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Le esigenze energetiche limitano la capacità di elaborazione delle informazioni

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I nostri cervelli hanno un limite massimo su quanto possono elaborare contemporaneamente a causa di una fornitura di energia costante ma limitata, secondo un nuovo studio.

Le esigenze energetiche limitano la capacità di elaborazione delle informazioni

Lo studio, pubblicato sul Journal of Neuroscience, ha scoperto che prestare attenzione può cambiare il modo in cui il cervello assegna la sua limitata energia ; poiché il cervello utilizza più energia per elaborare ciò a cui prestiamo attenzione, una quantità ridotta viene fornita per l'elaborazione degli stimoli al di fuori della nostra attenzione.

Spiegando la ricerca, il professor Nilli Lavie (UCL Institute of Cognitive Neuroscience) dell'autore senior ha dichiarato: "Ci vuole molta energia per far funzionare il cervello umano. Sappiamo che il cervello utilizza costantemente circa il 20% della nostra energia metabolica, anche mentre riposiamo la nostra mente, eppure è ampiamente creduto che questa costante ma limitata fornitura di energia non aumenti quando c'è altro da elaborare per la nostra mente".

"Se esiste un limite rigido alla fornitura di energia al cervello, sospettavamo che il cervello potesse gestire compiti impegnativi allontanando l'energia da altre funzioni e dando priorità al focus della nostra attenzione".

"I nostri risultati suggeriscono che il cervello in effetti assegna meno energia ai neuroni che rispondono alle informazioni al di fuori del focus della nostra attenzione quando il compito diventa più difficile. Questo spiega perché sperimentiamo cecità e sordità attenzionale anche per informazioni critiche di cui vogliamo davvero essere consapevoli ".
Il team di ricerca di neuroscienziati cognitivi e ingegneri biomedici ha misurato il metabolismo cerebrale con un metodo di imaging ottico non invasivo.

Ma in questo modo potevano vedere quanta energia usano le regioni del cervello mentre le persone focalizzano l'attenzione su un compito e come questo cambia quando l'attività diventa più impegnativa mentalmente.

Hanno usato quindi la broadband near-infrared spectroscopy per misurare i livelli di ossidazione di un enzima coinvolto nel metabolismo energetico nei mitocondri delle cellule cerebrali, i generatori di energia che alimentano le reazioni biochimiche di ogni cellula.

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I ricercatori hanno utilizzato la loro tecnica per misurare il metabolismo cerebrale in diverse regioni della corteccia visiva nel cervello di 18 persone mentre svolgevano attività di ricerca visiva che erano complesse o semplici, mentre a volte presentavano anche una distrazione visiva che era irrilevante per l'attività.

Hanno identificato un elevato metabolismo cellulare nelle aree del cervello in risposta agli stimoli del compito attentivo poiché l'attività era più complessa e questi aumenti sono stati rispecchiati direttamente con livelli di metabolismo cellulare ridotti nelle aree che rispondono a stimoli fuori dal centro dell'attenzione.

Questo modello push-pull è stato strettamente sincronizzato, mostrando un compromesso della fornitura di energia limitata tra elaborazione degli stimoli a cui si sta prestando attenzione e quelli fuori dal focus attentivo.

Il coautore Professor Ilias Tachtsidis (UCL Medical Physics & Biomedical Engineering) ha dichiarato: "Usando la nostra broadband near-infrared spectroscopy sviluppata internamente, una tecnologia di monitoraggio ottico del cervello che abbiamo sviluppato all'UCL, siamo stati in grado di misurare meglio un enzima nei mitocondri (la fabbrica di energia delle cellule) che svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo ".

Il primo autore, lo studente di dottorato Merit Bruckmaier (UCL Institute of Cognitive Neuroscience) ha dichiarato: "Usando questi metodi, le nostre conclusioni sull'uso dell'energia cerebrale sono più dirette e eloquenti rispetto agli studi precedenti usando metodi di imaging fMRI che misurano i livelli di ossigenazione del sangue cerebrale invece che marcatori intracellulari del metabolismo ".

Il professor Lavie ha dichiarato: "In questo modo, siamo riusciti a collegare l'esperienza di sovraccarico cerebrale delle persone a ciò che sta accadendo all'interno dei loro neuroni, poiché le elevate esigenze energetiche per uno scopo sono compensate da un ridotto consumo di energia correlato a qualsiasi altro scopo. Se proviamo ad elaborare troppe informazioni potremmo sentire la tensione del sovraccarico a causa del limite rigido della nostra capacità cerebrale".

"Negli ultimi mesi, abbiamo sentito molte persone che affermano di sentirsi sopraffatte, con costanti novità e sfide da superare. Quando il cervello è al massimo della capacità, si rischia di non riuscire a elaborare alcune informazioni. potrebbe anche capitare di non notare una e-mail importante che arriva perché tuo figlio ti sta parlando, oppure perdere il timer del forno che si spegne perché hai ricevuto una chiamata di lavoro inaspettata. I nostri risultati potrebbero spiegare queste esperienze spesso frustranti di cecità o sordità attenzionale. "

Reference:

Merit Bruckmaier, Ilias Tachtsidis, Phong Phan, Nilli Lavie. Attention and capacity limits in perception: A cellular metabolism account. The Journal of Neuroscience, 2020; JN-RM-2368-19 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2368-19.2020

 


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Tags: cervello neuroscienze elaborazione

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