C'è un po' d'Italia nelle ultime scoperte sul calcolo mentale

Oggi al simposio internazionale di Neuropsicologia, che si tiene in questi giorni sull’isola di Creta, Carlo Semenza, ordinario di Neuropsicologia all’Università di Padova presenta importanti e inaspettati risultati sulle basi cerebrali del calcolo mentale. Abilità fondamentale nella vita di tutti i giorni, il calcolo mentale rappresenta uno dei più importanti settori di studio delle scienze cognitive. In un buon numero di pubblicazioni recenti, già erano state sondate le basi cerebrali di questa abilità, concentrandosi su compiti estremamente semplici (addizioni, moltiplicazioni e sottrazioni di numeri a una sola cifra). Si erano identificati alcuni deficit specifici, chiamati acalculie, quando anche i calcoli mentali più semplici sono compromessi. Per la moltiplicazione mentale, compiti tipici sono: 8x4; 5x6; 9x7. Tali compiti vengono presentati, uno alla volta, a ciascun soggetto, variando opportunamente i numeri. Per migliore chiarezza, e per evitare l’immediato richiamo alla memoria, si evitano ad arte addendi, sottraendi e risultati che contengono uno e zero, oppure la ripetizione delle decine e delle unità. Si effettuano poi complesse analisi statistiche, su molti soggetti sperimentali, analizzano le risposte esatte, le buone approssimazioni, le cattive approssimazioni, correlandole con le rispettive e specifiche attivazioni cerebrali.

La principale novità dei dati presentati da Semenza a Creta consiste in esperimenti effettuati in collaborazione con studiosi italiani, spagnoli e baschi, durante interventi chirurgici a cervello aperto, imposti per la rimozione di tumori (gliomi). In nove pazienti, tutti destrimani (quattro con tumore nell’emisfero sinistro, cinque con tumore nell’emisfero destro) sono state inibite precise zone del lobo parietale su cui si stava operando, mentre il paziente, perfettamente sveglio e cosciente, effettuava mentalmente, su richiesta, operazioni di somme e moltiplicazioni.

Come risponde il cervello durante un'operazione con il paziente completamente sveglio e cosciente. Le competenze peculiari dei singoli emisferi, le abilità matematiche messe alla prova. Le novità saranno presentate oggi al simposio internazionale di Neuropsicologia, a Creta

Le competenze degli emisferi

In sede di intervista, Semenza ora aggiunge: “Un sito positivo per l’addizione (cioè un sito che quando inibito non consente l’operazione) non lo è per la moltiplicazione e viceversa. Non abbiamo mai trovato un singolo sito positivo per tutt’e due le operazioni. Se inibire un sito portasse semplicemente a un calo di risorse per quella zona ci dovrebbe essere un malfunzionamento generico, esteso a qualunque operazione. Rimane quindi l’ipotesi che ogni emisfero fa una parte essenziale per l’operazione, contribuendo con la sua competenza. Sembra proprio così, perché per la prima volta noi abbiamo preso l’iniziativa di analizzare gli errori che i pazienti commettevano dopo inibizione destra o sinistra, e abbiamo trovato una differenza qualitativa”.

In un’analisi antecedente del lavoro, presentata da Semenza in Inghilterra alla Royal Society, nello scorso febbraio, si era fatto notare che, per la prima volta, appunto, erano stati attentamente analizzati gli errori spontanei di calcolo, diversi se causati dal malfunzionamento dell’emisfero destro, rispetto al sinistro. Il sinistro fa maggiormente appello al recupero mnemonico, il destro, invece, alle approssimazioni. Nella moltiplicazione mentale sono necessari ambedue, quindi si osservano attivazioni più sparse. Semenza mi dice: “Dopo inibizione, i pazienti operati a destra, e quindi con il sistema sbilanciato a favore dell’emisfero sinistro, commettevano con le tabelline errori che si chiamano ‘di tabellina’, e cioè il risultato sbagliato appartiene alla tabellina in questione ma non è quello giusto: 7x3= 28 invece di 21! L’idea è che nell’emisfero sinistro, come si sa, vengano memorizzate in un repertorio pronto a essere utilizzato, tutte le possibili soluzioni di una tabellina, 7x2=14, 7x3=21 7x4=28. Da solo l’emisfero sinistro, col destro inibito, sceglie a volte la tabellina sbagliata, ma rimane all’interno del repertorio. I pazienti operati a sinistra, invece, fanno errori diversi, che rivelano un modo di operare diverso proprio dell’emisfero non disturbato, quello destro, che, invece di affidarsi a un repertorio, fornisce una stima approssimata: 7x3=20 o 22!

La soluzione esatta

Ergo, tutt’e due gli emisferi, in combinazione, contribuiscono a fornire la soluzione esatta, uno (il destro) indicando approssimativamente il numero e l’altro (il sinistro) indicando il numero esatto in quanto memorizzato tra le soluzioni possibili per quella tabellina. In modo, per così dire, speculare, queste inibizioni mostrano cosa succede quando la regione è libera di calcolare. Richiamare dati stereotipati per possibili soluzioni numeriche è, quindi, prerogativa del lobo sinistro, mentre tentare soluzioni approssimate, ma di buon livello, è prerogativa del lobo destro. La moltiplicazione mentale, anche semplice, attiva regioni più numerose e più disperse nel lobo destro che non nel sinistro. E’, quindi, l’armonica orchestrazione bilaterale di queste due funzioni ciò che garantisce un buon calcolo aritmetico mentale, soprattutto per la moltiplicazione. Fino a ora, vi era stata discrepanza tra i risultati indiretti e meno precisi ottenuti grazie al brain imaging (soprattutto mediante risonanza magnetica funzionale). La tecnica di stimolazione (oppure di inibizione) diretta su aree cerebrali ben circoscritte usata da Semenza e collaboratori offre adesso dati assai più attendibili. Per la prima volta si è anche scoperta la partecipazione di aree sotto-corticali (si noti bene: sotto-corticali) nel calcolo mentale, perché si è potuto osservare lo stesso tipo di errori inibendo le zone sotto la corteccia (quindi quelle contenenti i “raccordi” tra un’area e l’altra), cosa possibile perché lo consente l’asportazione delle parti malate.

Ai non addetti ai lavori, può, forse, sembrare molto invadente, per non dire crudele, effettuare tali interventi nel corso di un’operazione chirurgica. Ma Carlo Semenza ci spiega, in esclusiva per il Foglio: “La Dce (Direct cortical electrostimulation) è una tecnica che consente di inibire reversibilmente, applicando una corrente elettrica con un elettrodo, per 3-4 secondi, una delimitata (qualche millimetro quadro) area del cervello durante le operazioni chirurgiche. E’ generalmente del tutto innocua, se non c’è epilessia. Il cervello si può operare con il paziente sveglio, perché non ha recettori del dolore. Quindi, una volta rimossa, in anestesia locale, provvisoriamente la parte del cranio soprastante l’area da operare, si può procedere senza grossi problemi”.

Gli chiedo se ci sono controindicazioni. “Purtroppo si può usare solo in pazienti altrimenti sani, privi di ogni altra complicazione, che accettino di buon grado (di solito non è un problema, pare loro di aver più controllo sul proprio destino e una volta capìta la procedura, collaborano più che volentieri). Questo, da un punto di vista pratico, limita molto la possibilità e solo una ristretta percentuale dei pazienti (le stime variano) può potenzialmente essere operata in questo modo”. Aggiunge che il tipo di analisi effettuato aiuta il chirurgo e aiuta il paziente: altrimenti la tecnica non si giustificherebbe in alcun modo.

Paziente sveglio e collaborativo

“Perché – invece – è non solo giustificato, ma auspicabile che il paziente sia sveglio e possa collaborare? La risposta è semplice: se il chirurgo deve rimuovere un tumore sottocorticale (di solito un glioma a basso grado di malignità, che si spera possa essere rimosso del tutto o quasi) deve farlo col minimo danno possibile per le strutture cerebrali. Lo fa meglio se sa se in una data zona può affondare il bisturi senza fare (troppi) danni. E’ meglio passare da una parte o da un’altra? dipende da cosa fanno le zone in questione. Tipicamente, per esempio, il rischio di operare nelle zone dell’emisfero sinistro in cui la maggior parte delle persone ha rappresentata questa o quella funzione linguistica, è quello di rendere il paziente afasico dopo l’operazione. Purtroppo i cervelli non sono tutti del tutto uguali e questa variazione non consente di procedere in un modo standard. Il tumore deve essere asportato, ma non si vuole che, per esempio, il paziente poi abbia disturbi nella denominazione. Per cui, tipicamente, si applica l’elettrodo dove si pensa di poter tagliare, e si fa denominare una figura di qualcosa di molto semplice (per esempio un gatto) al paziente. Se il paziente denomina la figura nonostante la inibizione vuole dire che la zona inibita non è essenziale alla funzione di denominazione, e perciò si può aggredire il tumore tagliando in quel punto. Se invece il paziente non riesce a trovare il nome, nei 3-4 secondi dell’inibizione, o magari dà un nome sbagliato, se ne conclude che quell’area se possibile non va toccata e bisogna cercare di ‘passare’ da un’altra parte. Fino a qualche anno fa la tecnica si applicava solo per risparmiare le zone ‘linguistiche’. Ma anche il calcolo mentale fa parte della vita di tutti i giorni e merita di essere conservato. Ma si era fatto molto poco in proposito”. In un diverso esperimento, su soggetti normali, in corso di pubblicazione su NeuroImage, sempre nel dominio del calcolo mentale, Semenza e collaboratori hanno applicato l’inibizione e la stimolazione trans-corticale, dall’esterno dello scalpo. Una curiosa diversità è emersa tra addizione mentale e sottrazione mentale. Nell’addizione, prevale l’attività della regione orizzontale del solco intra-parietale destro, mentre la zona ventrale della stessa regione mostra assai minore differenza tra destra e sinistra. In essenza, questo avverrebbe perché nell’addizione mentale di numeri a due cifre si genera una sorta di mappa mentale di tipo spaziale, fenomeno invece assente nella sottrazione mentale. Questo inatteso risultato, cioè il coinvolgimento di mappe mentali di tipo spaziale nell’addizionare mentalmente numeri a due cifre, è stato confermato esaminando l’attivazione di questi stessi centri cerebrali in compiti di pura visualizzazione spaziale. Le regioni cerebrali sinistre sono attivate da un calcolo fatto a parole, mentre quelle destre da un calcolo silenzioso, non verbale, con componenti spaziali. Si conferma che la sottrazione mentale, compito più difficile, attiva il cosiddetto giro sopra-marginale in ambedue gli emisferi simultaneamente. L’addizione mentale coinvolge la memoria assai più della sottrazione mentale.

La differenza di attivazione cerebrale tra calcoli mentali semplici (7+9, 5x 6, oppure 8-3), che fa appello alla memoria, attivando il giro angolare sinistro, e calcoli mentali più complessi, come quelli esemplificati qui sopra, consiste nell’attivazione di centri cerebrali deputati alla stima delle quantità (porzione bilaterale orizzontale del solco intra-parietale).

Concludendo il complesso lavoro in corso di pubblicazione su NeuroImage Semenza e colleghi dichiarano che, per la prima volta, è stato evidenziato il ruolo causale della corteccia parietale posteriore, in ambedue gli emisferi, nei calcoli mentali complessi. Cioè, le reti cerebrali coinvolte nell’attenzione spaziale vengono “ri-usate” (reused) nell’aritmetica mentale su numeri a due cifre. Malgrado le sottili differenze di attivazione cerebrale tra addizione e sottrazione, questi due tipi di calcolo mentale coinvolgono aree comuni. L’emisfero destro, però, fa, inaspettatamente rispetto a quanto si pensava, la parte del leone. In tale regione, aree normalmente coinvolte nel tracciare mentalmente la cartografia dello spazio sono più intensamente attivate nell’addizione che non nella sottrazione.

Tutti questi studi, grazie a tecnologie distinte e complementari suggeriscono che il ruolo dell’emisfero destro nel calcolo mentale non si limita al reclutamento di operazioni generiche, né a generiche elaborazioni spaziali. L’elaborazione mentale e cerebrale è specifica al settore dell’aritmetica mentale. I centri del linguaggio sono distinti, dopo che viene filtrato via il loro inevitabile, ovvio, coinvolgimento nel fornire verbalmente i risultati del calcolo mentale richiesto. Infine, chiedo quali esperimenti progetta per il futuro “Ora stiamo controllando con la Meg, cioè la Magneto Ecephalo Graphy, che consente di rivelare la successione delle attivazioni cerebrali in tempo reale, millisecondo per millisecondo. Quello che troviamo è che l’attivazione passa da destra a sinistra nel giro di poche centinaia di millisecondi quando deve essere fornita la soluzione di una tabellina. I due emisferi si parlano e trovano la soluzione corretta insieme, ognuno con la sua capacità”.