Il cervello umano è un organo straordinario, capace di elaborare continuamente informazioni sensoriali per prendere decisioni in tempi brevissimi. Recentemente, un team di ricercatori dell’Università di Princeton ha sviluppato un innovativo modello di circuito latente che offre nuove prospettive su questo processo. Questa scoperta fornisce importanti indicazioni sulle patologie mentali e potrebbe avere un impatto significativo sullo sviluppo dell’intelligenza artificiale.
Nuove scoperte sul processo decisionale cerebrale
Un modello matematico all’avanguardia sta aiutando gli scienziati a comprendere come il cervello gestisca vari tipi di informazioni, come immagini e suoni, durante il processo decisionale. Questa ricerca potrebbe rivelarsi cruciale per:
- Migliorare la comprensione dei circuiti cerebrali compromessi in disturbi neurologici, come l’Alzheimer
- Rendere più efficienti tecnologie emergenti, come assistenti vocali e veicoli autonomi
I risultati di questo studio sono stati pubblicati il 10 febbraio sulla rivista Nature Neuroscience.
L’equilibrio complesso delle informazioni sensoriali
La capacità di prendere decisioni quotidiane si basa sulla straordinaria abilità del cervello di elaborare simultaneamente molteplici segnali sensoriali. Ad esempio, quando un semaforo pedonale diventa verde, il cervello deve analizzare rapidamente informazioni contrastanti, come il suono di un’ambulanza, per compiere la scelta più sicura.
Nonostante gli sforzi di ricerca, il modo in cui il cervello gestisce informazioni sensoriali contrastanti rimane un enigma.
La corteccia prefrontale: il fulcro della decisione
Una delle aree cerebrali più importanti per il processo decisionale è la corteccia prefrontale, considerata il centro della cognizione avanzata. Studi precedenti hanno dimostrato che:
- La risposta delle singole cellule cerebrali in questa area è complessa e multifattoriale
- Un neurone può attivarsi solo in presenza di specifiche condizioni, come un semaforo verde ostacolato da un’auto
Una comprensione integrata di come le cellule cerebrali elaborano segnali sensoriali e generano comportamenti è ancora sfuggente per i ricercatori.
Un nuovo approccio matematico: il modello di circuito latente
Il dottorando Christopher Langdon e la professoressa assistente di neuroscienze Tatiana Engel hanno proposto un nuovo framework matematico, noto come modello di circuito latente, per spiegare in modo più efficace il processo decisionale. Questo approccio supera le limitazioni dei modelli precedenti, concentrandosi su:
- Neuroni “leader” piuttosto che su reti neurali complesse
- Meccanismi operanti all’interno di grandi reti neurali ricorrenti
Sperimentazione del modello: un esperimento decisionale
Langdon ed Engel hanno applicato il loro nuovo modello a reti neurali ricorrenti addestrate per eseguire compiti decisionali. Questo compito inizia con la presentazione di una forma su uno schermo, seguita da una griglia in movimento, richiedendo al partecipante di riportare il colore o il movimento della griglia.
Il meccanismo di commutazione del cervello
Utilizzando il loro modello innovativo, i ricercatori hanno scoperto che le cellule della corteccia prefrontale disattivano le cellule vicine in base all’indizio principale da seguire. Questa scoperta ha rivelato un meccanismo interpretabile all’interno di una rete neurale complessa.
Validazione delle previsioni del modello
Il modello di circuito latente offre previsioni su come le scelte variano quando la forza delle connessioni tra nodi latenti viene modificata. Gli autori hanno osservato che:
- Le prestazioni del compito subivano un deterioramento prevedibile con l’eliminazione di specifiche connessioni
- È possibile tradurre le dinamiche di un circuito in una rete più ampia
Il nuovo modello di circuito latente apre la strada a nuove scoperte sui meccanismi che influenzano le decisioni.
Implicazioni per la salute mentale e l’intelligenza artificiale
Le difficoltà decisionali sono comuni in vari disturbi di salute mentale. Comprendere i calcoli matematici che il cervello esegue per facilitare le decisioni potrebbe migliorare la nostra comprensione di tali condizioni e potenziare le capacità decisionali delle tecnologie emergenti. I prossimi passi richiederanno l’applicazione di questo nuovo modello a compiti decisionali più complessi.
Riferimento
“Inferenza del circuito latente da risposte neurali eterogenee durante compiti cognitivi” di Christopher Langdon e Tatiana A. Engel, pubblicato il 10 febbraio 2025 su Nature Neuroscience. DOI: 10.1038/s41593-025-01869-7.
