La Illusione della Continuità: Come i Nostri Cervelli Percepiscono il Movimento

Immagina di guardare un film. Le immagini in movimento che vedi sono in realtà una serie di fotogrammi statici mostrati rapidamente. Questa è l’illusione della continuità, dove il nostro cervello percepisce una sequenza di lampeggi rapidi come un movimento continuo e fluido. Non è solo un fenomeno importante per il nostro piacere nel guardare i film, ma è anche un aspetto fondamentale di come tutti i mammiferi, dagli esseri umani ai ratti, percepiscono il mondo dinamico che li circonda.

Uno studio del Laboratorio Shemesh del CF, pubblicato su Nature Communications, approfondisce come questa illusione sia codificata nel cervello.

La velocità alla quale i lampeggi devono verificarsi affinché il nostro cervello li percepisca come costanti invece di lampeggi è nota come soglia di fusione lampeggiante (FFF). Questa soglia varia tra gli animali; ad esempio, gli uccelli, che devono vedere movimenti veloci, hanno una soglia più alta rispetto agli esseri umani, il che significa che possono percepire ancora la luce come lampeggiante, piuttosto che continua, anche quando lampeggia molto rapidamente.

La soglia di FFF è anche importante in natura, come nelle interazioni predatore-preda, e può essere influenzata da alcune malattie come i disturbi epatici o le condizioni oculari come le cataratte.

Curiosamente, metodi diversi di misurare questa soglia, come osservare il comportamento degli animali o registrare l’attività elettrica negli occhi o nella corteccia (lo strato esterno del cervello che elabora ciò che vediamo), possono dare risultati diversi.

Questo suggerisce che anche altre parti del cervello svolgano un ruolo nel modo in cui percepiamo la luce lampeggiante. In questo studio, i ricercatori hanno combinato la risonanza magnetica funzionale (fMRI), esperimenti comportamentali e registrazioni elettriche dell’attività cerebrale per capire come funziona questo processo.

Le loro scoperte indicano che la SC è vitale nel passaggio dalla percezione di lampeggi individuali a un movimento fluido e che potrebbe essere un componente chiave nella creazione dell’illusione della continuità.

Un Attacco a Tre Punte

“Questo progetto è stato veramente un lavoro di squadra, ed è iniziato come una conversazione tra due studenti di dottorato presso il CF”, osserva Noam Shemesh, autore principale dello studio.

“Rita Gil, una studentessa nel mio laboratorio, stava esplorando le risposte del cervello del ratto a diverse frequenze luminose con la fMRI. Le sue discussioni con Mafalda Valente, nel laboratorio di Alfonso Renart, hanno portato allo sviluppo di un compito comportamentale in cui i ratti sono stati addestrati a distinguere tra lampeggi e luce continua.

Utilizzando i dati della fMRI e comportamentali, hanno anche registrato l’attività cerebrale durante la stimolazione luminosa. Questo approccio ha permesso loro di misurare e confrontare le soglie di FFF utilizzando tre metodi distinti: fMRI, esperimenti comportamentali ed elettrofisiologia.

“Questo approccio multimodale è piuttosto raro ed è ciò che distingue davvero questo studio. Siamo anche grati ad Alfonso Renart per le interessanti discussioni che hanno contribuito a questa ricerca”.

Per gli esperimenti fMRI, i ratti sono stati mostrati stimoli visivi a frequenze che vanno da basse ad alte. Per minimizzare il movimento e garantire una risonanza cerebrale stabile, gli animali sono stati leggermente sedati.

“La fMRI è una tecnica non invasiva che traccia i cambiamenti nel flusso sanguigno, che sono indicativi dell’attività neurale nel cervello”, spiega Gil.

“Uno dei vantaggi della fMRI è la sua capacità di mappare l’attività cerebrale lungo l’intero percorso visivo, catturando contemporaneamente l’attività da diverse regioni”.

L’obiettivo era osservare come il cervello passa dalla percezione di lampeggi di luce individuali (visione statica) a un flusso continuo di luce (visione dinamica), e individuare le regioni cerebrali coinvolte.

“Quando abbiamo guardato la SC”, dice Gil, “abbiamo trovato risposte molto diverse in base alla frequenza degli stimoli visivi. All’aumentare della frequenza dello stimolo visivo, avvicinandosi alla percezione di luce continua, c’è un cambiamento nella risposta della SC da regimi di segnali fMRI positivi a negativi”.

I segnali positivi riflettono un aumento dell’attività neurale, mentre i segnali negativi potenzialmente indicano il contrario. Sulla base di queste osservazioni, è iniziata a formarsi un’ipotesi: potrebbe il passaggio dalla visione statica alla visione dinamica, nell’illusione della continuità, comportare la soppressione dell’attività nella SC?

Per rispondere a questa domanda, si sono rivolti agli esperimenti comportamentali. I ratti sono stati addestrati in una scatola appositamente progettata, dove hanno imparato a andare su un lato se percepivano la luce come lampeggiante e sull’altro se la percepivano come continua.

Le scelte corrette venivano ricompensate con acqua per rafforzare l’apprendimento. Variando le frequenze luminose visualizzate, il team ha registrato in quale punto i ratti percepivano la luce lampeggiante come continua.

Quando hanno confrontato i dati comportamentali con i dati della fMRI, hanno fatto una scoperta sorprendente: il passaggio dai segnali fMRI positivi a quelli negativi nella SC a determinate frequenze corrispondeva alle frequenze a cui i ratti percepivano comportamentalmente il passaggio dalla luce lampeggiante a quella continua.

Dato che la SC mostrava la correlazione più forte tra il comportamento e i dati della fMRI rispetto ad altre aree del cervello, i ricercatori l’hanno presa di mira per le registrazioni elettrofisiologiche, misurando direttamente l’attività elettrica dei suoi neuroni. Hanno utilizzato una leggera sedazione per mantenere la coerenza con le condizioni della fMRI.

Il loro obiettivo era capire meglio i meccanismi neurali specifici coinvolti quando i ratti percepivano la luce lampeggiante rispetto a quella continua.

FAQs sull’illusione della continuità nella percezione della luce lampeggiante:

1. Che cos’è l’illusione della continuità?
L’illusione della continuità è il fenomeno in cui il nostro cervello percepisce una sequenza di lampeggi rapidi come un movimento continuo e fluido. Questa illusione è fondamentale nella percezione del movimento in tutti i mammiferi, inclusi gli esseri umani.

2. Cosa è la soglia di fusione lampeggiante (FFF)?
La soglia di fusione lampeggiante (FFF) è la velocità alla quale i lampeggi devono verificarsi affinché il nostro cervello li percepisca come costanti invece di lampeggi. Questa soglia varia tra gli animali e può essere influenzata da malattie come i disturbi epatici o le condizioni oculari come le cataratte.

3. Qual è il ruolo della corteccia visiva superiore (SC) nella percezione della luce lampeggiante?
Lo studio mostra che la SC è vitale nel passaggio dalla percezione di lampeggi individuali a un movimento fluido. Questa regione cerebrale potrebbe essere un componente chiave nell’illusione della continuità.

4. Come è stato condotto lo studio?
Lo studio ha utilizzato un approccio multimodale combinando la risonanza magnetica funzionale (fMRI), esperimenti comportamentali e registrazioni elettriche dell’attività cerebrale. Sono stati realizzati esperimenti fMRI su ratti leggermente sedati, seguiti da esperimenti comportamentali in cui i ratti sono stati addestrati a distinguere tra lampeggi e luce continua. Infine, sono state effettuate registrazioni elettrofisiologiche dell’attività cerebrale per comprendere i meccanismi neurali coinvolti.

5. Quali sono le conclusioni dello studio?
Lo studio ha rivelato che durante il passaggio dalla visione statica (lampeggi individuali) alla visione dinamica (flusso continuo di luce), vi è un cambiamento nella risposta della SC da segnali fMRI positivi a negativi. Questo suggerisce che la soppressione dell’attività nella SC potrebbe essere coinvolta nell’illusione della continuità.

6. Qual è l’importanza di questo studio?
Questo studio aiuta a comprendere meglio i processi neurali coinvolti nell’illusione della continuità nella percezione della luce lampeggiante. Le sue scoperte potrebbero avere implicazioni per la comprensione di disturbi visivi e altre interazioni visive nel mondo animale.

7. Ci sono ulteriori studi simili su questo argomento?
Per ulteriori informazioni su questo argomento, puoi consultare altri studi sulla percezione del movimento o sulla neurobiologia dell’illusione della continuità nella percezione visiva.