Chiunque abbia imparato a suonare uno strumento musicale sa che tradurre le note su un foglio in movimenti delle dita è all’inizio faticoso, ma gradualmente diventa più automatico nel tempo. Questa caratteristica ampiamente apprezzata dell’apprendimento motorio è stata descritta nel 1967 da Paul Fitts e Michael Posner. In un libro intitolato Human Performance, i noti psicologi hanno proposto tre fasi di apprendimento delle capacità motorie: una fase cognitiva, una fase associativa e una fase autonoma.
Nella prima fase, i movimenti sono lenti, incoerenti e inefficienti e grandi parti del movimento sono controllate consapevolmente. Nella seconda fase, i movimenti diventano più fluidi, affidabili ed efficienti e alcune parti del movimento sono controllate automaticamente. E nella terza fase, i movimenti sono accurati, coerenti ed efficienti e il movimento è in gran parte controllato automaticamente. Tuttavia, non è stato chiaro esattamente come le diverse fasi dell’apprendimento motorio mappino sui sistemi neurali nel cervello.
In uno studio pubblicato in questo numero della rivista PLOS Biology, Nicolas Schweighofer della University of Southern California e Hiroshi Imamizu dell’Università di Tokyo combinato la modellazione computazionale comportamentali e con la risonanza magnetica funzionale (fMRI) dati per creare un cervello vasta mappa di memoria motoria con diverse scadenze (Fig 1). Secondo gli autori, i risultati gettano nuova luce su una teoria psicologica classica e potrebbero potenzialmente essere utilizzati per migliorare le strategie per la riabilitazione delle capacità motorie dopo il danno cerebrale.
L’apprendimento avviene in diverse regioni del cervello in tempi diversi. I quattro pannelli nella figura rappresentano costanti di tempo che caratterizzano la velocità dei cambiamenti. Credito di immagine: Hiroshi Imamizu.
Nel nuovo studio, 21 volontari sani hanno eseguito compiti di adattamento visivo-motorio mentre la loro attività cerebrale è stata misurata con fMRI. All’inizio di ogni prova, una croce bianca (cursore) è apparso al centro dello schermo, e soggetti poi manipolato un joystick per spostare il cursore su un cerchio rosso o blu che è apparso nella parte superiore dello schermo. Ma c’era una mancata corrispondenza visivo-motore: il cursore è stato ruotato di 40 gradi rispetto alla direzione del movimento effettivo. Nel corso del tempo, i soggetti hanno imparato ad adattarsi a questa rotazione regolando il movimento del joystick nella direzione opposta.
I dati comportamentali hanno rivelato più fasi dell’apprendimento motorio, con un adattamento rapido che si verifica all’interno di blocchi di nove prove e un adattamento lento che si verifica attraverso i blocchi. I ricercatori hanno quindi sviluppato un modello per determinare quali sistemi neurali sono stati coinvolti nelle diverse fasi dell’apprendimento motorio. Hanno scoperto che l’apprendimento rapido che si svolgeva entro cinque secondi era associato all’attività nelle regioni cerebrali frontali e parietali. Al contrario, l’apprendimento intermedio tra due minuti e circa un’ora e mezza era associato all’attività nella regione anteriore del lobo parietale inferiore. La fase di apprendimento più lenta, che si è svolta per ore, è stata associata all’attività nella parte anteriore a quella mediale del cervelletto, una regione del cervello che svolge un ruolo importante nel controllo motorio.
Questi risultati sono coerenti con le ricerche passate che dimostrano che le regioni frontali sono coinvolte nelle fasi di apprendimento precoce di attenzione, eccitazione, analisi del movimento visivo, memoria di lavoro spaziale, memoria dei movimenti della mano e pianificazione del movimento. Allo stesso modo, le regioni parietali sono note per svolgere un ruolo nelle fasi di apprendimento precoce della rotazione mentale e visivo-motoria. Presi insieme, i risultati suggeriscono che le fasi cognitive e associative iniziali dell’apprendimento motorio reclutano regioni cerebrali frontali e parietali, mentre la fase avanzata dell’apprendimento autonomo dipende dal cervelletto antero-mediale. Pertanto, combinando più tecniche complementari, i ricercatori hanno fornito approfondimenti su una teoria psicologica classica e influente proposta diversi decenni fa.