Come gli eventi inaspettati influenzino gli schemi mentali nei bambini

I bambini creano gli schemi mentali sul loro ambiente fisico e sociale anche attraverso l’attenzione verso eventi che violano le loro aspettative. I pochi studi che esistono sull’elaborazione neurale si basano sulla stimolazione cerebrale visiva ritmica per studiare le oscillazioni dei ritmi theta (4hz) e alfa (6hz) durante le presentazioni di eventi imprevisti.

Queste tecniche offrono nuovi modi per indagare la dinamica oscillatoria neuronale nelle prime fasi di sviluppo del cervello.

L’attività cerebrale dei primi mesi di vita

Nel loro primo anno di vita i bambini sviluppano concetti di base sul loro ambiente fisico e sociale (Spelke & Kinzler, 2007), soprattutto in risposta ad eventi inaspettati. Questo perché i bambini hanno aspettative sulle leggi fisiche (Spelke, Breinlinger, Macomber & Jacobsen, 1992), sui numeri (Wynn, 1992) e sulle azioni umane (Reid et al., 2009).

Nelle osservazioni con elettroencefalogramma, i tempi di osservazione differenziale e le risposte correlate agli eventi imprevisti sono comunemente interpretate come un aumento dell’attenzione nei neonati.

Le oscillazioni neuronali come risposta agli eventi

Le oscillazioni neuronali riflettono la sincronizzazione di attività all’interno e attraverso le popolazioni di cellule nervose (Fries, 2015).

In particolare, i diversi ritmi cerebrali sono associati a distinti processi cognitivi.

L’accomodamento di nuove informazioni si traduce in aumenti di oscillazioni theta (3–8 Hz) e diminuzioni delle oscillazioni alfa (8–14 Hz) negli adulti (Friese et al., 2013) e bambini (Köster, Haese e Czernochowski, 2017).

La soppressione dei ritmi alfa indica i processi di attenzione visiva (Jensen & Mazaheri, 2010), mentre le oscillazioni theta indicano i processi di apprendimento (Köster, Finger, Graetz, Kater, & Gruber, 2018).

È stato scoperto che anche il cervello infantile segue gli stessi ritmi degli adulti, infatti:

• la soppressione alfa è stata associata all'attenzione (Hoehl,Michel, Reid, Parise e Striano, 2014)
• l'oscillazione theta è stata correlata all'apprendimento (Begus, Southgate e Gliga, 2015) e all'elaborazione di eventi imprevisti (Berger, Tzur & Posner, 2006)

Lo studio sull’accomodamento delle nuove informazioni

Lo studio di Miriam Langeloh del Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, Moritz Köster della Freie Universität Berlin e Stefanie Höhl dell'Università di Vienna analizza come vengono percepiti gli eventi inaspettati nel cervello di bambini di nove mesi .Lo studio é stato pubblicato su Psychological Science.

Nella prima parte dello studio è stato esplorato visivamente il potenzialmente dei due ritmi alfa e theta, ricollegandosi a dati di precedenti studi (Reid et al., 2009). L’obiettivo degli studiosi è stato di ricercare un aumento dei ritmi theta e una diminuzione dei ritmi alfa nell’intervallo da 3 Hz a 10 Hz su uno stimolo target.

I risultati, coerenti con gli studi precedenti (Begus et al., 2015; Hoehl et al., 2014), hanno dimostrato un aumento di circa 4hz per theta e una diminuzione di circa 6Hz per alfa nel campione di neonati. I criteri di misurazione dei ritmi alfa e theta sono rimasti quindi invariati anche per concludere lo studio.

Gli stimoli somministrati erano basati su quattro classici paradigmi di violazione delle aspettative, rilevati tra i domini della conoscenza di base (Reid et al., 2009; Spelke et al., 1992; Wynn, 1992):

• azione
• numero
• solidità
• coesione

Gli stimoli sono stati proposti secondo quattro varianti.

Lo standard delle prove era composto da tre immagini statiche che, presentate in successione, rappresentavano uno scenario con un finale chiaramente prevedibile. In un disegno entro soggetti ciascuna delle 16 sequenze è stata presentata quattro volte, una volta in ciascuna condizione sia con frequenze alfa che theta.

Le prove, combinate a seconda del finale atteso o imprevisto, erano in totale 64.

In ogni blocco venivano quindi proposte quattro varianti di un singolo dominio della conoscenza di base variate secondo:

• l’oscillazione (theta o alfa)
• finale (imprevisto o atteso)

Le somministrazioni sono state egualmente controbilanciate dagli stessi ricercatori entro i soggetti per evitare l’effetto abituazione. Ad esempio, in una delle prove, i bambini hanno visto un uomo che reggeva un pretzel. Nella condizione di risultato atteso l’uomo portava il pane alla bocca.

Nella condizione di finale imprevisto, per violare le aspettative dei bambini, lo portava invece all’orecchio.

I risultati della ricerca

Dallo studio è emerso che le oscillazioni dei ritmi theta aumentavano per gli eventi imprevisti dimostrando la correlazione con le aspettative di base dei bambini.

Il ritmo theta infatti é filogeneticamente coinvolto nei meccanismi di organizzazione neuronale nei mammiferi (Lisman & Jensen, 2013). Svolge un ruolo specifico nell’apprendimento degli adulti (Friese et al., 2013; Köster et al., 2018), nei bambini (Köster et al., 2017) e nei neonati (Begus et al., 2015).

L’aumento dei livelli theta è un chiaro indicatore dello sviluppo dei processi di apprendimento perché evidenzia l’integrazione di nuove informazioni per affinare le aspettative di base.

Questi risultati si inseriscono nel quadro di riferimento degli studi di elaborazione predittiva, i quali ipotizzano capacità di minimizzazione degli errori in previsione di un risultato previsto o inaspettato (Friston, 2011).

Miriam Langeloh descrive inoltre:

"Ai bambini sono state mostrate le storie molto rapidamente, sfarfallando a una frequenza di 4 Hz (theta) o 6 Hz (alfa). Ad esempio, nella condizione theta, gli eventi sono stati presentati con una frequenza di sfarfallio di quattro immagini al secondo. Le aree cerebrali responsabili della vista nella corteccia visiva hanno sincronizzato la loro attività alla velocità delle immagini presentate. Siamo stati in grado di dimostrare che il cervello dei bambini, come negli adulti, risponde alla presentazione ritmica degli eventi ".

La scoperta si adatta anche alla teoria secondo la quale i bambini cerchino di dare un senso ai risultati inattesi, aumentando il comportamento esplorativo a seguito di violazione delle aspettative (Stahl & Feigenson, 2015).

E le oscillazioni alfa? I ritmi che sono stati associati all’attenzione non differivano tra i risultati attesi e imprevisti (Clouter et al., 2017; Köster et al., 2019), anche se Langeloh e colleghi avevano previsto una diminuzione delle oscillazioni alfa legate agli eventi imprevisti.

Nelle ricerche future sarebbe interessante approfondire la specificità del ritmo theta nell’elaborazione degli eventi imprevisti e il suo ruolo nei processi di codifica.

Il ritmo theta infatti può essere contrastato con ulteriori frequenze di stimolazione (Clouter et al., 2017) e confrontato con i comportamenti di esplorazione dei bambini (Stahl & Feigenson, 2015). L'utilizzo delle nuove scoperte in campo scientifico può essere rilevante anche per i criteri diagnostici nei casi di disturbi dell'età dello sviluppo.

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In conclusione, gli studi hanno aperto nuove strade per la manipolazione sperimentale e l’indagine della dinamica oscillatoria alla base dei processi cognitivi dell’infanzia. Il ritmo theta sembra svolgere un ruolo fondamentale nell'integrazione di nuovi eventi nella conoscenza esistente già nei bambini di nove mesi.

Conoscere le risposte neuronali nel periodo più intenso dello sviluppo del cervello può aiutare ad implementare il quadro di riferimento dei processi di apprendimento anche a lungo termine.

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Fonti:

Begus, K., Southgate, V., & Gliga, T. (2015). Neural mechanisms of infant learning: Differences in frontal theta activity during object exploration modulate subsequent object recognition. Biology Letters, 11(5), Article 20150041. doi:10.1098/rsbl.2015.0041

Clouter, A., Shapiro, K. L., & Hanslmayr, S. (2017). Theta phase synchronization is the glue that binds human associative memory. Current Biology, 27, 3143–3148. doi:10.1016/j.cub.2017.09.001

Jensen, O., & Mazaheri, A. (2010). Shaping functional architecture by oscillatory alpha activity: Gating by inhibition. Frontiers in Human Neuroscience, 4, Article 186. doi:10.3389/fnhum.2010.00186