Alzi lo sguardo verso il cielo azzurro e vedi qualcosa che non riesci a identificare. È un pallone? Un aereo? Un UFO? Sei curioso, vero? Un team di ricerca con sede presso lo Zuckerman Institute della Columbia ha assistito per la prima volta a ciò che accade nel cervello umano quando sorgono sentimenti di curiosità come questo.
Come si sviluppa la curiosità
In uno studio pubblicato sul Journal of Neuroscience, gli scienziati hanno individuato aree del cervello che sembrano valutare il grado di incertezza in situazioni visivamente ambigue, dando origine a sentimenti soggettivi di curiosità .
“La curiosità ha origini biologiche profonde”, ha affermato l’autrice corrispondente Jacqueline Gottlieb, Ph.D., ricercatrice principale presso lo Zuckerman Institute. Il principale beneficio evolutivo della curiosità, ha aggiunto, è quello di incoraggiare gli esseri viventi a esplorare il loro mondo in modi che li aiutino a sopravvivere.
“Ciò che distingue la curiosità umana è che ci spinge a esplorare molto più ampiamente rispetto ad altri animali, e spesso solo perché vogliamo scoprire cose, non perché stiamo cercando una ricompensa materiale o un beneficio per la sopravvivenza”, ha affermato il dott. Gottlieb, che è anche professore di neuroscienze al Vagelos College of Physicians and Surgeons della Columbia. “Questo porta a molta della nostra creatività”.
Insieme al dott. Gottlieb hanno preso parte alla ricerca anche Michael Cohanpour, Ph.D., ex studente laureato alla Columbia (ora data scientist presso dsm-firmenich), e Mariam Aly, Ph.D., anch’essa precedentemente alla Columbia e ora professore associato di psicologia presso l’Università della California, Berkeley.
Nello studio, i ricercatori hanno impiegato una tecnologia non invasiva e ampiamente utilizzata per misurare i cambiamenti nei livelli di ossigeno nel sangue nei cervelli di 32 volontari. Chiamata risonanza magnetica funzionale , o fMRI, la tecnologia ha permesso agli scienziati di registrare la quantità di ossigeno consumata da diverse parti del cervello dei soggetti mentre guardavano le immagini. Più ossigeno consuma una regione del cervello, più è attiva.
Per svelare le aree cerebrali coinvolte nella curiosità, il team di ricerca ha presentato ai partecipanti immagini speciali note come texforms. Si tratta di immagini di oggetti, come un tricheco, una rana, un carro armato o un cappello, che sono stati distorti a vari livelli per renderli più o meno difficili da riconoscere.
I ricercatori hanno chiesto ai partecipanti di valutare la loro sicurezza e curiosità per ogni texform, e hanno scoperto che le due valutazioni erano inversamente correlate. Più i soggetti erano sicuri di sapere cosa raffigurava il texform, meno erano curiosi al riguardo. Al contrario, meno i soggetti erano sicuri di poter indovinare cosa fosse il texform, più erano curiosi al riguardo.
Utilizzando la fMRI, i ricercatori hanno poi osservato cosa stava accadendo nel cervello mentre ai soggetti venivano presentati dei texform. I dati della scansione cerebrale hanno mostrato un’elevata attività nella corteccia occipitotemporale (OTC), una regione situata appena sopra le orecchie, che è da tempo nota per essere coinvolta nella vista e nel riconoscimento di categorie di oggetti.
Sulla base di studi precedenti, i ricercatori si aspettavano che quando presentavano ai partecipanti immagini chiare, questa regione del cervello avrebbe mostrato distinti schemi di attività per oggetti animati e inanimati. “Si può pensare a ogni schema come a un ‘codice a barre’ che identifica la categoria di testo”, ha affermato il dott. Gottlied.
I ricercatori hanno utilizzato questi modelli per sviluppare una misura, che hanno soprannominato “incertezza OTC”, di quanto fosse incerta questa area corticale riguardo alla categoria di un testo distorto. Hanno dimostrato che, quando i soggetti erano meno curiosi di un testo, la loro attività OTC corrispondeva a un solo codice a barre, come se identificasse chiaramente se l’immagine appartenesse alla categoria animata o inanimata. Al contrario, quando i soggetti erano più curiosi, il loro OTC aveva caratteristiche di entrambi i codici a barre, come se non potesse identificare chiaramente la categoria dell’immagine.
Anche due regioni nella parte anteriore del cervello erano attive durante le presentazioni di texform. Una è la corteccia cingolata anteriore , che studi precedenti hanno implicato nella raccolta di informazioni. L’altra è la corteccia prefrontale ventromediale (vmPFC), che è coinvolta nel monitoraggio delle percezioni soggettive di valore e sicurezza di una persona riguardo a diverse situazioni. Nel nuovo studio, entrambe le aree erano più attive quando i soggetti riferivano di essere più sicuri di conoscere l’identità di un texform (e quindi, meno curiosi di vedere l’immagine chiarita).
In modo importante, ha affermato il dott. Gottlieb, l’attività vmPFC sembrava fornire un ponte neurologico tra la sensazione soggettiva di curiosità e la misura di certezza dell’OTC. È come se questa regione leggesse l’incertezza codificata dal modello di attività distribuita nell’OTC e aiutasse una persona a decidere se aveva bisogno di essere curiosa del testo.
“Questa è davvero la prima volta che possiamo collegare la sensazione soggettiva di curiosità verso le informazioni al modo in cui il cervello rappresenta tali informazioni”, ha affermato il dott. Gottlieb.
Lo studio ha due importanti implicazioni, ha detto il dott. Gottlieb. In primo luogo, sebbene lo studio si sia concentrato sulla curiosità percettiva suscitata da stimoli visivi , le persone sperimentano altre forme di curiosità, come la curiosità per domande trivia e questioni fattuali (ad esempio, quanto è alta la torre Eiffel?) o curiosità sociale (in quale ristorante sono andati i miei amici ieri sera?).
Una possibilità intrigante dello studio, ha osservato, è che il meccanismo che ha scoperto potrebbe generalizzarsi ad altre forme di curiosità. Ad esempio, uno studio fMRI che indaga suoni di diversa riconoscibilità potrebbe mostrare che le aree uditive nel cervello trasmettono l’incertezza riguardo al suono e la vmPFC legge questa incertezza per determinare la curiosità.
Una seconda possibilità nella mente del dott. Gottlieb è che i risultati potrebbero avere implicazioni diagnostiche e persino terapeutiche per coloro che soffrono di depressione, apatia o anedonia (l’incapacità di provare piacere), condizioni spesso caratterizzate da una mancanza di curiosità.
“La curiosità comporta una sorta di entusiasmo, una volontà di spendere energia e di indagare l’ambiente circostante. Ed è intrinsecamente motivata, il che significa che nessuno ti paga per essere curioso; sei curioso semplicemente perché hai la speranza che qualcosa di buono arriverà quando imparerai”, ha detto il dott. Gottlieb. “Queste sono solo alcune delle cose sorprendenti della curiosità”.
Un circuito neuronale fa luce sulle basi biologiche della curiosità
Gli scienziati del Leibniz Institute of Neurobiology (LIN) di Magdeburgo sono riusciti a dimostrare per la prima volta un circuito neuronale precedentemente solo sospettato tra due regioni chiave del cervello. Esiste un equilibrio dinamico tra queste due aree del cervello che determina se prevale la paura della novità o la sua attrazione. Il circuito appena scoperto trasmette la spinta a esplorare l’ambiente e, quindi, a perseguire la curiosità.
Questa scoperta getta nuova luce sulla base biologica della curiosità umana e potrebbe avere implicazioni di vasta portata per la comprensione e il trattamento di malattie che limitano la capacità e la motivazione a cercare ed elaborare nuove informazioni. Tra queste rientrano malattie mentali come depressione, schizofrenia, disturbi dello spettro autistico e disturbi dell’apprendimento.
Lo studio attuale si concentra sull’interazione tra il setto mediale, un’area che funge da interfaccia tra emozioni, memoria e funzioni fisiologiche non volontarie, e l’ area tegmentale ventrale , che svolge un ruolo cruciale per quanto riguarda la ricompensa e la motivazione.
L’interazione di queste due aree cerebrali spinge l’organismo a esplorare l’ambiente, anche quando non c’è un bisogno o una ricompensa immediata. Questa ricerca non diretta di informazioni, ovvero curiosità, ha un importante significato evolutivo, poiché la conoscenza dell’ambiente aumenta la probabilità di sopravvivenza.
Utilizzando metodi optogenetici sui topi, ovvero l’accensione e lo spegnimento mirati di un circuito neuronale , la Dott. ssa Petra Mocellin e il suo team sono riusciti a osservare come l’attività delle cellule nervose stimoli la curiosità, mentre questa venga inibita quando il circuito è inattivo.
Il team del Dipartimento di Neuroscienze Cellulari del LIN è riuscito a innescare proprio questo comportamento esplorativo guidato dalla curiosità nei topi. I topi in cui è stato attivato questo circuito hanno mostrato un interesse significativamente aumentato per ambienti sconosciuti e potenzialmente in grado di indurre paura.
Per identificarlo, gli scienziati hanno utilizzato l’intelligenza artificiale, che ha analizzato il comportamento dei topi meglio di qualsiasi essere umano. Il LIN sta ora studiando come queste scoperte possano essere utilizzate per gli esseri umani e la società.
Il meccanismo cerebrale della curiosità
La curiosità è la spinta motivazionale per esplorare e indagare l’ignoto e fare nuove scoperte. È essenziale e intrinseca per la sopravvivenza come la fame. Fino a poco tempo fa, i meccanismi cerebrali alla base della curiosità e del comportamento di ricerca della novità non erano chiari. Tuttavia, i ricercatori del Netherlands Institute for Neuroscience hanno ora scoperto un nuovo circuito cerebrale alla base della curiosità e del comportamento di ricerca della novità.
Curiosità, fame e aggressività appetitiva guidano tre diversi comportamenti orientati a uno scopo: ricerca della novità, consumo di cibo e caccia. Negli animali, questi comportamenti sono composti da azioni simili. Questa somiglianza di azioni ha reso difficile studiare la ricerca della novità negli animali inarticolati e distinguerla dal consumo di cibo e dalla caccia.
Nonostante disponiamo di tecniche ben sviluppate per studiare i circuiti cerebrali dei topi, ci sono molti risultati controversi e diversi nel campo del comportamento motivazionale. Pertanto, abbiamo scelto una soluzione semplice per condurre la nostra ricerca: dare al topo la libertà di scegliere ciò che desidera”, afferma Alexander Heimel, capogruppo presso il Netherlands Institute for Neuroscience. Esaminando i topi in una batteria sperimentale di oggetti nuovi e familiari e interazione sociale , gli scienziati hanno scoperto un circuito cerebrale specifico del tipo di cellula del comportamento di ricerca della curiosità e della novità.
Il ricercatore Mehran Ahmadlou spiega: “Aumentando l’attività cerebrale in una specifica regione del cervello, la zona incerta, l’interazione con i conspecifici e nuovi oggetti rispetto agli oggetti familiari e al cibo è aumentata.
Quando abbiamo inattivato le cellule in questa regione, la profondità e la durata dell’indagine sono diminuite”. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che specifici neuroni erano più attivi durante l’indagine profonda rispetto a quella superficiale.
Utilizzando diverse tecniche innovative, è stato scoperto un intero percorso di più regioni cerebrali che converte la curiosità in azione nei topi. Heimel: “È la prima volta che questo percorso viene descritto. Ora possiamo iniziare a capire, ad esempio, come la curiosità a volte prevalga sull’impulso alla sicurezza e perché alcuni individui sono più curiosi di altri. C’è ancora molto di cui siamo curiosi”.
Non si sa ancora come la curiosità induca il comportamento di ricerca negli esseri umani. Un altro studio recente mostra che la Zona Incerta svolge anche un ruolo nel suscitare curiosità nelle scimmie. Heimel: “Sappiamo ancora poco di quest’area negli esseri umani, perché si trova in profondità nel cervello ed è difficile misurarne l’attività con scansioni cerebrali “. Lo sviluppo di nuove tecniche potrebbe portare a maggiore chiarezza in futuro.
Gli scienziati riescono a concordare su una definizione di curiosità?
Il filosofo Thomas Hobbes la chiamava “la lussuria della mente”. L’ex first lady Eleanor Roosevelt disse che era “il dono più utile”. E sì, sappiamo tutti cosa ha ucciso il gatto. Ma chiedete a un gruppo di scienziati di definire la curiosità e otterrete un acceso dibattito e un sacco di domande senza risposta sulla sua biologia.
Non più, sostengono due ricercatori dell’Università di Rochester in una revisione della scienza della curiosità pubblicata su Neuron . Propongono che sia tempo per i ricercatori di organizzarsi e concentrarsi sulla funzione, l’evoluzione, il meccanismo e lo sviluppo della curiosità.
“La curiosità è un problema di vecchia data che è affascinante ma è stato difficile da affrontare scientificamente”, afferma il coautore Benjamin Hayden, professore associato di scienze cognitive e del cervello . “Ma abbiamo pensato che il campo sia recentemente riuscito a sviluppare nuove tecniche formali e quantificabili per studiare la curiosità e che valga la pena far circolare la notizia. Ci sono diverse persone, che lavorano in diverse discipline, che potrebbero non essere a conoscenza del lavoro degli altri, ma che dovrebbero esserlo”.
Non è raro che i neuroscienziati studino qualcosa (ad esempio, attenzione, ricompensa, autocontrollo, ecc.) per cui non esiste una definizione concordata. “Combattere sulla definizione corretta è una parte importante per capire come funzionano”, afferma la coautrice Celeste Kidd del Rochester Baby Lab e del Rochester Kid Lab. “Dobbiamo sentirci a nostro agio con questo tipo di incertezza di base”.
Gli scienziati prendono appunti sulla curiosità fin dal XIX secolo. Negli esseri umani, gli psicologi hanno utilizzato le biografie delle madri per studiare come i bambini fossero attratti da nuovi oggetti o esperienze. La curiosità animale è diventata un’attrazione anche per noti ricercatori come Ivan Pavlov e Harry Harlow, che hanno visto questo riflesso “Cos’è?” come una spinta di base.
Nel corso del tempo, gli studi hanno cercato di differenziare la curiosità affermando che è interamente motivata intrinsecamente (rispetto alla ricerca di informazioni e alla ricerca di rischi), ma questo tipo di definizione incontra dei problemi quando si determina la motivazione intrinseca di neonati, primati e altri organismi che non riescono a comunicare il loro mondo interiore. Per la loro revisione, gli autori hanno utilizzato una definizione operativa di curiosità “come stato di spinta per le informazioni”, che può essere osservata in organismi semplici come i vermi nematodi.
Quando la ricerca di informazioni diventa attiva, è ragionevole iniziare a parlarne come di una forma minima di curiosità”, afferma Hayden. “Questa definizione e l’idea che i vermi cilindrici possano essere curiosi saranno difficili da accettare per alcune persone. Ma guardandola da una prospettiva evolutiva, i benefici della ricerca di informazioni in generale, gli scienziati possono fare rapidi progressi; ma stando seduti a discutere su cosa sia e cosa non sia curiosità, i progressi saranno molto più lenti”.
Una questione ancora in discussione è se la curiosità porti sempre dei benefici, sia nell’immediato che nel futuro. Un concetto popolare nella letteratura educativa è che la funzione della curiosità è quella di facilitare l’apprendimento e quindi il successo aumenta con il grado di curiosità.
È risaputo che le informazioni consentono scelte migliori, ma la curiosità può portare gli animali a perseguire stimoli che non sono necessariamente utili. Mentre una maggiore curiosità riduce l’incertezza e consente scelte migliori su cosa esplorare, il cervello degli animali è anche programmato per premiarci per l’apprendimento di nuove informazioni, il che può esporci a rischi diversi.
“Tutto nella vita comporta dei compromessi”, dice Kidd. “Se passiamo del tempo a guardare un programma televisivo perché siamo curiosi di sapere cosa è successo, allora passiamo meno tempo a lavorare al nostro lavoro. Quindi c’è sicuramente un equilibrio, e troppa curiosità può essere dannosa”.
Sebbene non siano trattati in modo approfondito nella loro revisione, gli autori notano anche che lo studio della curiosità si sovrappone all’ADHD e ad altri disturbi dell’attenzione. La maggior parte di noi dedica la propria attenzione o curiosità all’apprendimento di cose di rilevanza personale (ad esempio, perché il traffico rallenta? Chi sono i miei antenati? Qual è il colore preferito del mio fidanzato?), ma questi disturbi potrebbero compromettere l’attenzione in un modo che stimola l’interesse per informazioni non ideali.
Hayden e Kidd sperano che, oltre a comprendere come la curiosità sia influenzata dalla malattia, il futuro porterà nuove informazioni su come la curiosità è controllata, come differisce tra infanzia ed età adulta e il legame tra curiosità e apprendimento. Infine, gli autori sono anche ottimisti sul fatto che gli scienziati alla fine concorderanno su un modo per classificare la curiosità.