Comprendere la cognizione

Immagina una mela: il suo verde, il suo sapore aspro e il suo fresco e croccante crunch; come fa il cervello a creare una rappresentazione di una tale mela?

Questa è una delle domande che il Human Brain Project (HBP) si pone. Per comprendere meglio il cervello umano, hai bisogno di teorie, modelli e quadri concettuali, che possono essere testati e perfezionati. L’HBP sta sostenendo il lavoro dei neuroscienziati cognitivi e teorici per sbloccare intuizioni più profonde nel funzionamento del nostro cervello.

Neuroscienziati teorici stanno lavorando per sviluppare una teoria multi-scala del cervello che sintetizza top-down e data-driven approcci bottom-up. Stanno anche cercando di: unificare le teorie dell’apprendimento, della memoria, dell’attenzione e del comportamento orientato agli obiettivi; comprendere funzioni cognitive complesse come la navigazione spaziale, la ricorsione e l’elaborazione simbolica; e identificare i ponti che collegano le molteplici scale temporali e spaziali implicate nell’attività cerebrale e nei segnali catturati dall’imaging e da altre tecnologie.

I neuroscienziati cognitivi di HBP stanno esaminando la natura della percezione visiva, la diffusione di onde lente nel cervello addormentato, il ruolo dell’ippocampo nella memoria episodica (ricordi personali delle nostre vite) e lo sviluppo di nuovi modi per misurare lo stato di coscienza sia nelle persone che negli altri animali.

Creazione di rappresentazione

In che modo il cervello crea una rappresentazione di un oggetto, come una mela, da informazioni multisensoriali? Questa domanda è cruciale poiché queste rappresentazioni sono la base per processi cognitivi superiori come la formazione di categorie, il ragionamento e il linguaggio. Uno dei nostri obiettivi è sviluppare una rete neuronale di “deep learning” che impari a riconoscere oggetti e funzioni in modo simile ai veri sistemi neurobiologici.

Coscienza

Uno dei problemi irrisolti più profondi nella scienza è la natura della coscienza – come viene generata la coscienza dal cervello? Ci sono diversi problemi clinici ed etici che limitano il modo in cui possiamo affrontare questa domanda, come la valutazione del livello di coscienza nei pazienti in seguito a lesioni cerebrali. Nuovi modi per misurare i livelli di coscienza renderanno i medici meno dipendenti da misurazioni puramente comportamentali; ciò andrà a beneficio, ad esempio, dei pazienti in coma.

Onde lente nel cervello addormentato

Allo stesso modo, come possono emergere fenomeni disparati come il sonno e la veglia dagli stessi sistemi cortico-talamici nel cervello? Per rispondere a questa domanda, studieremo l’attività a onde lente e le simulazioni di grandi popolazioni di neuroni che sparano nei topi e negli esseri umani.

Memoria

I ricordi episodici sono le nostre esperienze personali e coscienti ambientate nello spazio e nel tempo. La capacità del cervello di richiamare oggetti ed esperienze da informazioni multisensoriali (ad esempio visione, udito o tatto) è la chiave per comprendere la memoria umana. L’HBP sta conducendo una serie coordinata di esperimenti per identificare i meccanismi neuronali alla base della memoria episodica e convalidarli con modelli computazionali e sistemi robotici.

Il lavoro dei neuroscienziati teorici e cognitivi dell’HBP si nutre del lavoro di altrove nell’HBP, in particolare delle piattaforme neurorobotiche e neurocomputing.