Navigare nel tuo ambiente

Come il cervello crea mappe per aiutarci a raggiungere le nostre destinazioni

Fonte: archivio di dominio pubblico

1. Navigazione spaziale

Le nostre vite quotidiane non sono sicuramente piene del tipo di complessi e complessi compiti di navigazione con cui potrebbe essere stato affrontato quello dei vichinghi: abbiamo sistemi di posizionamento globale nei nostri telefoni, tablet, auto e orologi e abbiamo segnali stradali, piani di costruzione, e piste asfaltate. Abbiamo moltissime risorse per aiutarci ad arrivare dove vogliamo essere.

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Ma i vichinghi e le altre civiltà prima dell’avvento della modernità non avevano un numero di strumenti con scopi simili? Anche se meno potenti e convenienti della nostra tecnologia, strumenti antichi come il peloro, uno strumento grezzo per mantenere il controllo di una nave, erano abbastanza affidabili da aiutare le persone a scoprire e tracciare il mondo sconosciuto. E il cervello di coloro che visse centinaia o migliaia di anni fa non si impegnò anche nel soddisfare le esigenze di navigazione degli ambienti spaziali – nel fissare obiettivi e obiettivi secondari, nella stima della distanza tra la propria posizione e destinazione, nel monitorare i propri progressi e la propria posizione e sapendo quando si è dove si vuole essere?

Quindi, gli umani hanno a lungo utilizzato strumenti per migliorare le loro possibilità di trovare le giuste destinazioni, e il nostro successo nella navigazione in questi luoghi è migliorato come la nostra tecnologia (ad esempio, gli strumenti nei nostri telefoni sono abbastanza affidabili per aiutare le persone in diversi, e spesso lontano, i luoghi si incontrano a nuovi), ma non è – e non è mai stato – gli strumenti che fanno la navigazione: lo siamo.

Che tu sia un vichingo o il tuo sé attuale, o addirittura un topo, è il cervello che è in gran parte impegnato nel compito di navigare negli ambienti spaziali, e forse i suoi strumenti più grandi sono le notevoli capacità di creare la propria mappa di qualsiasi ambiente in cui potresti ritrovarti e riconfigurare i piani quando emergono deviazioni inaspettate.

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2. Mappe cognitive

I cervelli di tutti i tipi di diverse specie di animali sono equipaggiati per la navigazione spaziale e, più specificamente, per creare mappe cognitive del loro ambiente; non siamo unici in questo senso, e alcuni animali sono più bravi nella navigazione di altri. Ad esempio, la maggior parte della ricerca neuroscientifica sulla navigazione spaziale non si basa sugli esseri umani, ma sui roditori. Quindi, forse questo stereotipo della psicologia è vero: l’immagine dei topi che corrono nei labirinti. Ciò viene spesso nelle menti del pubblico generale quando si pensa agli esperimenti psicologici, ed è ampiamente corretto immaginarlo se stiamo considerando l’area della neuroscienza comportamentale che esplora il ruolo delle strutture cerebrali sottocorticali nella memoria spaziale.

Molti progressi teorici sono stati fatti di recente in questo campo di ricerca; tuttavia, rivedere questa letteratura qui e usando molti termini neurobiologici e neuroanatomici diversi non sarà utile al lettore, ma alcuni saranno menzionati di seguito (per una rassegna, vedi Epstein, Patai, Julian, & Spires, 2017). Invece, è sufficiente dire che i ricercatori hanno a lungo pensato che le persone usano le loro mappe interne per navigare in vari ambienti (Tolman, 1948). Un gran numero di reti di neuroni in diverse regioni cerebrali lavorano insieme per generare queste rappresentazioni del mondo.

Studi neurobiologici con topi sono stati in grado di dimostrare che diversi tipi di cellule in queste regioni calcolano caratteristiche diverse delle nostre mappe cognitive. In breve, i tipi principali sono celle di posizione, di griglia, di confine e di direzione della testa, e si trovano principalmente nella formazione dell’ippocampo nel lobo temporale mediale e nelle strutture correlate. In particolare, un professore qui all’University College di Londra ha vinto il premio Nobel per il suo ruolo nella scoperta delle cellule del luogo, che sparano nel tuo ippocampo in base alla tua posizione spaziale (O’Keefe & Dostrovsky, 1971).

È molto importante per la rete di navigazione nel nostro cervello creare mappe spaziali che siano radicate nel mondo reale e che possano spiegare la distanza e la direzione verso i nostri obiettivi in ​​quel mondo. Sebbene sia possibile navigare senza utilizzare oggetti del mondo reale per aiutarci, è abbastanza utile ancorare le nostre mappe cognitive a particolari punti di riferimento e limiti nel nostro ambiente, perché vederle lungo il percorso probabilmente susciterà il recupero spontaneo e la ricalibrazione della nostra posizione , ricordandoci di dove ci troviamo all’interno della nostra mappa interna. Durante questi momenti intermittenti di ricalibrare o riaffermare dove siamo, e fin dall’inizio della pianificazione di andare ovunque, la rete di navigazione nel nostro cervello deve essere in grado di stimare e periodicamente stimare nuovamente la distanza e la direzione verso la nostra destinazione.

Oltre a questi aspetti dell’elaborazione cognitiva nella navigazione spaziale, ciò che rende la rete di navigazione nel nostro cervello così adattabile è che non solo può generare una moltitudine di mappe cognitive di diversi ambienti ma anche di vari stati di questi ambienti. Cioè, si può immaginare, ad esempio, non solo il tipico viaggio al negozio di alimentari o un potenziale viaggio verso uno nuovo: è possibile generare diverse mappe cognitive di queste destinazioni in cui si provengono da luoghi diversi come ad esempio da casa o lavoro, in condizioni climatiche diverse e con potenziali ostacoli che potrebbero insorgere a seconda dell’ora del giorno e così via. Inoltre, le mappe cognitive non devono necessariamente essere esclusivamente spaziali. In alcuni punti di vista, anche il nostro cervello può creare modelli mentali di suoni, odori e concetti, relazioni sociali e periodi di tempo.

3. Trovare un altro modo

Che i nostri percorsi scelti per i nostri obiettivi siano ostacolati è un luogo comune. L’universo invia quasi sempre le nostre cose per impedirci e renderci in ritardo, a quanto pare. Tali eventi incongruenti sono a volte nel dominio del nostro controllo, ma a volte no, e talvolta abbastanza prevedibili, ma altre volte non così tanto. Quando questi eventi sono cose su cui abbiamo una certa autonomia, ma si verificano in modi imprevisti, ci viene spesso richiesto di adattare i nostri piani di navigazione – per fare una deviazione allontanandoci dal nostro obiettivo per raggiungerla.

Esempi di vita quotidiana di queste situazioni sono quando ci sono costruzioni sulla strada o sulla passerella e ti viene richiesto di trovare un altro percorso, quando la tua stazione della metropolitana è chiusa e devi trovare quella successiva più vicina, quando il cancello del tuo volo cambia come te ne vai e devi trovare quello giusto in aeroporto, e quando un’isola del supermercato è troppo affollata per entrare da dove ti trovi e devi trovare un percorso diverso per raggiungere l’altro lato.

Ci sono migliaia di situazioni come queste che accadono alle persone ogni giorno, e questi eventi incongruenti rappresentano una frazione degli eventi incongruenti che avvengono ogni giorno; le persone tendono a sentirsi piuttosto frustrate alla luce di tali eventi, ma questa è una discussione per un altro articolo. Vale la pena notare, tuttavia, che non tutte le deviazioni sono prove della nostra tolleranza alla frustrazione: a volte il modo più veloce non è il più sicuro e, pertanto, una deviazione potrebbe essere una buona idea quando si cammina a casa e si nota un personaggio dall’aspetto disperato in agguato un vicolo che di solito tagli. Ciò che conta di più nelle situazioni in cui il tuo percorso è ostacolato, oltre a individuarli e aggiornare la tua mappa cognitiva con il fatto che non puoi più andare in questo modo, è che riconfigura in modo adattivo i tuoi piani per la tua destinazione, che pianifichi un diverso o nuova rotta che consente un’efficace elusione dell’ostacolo.

Il lobo frontale, in particolare la corteccia prefrontale, è impegnato ogni volta che il cervello ha generalmente bisogno di pianificare, o riprogettare, qualsiasi cosa e di pensare in piedi, per così dire (Shallice & Cooper, 2011). Non sorprende, quindi, che recenti ricerche abbiano scoperto che, in effetti, la corteccia prefrontale gioca un ruolo fondamentale nella pianificazione della navigazione (Balaguer, Spires, Hassabis, & Summerfield, 2016) e negozia le deviazioni (vedi Spires & Gilbert, 2015). In breve, le diverse sottoregioni della corteccia prefrontale rilevano le deviazioni, elaborano il potenziale conflitto tra le possibili vie e stabiliscono nuovi sub-obiettivi, e quello degli aspetti del processo di formazione dell’ippocampo del percorso appena selezionato, integrandolo nella vostra mappa cognitiva.

4. La via da seguire per le neuroscienze cognitive

Mentre i neuroscienziati comportamentali tipicamente usano i roditori nei loro studi, i neuroscienziati cognitivi in ​​questo campo di ricerca (cioè la detorsione) usano gli umani, e questo è per una serie di ragioni, ma principalmente perché ci sono certe cose che puoi fare con gli umani per investigare la pianificazione che non è possibile con i roditori e, soprattutto, l’unicità del lobo frontale umano significa che è sempre il miglior oggetto di indagine se il nostro scopo è quello di migliorare la nostra comprensione delle funzioni del cervello umano.

Molti studi sull’assunzione di deviazioni, e sulla navigazione spaziale in generale, impiegano metodi neuroscientifici come la risonanza magnetica funzionale (fMRI) in cui le persone sono costrette a giacere ferme in un ambiente artificiale per completare varie attività cognitive sullo schermo di un computer. Tuttavia, questo difficilmente riflette il mondo reale: nessuna sensazione di auto-movimento, nessuna sensazione di cambiamenti di elevazione, e così via. I neuroscienziati cognitivi hanno recentemente tentato di affrontare questo problema utilizzando sistemi di realtà virtuale per simulare ambienti 3D e tapis roulant omnidirezionali per facilitare l’auto-movimento, insieme a una tecnica nota come elettroencefalografia (EEG) che consente l’acquisizione di dati cerebrali in contesti semi-naturalistici. Questi tipi di esperimenti rappresentano una direzione interessante per le neuroscienze cognitive e, soprattutto, stanno per migliorare la validità ecologica (per una revisione di questi problemi e dei recenti sforzi per affrontarli, vedi Park, Dudchenko e Donaldson, 2018).

Tuttavia, non riesci ancora a sentire l’erba sotto i piedi, per così dire. I partecipanti non possono sperimentare i vari tipi di stimoli che si verificano nella vita di tutti i giorni quando navighiamo attraverso gli ambienti spaziali, e tra questi c’è la società stessa (ad esempio, tutte le persone per le quali dobbiamo rendere conto mentre ci spostiamo verso le nostre destinazioni). Quindi, sebbene la ricerca stia compiendo progressi e utilizzando disegni sperimentali semi-naturalistici, sono stati fatti progressi sostanziali nella cognizione spaziale o in qualsiasi altro campo di ricerca per portare la neuroscienza cognitiva nel mondo reale. Un promettente passo avanti è l’uso della spettroscopia nel vicino infrarosso funzionale senza fili (fNIRS) (vedere Pinti et al., 2018).

5. Migliorare la tua capacità di navigazione

Francamente, alcune persone sono terribili nella navigazione e altre, eccellenti, ma probabilmente non sono nate in quel modo. E non possiamo certamente prendere la parola di qualcuno per questo; Pensavo di essere un esperto navigatore come James Cook fino a quando non ho ottenuto tutti in una spedizione per backpacking persi in una foresta lungo le rive del lago Michigan. Fortunatamente, abbiamo compiti ben definiti nelle neuroscienze cognitive che possono indicizzare un numero di processi diversi per una navigazione di successo, e non è necessario che il cervello venga scansionato per impegnarsi in questi compiti per praticare la navigazione spaziale.

Ad esempio, un’app mobile è stata rilasciata di recente, Sea Hero Quest, che richiede di navigare su una barca per trovare creature marine. È stato specificamente sviluppato come parte di un importante studio interculturale per esaminare alcuni predittori della capacità di navigazione (vedi Coutrot et al., 2018). I ricercatori hanno scoperto che, in effetti, le persone non sono semplicemente abili o inetti navigatori; piuttosto, i dati del gameplay di milioni di persone provenienti da oltre cento paesi diversi hanno suggerito che la ricchezza economica e i tassi di disuguaglianza di genere di questi paesi prevedevano in modo significativo le prestazioni della navigazione. Una direzione interessante per questo tipo di navigazione virtuale è di utilizzarla come strumento di intervento nel contesto della demenza e di altre malattie neurodegenerative. Quindi, se ti consideri un navigatore povero, potrebbe essere divertente provarlo; i dati del tuo gameplay saranno utili in quanto questo è un progetto in corso!

Ci sono altre cose che puoi fare nella vita di tutti i giorni per migliorare la tua capacità di navigazione. Vale a dire, puoi provare a fare meno affidamento sul tuo GPS. Questo non vuol dire che dovremmo cercare di non usarlo quando si viaggia in posti nuovi. È molto utile in queste situazioni. Sarebbe una buona idea trascurare la tua bussola in mezzo al bosco? No. Questo sarebbe buttare via il bambino con l’acqua del bagno, come si suol dire. Quindi l’idea, qui, è piuttosto quella di ridurre la frequenza con cui si monitora il GPS. Esaminare il percorso GPS come se fosse una mappa, quindi fare del proprio meglio per conservare le informazioni nella memoria di lavoro mentre si percorre il percorso, controllando solo il GPS in corrispondenza o subito dopo importanti punti decisionali per confermare di non aver commesso un errore.

In effetti, la strategia meno consequenziale potrebbe essere quella di controllare dopo aver fatto il giudizio in testa invece che quando o dopo aver fatto qualcosa in modo comportamentale. Usa più di un punto di riferimento. Presta attenzione non solo a dove vai ma anche dove sei appena stato. In altre parole, sforzati di destinare più delle tue risorse attenzionali al compito da svolgere, piuttosto che seguire quella linea brillante e colorata con la visione a tunnel. È fin troppo facile lasciare che i nostri dispositivi facciano il pesante sollevamento. Fai in modo che il tuo cervello lo faccia. I nostri cervelli diventano migliori nell’affrontare virtualmente qualsiasi compito attraverso l’esperienza e il tempo (cioè la plasticità neurale).

Il cervello non deve lavorare molto duramente quando prendiamo sentieri logori; abbiamo mappe interne ben costruite per luoghi familiari. Ma non abbiamo mappe del genere quando si entra in un nuovo ambiente e, di conseguenza, dobbiamo formarle in movimento. Le esigenze cognitive di navigare in posti nuovi sono, quindi, più grandi di quelle familiari. Anche se in genere è più difficile trovare la strada in nuovi ambienti, la tua capacità di navigazione non trarrà certo beneficio molto da te rimanendo solo in quelli familiari. Quindi, cerca luoghi in cui non sei mai stato e, in modo critico, adotta un ruolo attivo nella tua navigazione – in tutti i passaggi che portano alla tua destinazione – fino a quando forse un posto straniero può essere chiamato casa.

Riferimenti

Balaguer, J., Spires, H., Hassabis, D., & Summerfield, C. (2016). Meccanismi neurali di pianificazione gerarchica in una rete di metropolitana virtuale. Neuron, 90 (4), 893-903. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.03.037

Coutrot, A., Silva, R., Manley, E., de Cothi, W., Sami, S., Bohbot, VD, … Spires, HJ (2018). Determinanti globali della capacità di navigazione. Current Biology, 28 (17), 2861-2866.e4. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.06.009

Epstein, RA, Patai, EZ, Julian, JB, & Spires, HJ (2017). La mappa cognitiva nell’uomo: la navigazione spaziale e oltre. Nature Neuroscience. Gruppo editoriale naturale. https://doi.org/10.1038/nn.4656

O’Keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). L’ippocampo come una mappa spaziale. Prove preliminari dall’attività unitaria nel ratto che si muove liberamente. Cervello. 34, 171-175.

Park, JL, Dudchenko, PA, e Donaldson, DI (2018). Navigazione negli ambienti del mondo reale: nuove opportunità a cui si aggiungono i progressi nel campo dell’imaging cerebrale mobile. Frontiers in Human Neuroscience, 12. https://doi.org/10.3389/fnhum.2018.0036

Pinti, P., Aichelburg, C., Gilbert, S., Hamilton, A., Hirsch, J., Burgess, P., e Tachtsidis, I. (2018, 1 ottobre). Una rassegna sull’uso della spettroscopia funzionale a infrarossi vicini indossabile in ambienti naturalistici. Ricerca psicologica giapponese. Blackwell Publishing Ltd. https://doi.org/10.1111/jpr.12206

Shallice, T., & Cooper, RP (2011). L’organizzazione della mente. Oxford: Oxford University Press.

Spires, HJ e Gilbert, SJ (2015). Risolvere il problema della deviazione in navigazione: un modello di interazioni prefrontali e ippocampali. Frontiers in Human Neuroscience, 9. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00125

Tolman, EC (1948). Mappe cognitive nei ratti e negli uomini. Psychol. Rev. 55, 189-208.