Ecco come avviene l’associazione immagini-suoni nel nostro cervello

Ogni studente di fisica delle scuole superiori impara che il suono e la luce viaggiano a velocità molto diverse. Se il cervello non spiegasse questa differenza, sarebbe molto più difficile per noi dire da dove provengono i suoni e come sono correlati a ciò che vediamo.

Invece, il cervello ci permette di dare un senso al nostro mondo giocando trucchi in modo che un visivo e un suono creati allo stesso tempo siano percepiti come sincroni, anche se raggiungono il cervello e vengono elaborati da circuiti neurali a velocità diverse.

Uno dei trucchi del cervello è la ricalibrazione temporale: alterare il nostro senso del tempo per sincronizzare la nostra percezione congiunta del suono e della visione. Un nuovo studio rileva che la ricalibrazione dipende dai segnali cerebrali che si adattano costantemente al nostro ambiente per campionare, ordinare e associare input sensoriali concorrenti insieme.

Gli scienziati del Neuro (Montreal Neurological Institute-Hospital) dell’università McGill reclutarono volontari per visualizzare brevi lampi di luce abbinati a suoni con una varietà di ritardi e chiesero loro di riferire se pensavano che entrambi fossero accaduti contemporaneamente. I partecipanti hanno eseguito questo compito all’interno della macchina magnetoencefalografica (MEG), che ha registrato e immaginato le loro onde cerebrali con precisione millisecondo. Le coppie audiovisive di stimoli cambiarono ogni volta, con suoni e oggetti visivi presentati più vicini o più distanti nel tempo e con ordini di presentazione casuali.

I ricercatori hanno scoperto che la percezione di simultaneità tra gli stimoli audio e visivi tra gli stimoli audio e visivi in una coppia è stata fortemente influenzata dalla simultaneità percepita della coppia di stimoli prima di essa. Ad esempio, se viene presentato con un suono seguito da millisecondi visivi separati e percepiti come asincroni, è molto più probabile che si segnali la successiva coppia di stimoli audiovisivi come sincrona, anche quando non lo è. Questa forma di ricalibrazione temporale attiva è uno degli strumenti utilizzati dal cervello per evitare una percezione distorta o disconnessa della realtà, e aiutare a stabilire relazioni causali tra le immagini e i suoni che percepiamo, nonostante le diverse velocità fisiche e le velocità di elaborazione neurale.

I segnali MEG hanno rivelato che questa impresa cerebrale è stata abilitata da un’interazione unica tra onde cerebrali veloci e lente nelle regioni cerebrali uditivi e visive. Ritmi cerebrali più lenti rallentano le fluttuazioni temporali dell’eccitabilità nei circuiti cerebrali. Maggiore è l’eccitabilità, più facile è la registrazione e l’elaborazione di un input esterno ricevendo reti neurali.

Sulla base di ciò, i ricercatori propongono un nuovo modello per comprendere la ricalibrazione, in base al quale oscillazioni più veloci che cavalcano oltre alle fluttuazioni più lente creano fasce orarie discrete e ordinate per registrare l’ordine degli input sensoriali. Ad esempio, quando un segnale audio raggiunge la prima fascia oraria disponibile nella corteccia uditivo e così fa un input visivo, la coppia viene percepita come simultanea. Perché ciò accada, il cervello deve posizionare le fasce orarie visive un po ‘più tardi di quelle udibili per tenere conto della più lenta trasduzione fisiologica dei segnali visivi. I ricercatori hanno scoperto che questo ritardo relativo tra fasce orarie neurali udibili e visive è un processo dinamico che si adatta costantemente alla recente esposizione di ciascun partecipante alla percezione audiovisiva.

I loro dati hanno confermato il nuovo modello di integrazione dinamica mostrando come questi sottili ritardi di decine di millisecondi di oscillazioni cerebrali veloci possono essere misurati in ogni individuo e spiegare i rispettivi giudizi di simultaneità percepita.

Nei disturbi dell’autismo e del linguaggio, l’elaborazione dei sensi, in particolare dell’udito, è alterata. Anche nella schizofrenia, i pazienti possono essere influenzati da distorsioni percepite degli input sensoriali. I meccanismi neurofisiologici di ricalibrazione temporale descritti in questo studio possono essere alterati in questi disturbi, e la loro scoperta può rivelare nuovi obiettivi di ricerca per migliorare questi deficit.

“Nel complesso, questo studio sottolinea che il nostro cervello assorbe e si adatta costantemente al bombardamento di informazioni sensoriali provenienti da fonti diverse”, afferma Sylvain Baillet, ricercatore di The Neuro e autore senior dello studio. “Per dare un senso ai nostri ambienti complessi, comprese le interazioni sociali, i circuiti cerebrali devono apportare attivamente, regolazioni di sottili meccanismi fisiologici per anticipare e prevedere meglio la natura e la tempistica delle stimolazioni esterne. Questo ci aiuta a costruire una mappa mentale resiliente e adattiva della loro rappresentazione.