Ti congeli sul posto, cerchi di riprendere fiato e nella tua testa c'è un solo pensiero: "Come ho fatto?"
Abbiamo tutti vissuto una situazione simile. Anche se più spesso si tratta ancora di accendere inavvertitamente un nuovo microonde ultramoderno, premendo a caso sui pulsanti. Sia che tu stia salvando la tua vita o che tu voglia semplicemente riscaldare il cibo, il tuo cervello deve risolvere due problemi contemporaneamente per capire: l'azione X comporta il risultato Y.
Problema dell'artista: l'ho fatto?
Problema tra azione e risultato: quale delle cose che ho fatto ha causato il risultato Y?
Le domande non sono facili. Facciamo molte cose e tutto questo porta a qualcosa. Inoltre, alcuni eventi accadono costantemente intorno a noi e solo una piccola parte di essi dipende da noi. Pertanto, il cervello deve separare il risultato Y dal flusso generale degli eventi. Quindi deve determinare se abbiamo qualcosa a che fare con quello che è successo. Allo stesso tempo, le informazioni dai sensi arrivano solo dopo aver eseguito azioni che potrebbero aver causato l'incidente. La dopamina, il primo violino nelle sinfonie di molte teorie cognitive, è responsabile di questi processi.
Abbiamo un'ipotesi che descrive in dettaglio il processo neurale di correlazione di un'azione con il suo esecutore e risultato. Questa ipotesi nasce da due idee fondamentali.
In primo luogo, il cervello ha un modello di come funziona il mondo esterno - basato su di esso, cerca costantemente di indovinare cosa succederà dopo. Se la previsione non si avvera, sorge la sorpresa e l'evento che l'ha causata si distingue dal flusso di fenomeni ordinari e prevedibili.
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In secondo luogo, il cervello registra tutto ciò che abbiamo appena fatto, il che significa che qualsiasi evento imprevisto può essere correlato alla catena di azioni recenti immagazzinate nella memoria. Non appena viene trovata una connessione, l'azione può essere ripetuta e verificare se porterà a un risultato simile. Una risposta positiva indicherà una relazione causale.
In nessun caso possiamo fare a meno del nostro vecchio amico, la dopamina. A prima vista, quando si tratta di correlare le azioni con i risultati, questo neurotrasmettitore è il peggiore di tutti i possibili aiutanti. La dopamina viene prodotta in enormi quantità in diverse aree del cervello contemporaneamente. Questo metodo è completamente inefficace per isolare una singola connessione tra un insieme di neuroni - diciamo, tra i responsabili dell'azione X e il risultato Y. Ma in realtà, questo è un meccanismo estremamente sofisticato. Il rilascio di dopamina può essere paragonato alla trasmissione di un segnale radio. Con il suo aiuto, il seguente messaggio viene immediatamente inviato a diverse parti del cervello: “Qualcosa di molto insolito è accaduto appena fuori dal cervello. Quanti di voi si assumeranno la responsabilità di questo?"
Una persona durante questa trasmissione è sorpresa. Questa sensazione si verifica quando il cervello commette un errore nelle sue previsioni. Ci sono ampie prove che i neuroni della dopamina servono a segnalare un errore quando il cervello calcola la probabilità di ricevere una ricompensa. Se il tuo cervello presume che nessuna ricompensa brillerà per te in qualsiasi momento presto, e improvvisamente un perfetto sconosciuto ti porge una ciambella, i neuroni della dopamina vengono attivati per un momento. Trasmettono al resto del cervello la sorpresa che sia successo qualcosa di inaspettatamente buono. I neuroni sembrano gridare: "Non importa chi di voi ci ha regalato una ciambella, ma deve essere ripetuta!"
Il cervello può sbagliarsi su qualcosa di più della semplice probabilità di una ricompensa. Sappiamo anche che i neuroni della dopamina sono prevenuti nel prevedere risultati indesiderati. Cose che potresti voler imparare a evitare, come non premere il pulsante che attiva lo scarico dei serpenti nel tuo bagno. Una valutazione errata del passato dopo un evento recente. E anche che non canti proprio come vorresti. Probabilmente non sapevi di avere un critico musicale seduto nel tuo mesencefalo?
Tutti questi meccanismi attraverso i quali vari errori innescano un rilascio a breve termine di dopamina hanno una semplice spiegazione: i neuroni della dopamina sono responsabili della trasmissione della sorpresa. E, soprattutto, questa versione si verifica sempre immediatamente dopo un evento imprevisto Y e funge da timestamp.
Quindi, il tuo cervello ha notato che è successo qualcosa di interessante nel mondo circostante e la dopamina lo notifica al resto delle sue parti. Ora devi determinare se una delle tue azioni è stata la causa di questo turno. In questo caso, il cervello incolla l'azione e il risultato, rafforzando la connessione locale tra di loro.
Per fare ciò, è necessario trovare informazioni sull'azione o sulle azioni che si sono verificate prima che le informazioni sul risultato fossero registrate. Alla fine, la comunicazione può passare solo dalla causa all'effetto e non viceversa. Supponiamo che una luce si accenda nella stanza, perché? È improbabile perché hai segnato l'apparizione della luce con una speciale danza rituale su una gamba e facendo oscillare un pollo morto allo stesso tempo. Piuttosto, il motivo è che all'ingresso hai premuto l'interruttore (ovviamente con la mano in cui non c'era il pollo).
Il compito principale dei rilasci di dopamina a breve termine è trovare quello giusto tra le azioni recenti. Quando un impulso elettrico inizia a passare lungo l'assone, portando un messaggio ai neuroni riceventi, inizia un lungo processo all'interno del neurone, in cui cambiano le concentrazioni di diverse molecole, in particolare il calcio. Inoltre, l'attività su qualsiasi connessione in entrata a questo neurone lascia anche tracce di calcio, contrassegnando questo input come potenzialmente importante.
La dopamina agisce anche alla giunzione di due neuroni. Supponiamo che un neurone abbia dato un comando per eseguire un'azione che ha comportato un certo risultato, e un altro neurone, connettendosi con il primo, riferisca: "Sono stato attivato in questo momento". Ora l'informazione è codificata in questa connessione: "Fai lo stesso quando sarò riattivato". Se il neurone responsabile dell'azione viene attivato in risposta all'attivazione del secondo neurone, in esso rimarranno tracce di calcio. Serviranno a ricordare che questa particolare connessione e questo particolare neurone sono stati coinvolti. In presenza di calcio, la connessione tra questi neuroni sarà potenziata dalla dopamina. Pertanto, il pensiero "fai lo stesso quando sono attivato di nuovo" viene amplificato solo se entrambi i neuroni vengono attivati al momento giusto.
Ancora più sorprendente è il fatto che la causalità è incorporata nelle stesse regole con cui cambia la forza delle connessioni tra due neuroni separati. Apparentemente, la connessione tra i neuroni A e B ricorda in quale ordine sono stati attivati. Se il neurone A viene attivato proprio di fronte al neurone B, allora potrebbe logicamente portare all'attivazione di quest'ultimo. Questo composto è etichettato con calcio e questo legame può essere rafforzato in futuro.
Ma se il neurone A viene attivato immediatamente dopo il neurone B, non può più essere la causa dell'attivazione di B. Al contrario, tale connessione dovrà essere indebolita, poiché in tal caso l'attivazione del neurone A interferirà con il neurone B. Se il neurone A viene attivato molto prima o molto dopo il neurone B, la forza della connessione non cambierà. In effetti, sembra che le regole per modificare la forza della connessione siano progettate specificamente per addestrare il cervello a stabilire connessioni causali.
È così che il cervello risolve il problema di correlare l'azione con il risultato. Trova l'azione X che ha causato il risultato Y trasmettendo un segnale che qualcosa di insolito è successo al di fuori del cervello e anche timestampando l'evento. Questo segnale verrà ricevuto solo nel punto in cui il neurone responsabile dell'azione è stato appena attivato. Questo è determinato dalle tracce molecolari che rimangono dopo l'attivazione. Ora, se questa connessione si attiva di nuovo, è più probabile che i neuroni d'azione X vengano attivati. Ciò significa che è più probabile che la persona stessa in una situazione simile esegua esattamente l'azione X. Questo è il modo in cui determiniamo se X invoca effettivamente Y e ottimizziamo la nostra comprensione del mondo esterno.
Resta da risolvere il problema di correlare l'azione con il performer, e ora è diventato più facile farlo. Come fa il cervello a sapere che non hai nulla a che fare con ciò che sta accadendo? Il segnale della dopamina non mostra alcuna traccia di attività nei neuroni. L'assenza di tracce significa: "Non c'entro niente".
Tuttavia, può anche accadere: i neuroni responsabili dell'azione si sono attivati poco prima del risultato, ma non ne erano la causa. Questo è il motivo per cui l'azione deve essere ripetuta. Se l'azione X viene ripetuta intenzionalmente e non causa il risultato Y, non ci sono prove che esista una connessione tra i due.
I principi con cui il cervello stabilisce la causalità è una delle principali aree di lavoro delle neuroscienze moderne, ma in generale quest'area rimane misteriosa e poco esplorata. Elementi della teoria della percezione delle relazioni causali di volta in volta emergono in letteratura, ma gli stessi autori non si concentrano su questo. Quindi, in quest'area, ipoteticamente, è possibile fare molte scoperte, visto quante domande ci sono in essa a cui non è ancora stata data risposta. Diamo un'occhiata a una di queste domande. In che modo il cervello utilizza queste informazioni in futuro?
La percezione della causalità si basa sull'idea che il nostro cervello utilizza un modello predittivo del mondo. Se è così, allora dobbiamo anche avere un modello invertito che risponda alla domanda "Come cambiare il mondo?" Possiamo dire "Voglio il risultato Y" e utilizzare il modello inverso per trovare l '"azione X" richiesta che porterà al risultato desiderato.
Ciò significa che dobbiamo adattare costantemente due modelli: predittivo (se lo fai, questo cambierà nel mondo) e invertito (affinché qualcosa nel mondo cambi, devi farlo). È molto probabile che la dopamina sia responsabile della messa a punto di ciascuno di questi circuiti. Ma dove avviene l'adattamento stesso? Questi modelli cambiano insieme o separatamente? Non ne abbiamo idea. Quanti diversi modelli del mondo esterno crea il cervello, come interagiscono tra loro e come si completano - queste sono tutte domande senza risposta.
La capacità di stabilire relazioni causali attraverso tentativi ed errori è stata osservata in diverse specie. Non solo negli animali, ma anche negli uccelli. Questa capacità collega eventi individuali in una sequenza: se eseguo un'azione X, sarà seguita da un risultato Y. Alcune specie possono stabilire collegamenti causali attraverso l'imitazione. Osservando i loro parenti, le tette blu della famiglia delle cincia possono imparare a svitare i tappi delle bottiglie del latte (seriamente, è meglio non far infuriare questi uccelli).
Ma l'uomo ha un vantaggio: il linguaggio. Grazie a lui, non abbiamo più bisogno di sprecare energie in infinite osservazioni di catene di azioni, limitate solo dalla nostra esperienza. Con l'aiuto del linguaggio possiamo spiegare le relazioni causali e trasmetterle in astratto: in libri, riviste, documentari. Oppure segui una guida YouTube di più ore su come superare un V8. Possiamo registrare le nostre osservazioni lasciando spazi in cui non ci sono abbastanza collegamenti nella catena tra X e Y (questa è chiamata "scienza"). Possiamo condividere informazioni e trovare relazioni causali su scala più ampia e in campioni più ampi di quanto sia disponibile per un individuo.
Il fatto che gli esseri umani abbiano identificato le cause di fenomeni complessi come l'estinzione delle specie o il riscaldamento globale è la prova della nostra capacità di comprendere il mondo oltre l'esperienza individuale. Solo il cervello umano è in grado di capire non solo cosa si è causato da solo, ma anche cosa abbiamo causato tutti noi.
Mark Humphries
