anche immediatamente visiva del numero, indica che spazio, tempo e numerosità sono analizzate nel nostro cervello da meccanismi comuni. "Apprezzare la numerosità, la quantità degli oggetti" afferma David Burr, professore di psicologia fisiologica all'Università di Firenze, senior researcher del Vision Lab e Principal Investigator del progetto STANIB "è un fatto anche sensoriale, ha carattere percettivo e non solo cognitivo".
Gli studi dimostrano che la costruzione della mappa del mondo esterno (una mappa che comprende, forme, distanze, colori e anche numero degli oggetti) avviene nella corteccia cerebrale ad uno stadio di analisi molto più precoce di quanto si pensasse finora, come hanno illustrato le ricerche di imaging funzionale del Vision Lab..
La fallace certezza degli arbitri
Un altro interessante campo di indagine è quello dell'attenzione e della certezza delle scelte o decisioni a livello della nostra percezione visiva. Grazie ad alcune ricerche del Vision Lab possiamo affermare che quando un arbitro fischia con grande convinzione un fuorigioco che non c'è, non è detto che qualcuno lo abbia pagato per farlo.
Le osservazioni sperimentali dimostrano che in una situazione confusa, più aumenta il numero degli stimoli visivi, più al sistema decisionale del cervello viene presentata solo una soluzione, che può essere errata, ma viene presentata in maniera molto certa. Ciò è probabilmente connesso con il fatto che in certe situazioni è necessario prendere velocemente delle decisioni senza stare troppo tempo a pensare, ma il risultato, controintuitivo, è che maggiore è la confusione, maggiore è la fiducia nelle proprie percezioni, sbagliate o corrette che siano.
Osservazioni psicofisiche e imaging funzionale
Le indagini del progetto STANIB vengono condotte principalmente con due metodologie. Da una parte le osservazioni psicofisiche: si studiano le reazioni e le risposte degli individui in certe condizioni di stimolazione e si applicando metodi quantitativi, vicini ai metodi fisici e statistici, ai risultati degli esperimenti. Lo psico di "psicofisiche" si riferisce in questo caso all'attività percettiva e non a quella cognitiva, anche se, riconosce la professoressa Morrone, i confini sono labili.
Dall'altra le indagini fisiologiche che utilizzano le sofisticate apparecchiature dell'Istituto Scientifico Stella Maris di Calambrone, dove di recente è stato istallato uno tra i più potenti apparecchi europei per la risonanza magnetica funzionale. Dalle immagini del cervello ottenute grazie a questa tecnologia è possibile ottenere indicazioni sulla funzionalità delle varie aree: le immagini riflettono la variazione del flusso sanguigno nelle diverse zone del cervello e ciò serve a capire quali aree sono attivate da certi stimoli.
Le applicazioni cliniche e tecnologiche
Le ricerche del Vision Lab sono principalmente ricerche di base, ma hanno grosse ricadute sulla ricerca applicata. Qualche esempio in campo clinico: la diagnosi precoce della discalculia, la difficoltà nel calcolo, sempre più diffusa tra i bambini; o anche, in caso di interventi chirurgici al cervello, la possibilità di prevedere quali funzioni cerebrali possono essere toccate da un intervento in una determinata area; e ancora, lo sviluppo di diversi metodi riabilitativi grazie alle indicazioni delle diagnosi per immagini e comportamentali.
D'altra parte le ricerche sulla percezione sono di estremo interesse per la robotica: comprendere il nostro sistema percettivo ci dà idee su come costruirne uno artificiale. I robot che devono muoversi nello spazio devono affrontare, in un certo senso, gli stessi nostri problemi: elaborare e rendere comprensibile un'enorme quantità di dati percettivi.
Il progetto e il Vision Lab
Il progetto STANIB vive principalmente grazie ad un finanziamento multicentrico quinquennale dell'European Research Council, di circa 500.000 euro annui coordinato dal Dipartimento di Psicologia dell'Università di Firenze.
Il Vision Lab, a cui lavorano 14 persone, è un centro di ricerca interdisciplinare a cui partecipano il laboratorio di visione della facoltà di Medicina dell'Università di Pisa, l'Istituto di Neuroscienze del CNR, il laboratorio di visione di Psicologia dell'Università di Firenze e la Fondazione Stella Maris.
Le attività del laboratorio proseguono la ricca tradizione di ricerca neurofisiologica inaugurata a Pisa dal professor Giuseppe Moruzzi, e proseguita, soprattutto nel campo della visione, con gli studi di Lamberto Maffei, Adriana Fiorentini, Pierlorenzo Marchiafava e Luigi Cervetto.
Info: http://www.pisavisionlab.org/
Ne hanno parlato: