"Gli esseri umani e gli altri animali si sincronizzano con eventi ritmici nel loro ambiente. Tuttavia, i meccanismi cerebrali alla base di questa capacità rimangono poco compresi", afferma l'autore principale Charles Schroeder, professore associato presso il Centro di Scienze Neurali e Dipartimento di Psicologia della New York University. "Il nostro modello offre informazioni su come il cervello ottiene sia la sincronizzazione basata sul battito che gli aggiustamenti flessibili ai cambiamenti di ritmo nell'ambiente."
Il modello matematico di Schroeder e del suo team si concentra sul ruolo dei gangli della base, una struttura cerebrale coinvolta nel controllo motorio e nell'apprendimento. Gli scienziati hanno combinato la loro analisi matematica con i dati comportamentali di uno studio precedente per fornire supporto sperimentale alle previsioni del loro modello.
Il modello suggerisce che il cervello ha due popolazioni neurali accoppiate:una che rappresenta un tempo regolare, basato sul battito (un meccanismo di tipo metronomo), e l’altra, un oscillatore neurale regolabile che consente al cervello di adattare in modo flessibile il suo ritmo interno ai cambiamenti del ritmo esterno.
La validazione sperimentale del modello è avvenuta attraverso un compito musicale eseguito da soggetti umani. I partecipanti hanno ascoltato una serie di toni il cui ritmo aumentava o diminuiva gradualmente in velocità e battevano le dita a ritmo. I ricercatori hanno misurato la precisione del battito dei partecipanti e l'hanno trovata strettamente allineata con le previsioni del modello:gli individui sono stati inizialmente ritardati rispetto al battito effettivo, ma alla fine si sono adattati e hanno battuto con precisione al variare del tempo.
"Una scoperta sorprendente è stata che le persone tendevano a sincronizzarsi con il ritmo previsto piuttosto che con quello reale durante le transizioni di tempo", osserva Schroeder. "Ciò suggerisce che il cervello predice attivamente la futura posizione del battito, invece di reagire semplicemente ad esso."
Gli autori affermano che il loro modello – la prima descrizione matematica delle popolazioni neurali accoppiate che si ritiene siano alla base della sincronizzazione basata sul battito – ha il potenziale per aiutare a spiegare un’ampia gamma di comportamenti, dalla danza e la musica alla coordinazione sociale e all’elaborazione del linguaggio.
"Crediamo che l'architettura del doppio oscillatore fornirà informazioni su come i processi neurali si allineano e si adattano all'input sensoriale ritmico, che è fondamentale per comprendere una serie di funzioni cognitive", afferma Schroeder.
