I neuroni specchio sono una classe di neuroni motori che si attivano involontariamente sia quando un individuo esegue un'azione finalizzata, sia quando lo stesso individuo osserva la medesima azione finalizzata compiuta da un altro soggetto. Sono stati osservati direttamente negli esseri umani, nei primati e in alcuni uccelli. Il nome attribuitogli deriva dal fatto che tali neuroni "rispecchiano" la stessa azione, eseguita da sé stessi o da altri individui.
Scoperti tra gli anni ottanta e novanta del XX secolo da un gruppo di ricercatori dell'Università di Parma, i neuroni specchio hanno destato grande interesse nella comunità scientifica, e il cosiddetto "sistema specchio" è stato chiamato in causa per spiegare funzioni cognitive complesse come l'acquisizione del linguaggio, la teoria della menteMichael Arbib, The Mirror System Hypothesis. Linking Language to Theory of Mind, 2005, consultato il 17 febbraio 2006. o l'empatiaDecety, J. (2002). Naturaliser l'empathie [Empathy naturalized]. L'Encéphale, 28, 9-20.. Ad oggi, tuttavia, non sono stati proposti modelli neurali o computazionali ampiamente accettati per descrivere come l'attività dei neuroni specchio supporti le funzioni cognitive superiori, e il tema continua a suscitare discussioni tra gli scienziati.Alison Gopnik, Essere genitori non è un mestiere. Cosa dice la scienza sulle relazioni tra genitori e figli, pag. 100 Il mito dei neuroni specchio, 2017. trad. Giuliana Olivero, Bollati Boringhieri, ISBN 978 88 339 2805 0
Introduzione Nella scimmia i neuroni specchio sono stati localizzati nella circonvoluzione frontale inferiore e nel lobo parietale inferiore. Questi neuroni sono attivi quando le scimmie compiono certe azioni, ma si attivano anche quando esse vedono compiere da altri le stesse azioni. Utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI), la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e l'elettroencefalografia (EEG), si è dimostrato che nel cervello umano esiste un sistema analogo, cioè una sincronia fra azione e osservazione. Attraverso studi di risonanza magnetica si è visto che i neuroni attivati dall'esecutore durante l'azione sono attivati anche nell'osservatore della medesima azione. Ulteriori indagini sugli esseri umani non solo hanno confermato le attività neuronali sulla base di studi di neuroimmagine, ma hanno anche portato a concludere che tali neuroni sono attivati anche nei portatori di amputazioni o plegie degli arti, nel caso di movimenti degli arti, nonché in soggetti ipovedenti o ciechi: per esempio basta il rumore dell'acqua versata da una brocca in un bicchiere per l'attivazione, nell'individuo cieco, dei medesimi neuroni attivati in chi esegue l'azione del versare l'acqua nel bicchiere.
Questa classe di neuroni è stata individuata nei primati, in alcuni uccelli e nell'uomo. Nell'uomo, oltre ad essere localizzati in aree motorie e premotorie, si trovano anche nell'area di Broca e nella corteccia parietale inferiore. Alcuni neuroscienziati considerano la scoperta dei neuroni specchio una delle più importanti degli ultimi anni nell'ambito delle neuroscienze. Per esempio Ramachandran ha scritto un saggioV.S. Ramachandran, MIRROR NEURONS and imitation learning as the driving force behind "the great leap forward" in human evolution sulla loro importanza potenziale nello studio dell'imitazione e del linguaggio.
I dubbi sollevati sulla presenza e le proprietà dei neuroni specchio nell'uomo, soprattutto da parte di alcuni studiosi che l'hanno definita "la scoperta più sopravvalutata dalla psicologia", sono stati definitivamente dipanati grazie agli studi effettuati da un'equipe di ricercatori della UCLA alla fine degli anni Duemila. Infatti, prima di allora, era stato possibile studiare i neuroni specchio nell'uomo unicamente per mezzo di tecniche di neuroimmagine ed elettrofisiologiche (EEG)Oberman L.M., Pineda J.A., Ramachandran W.S., (2007), The human mirror neuron system: A link between action observation and social skills, Soc Cogn Affect Neurosci (2007) 2(1):62-66. doi: 10.1093/scan/nsl022, mentre Marco Iacoboni e colleghi della UCLA sono riusciti a verificare e analizzare le loro proprietà e funzioni tramite aghi di profondità inseriti nel cervello umano come era stato fatto con le scimmie..
La funzione del sistema specchio è soggetto di molte ipotesi teoriche. Questi neuroni possono essere importanti per la comprensione delle azioni di altre persone e quindi nell'apprendimento attraverso imitazione. Alcuni ritengono che il sistema specchio possa simulare le azioni osservate e perciò contribuire a una teoria della conoscenza o, come qualcuno la chiama, teoria della mente. Altri pongono i neuroni specchio in relazione con le caratteristiche del linguaggio. È stato anche proposto il collegamento tra il sistema specchio con le patologie della conoscenza e della comunicazione, in particolare l'autismoOberman LM, Hubbard EM, McCleery JP, Altschuler EL, Ramachandran VS, Pineda JA., EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders, Brain Res Cogn Brain Res.; 24(2):190-8, 2005-06Mirella Dapretto, Understanding emotions in others: mirror neuron dysfunction in children with autism spectrum disorders, Nature Neuroscience, Vol. 9, No. 1, pp. 28-30, 2006-01. Ma, nonostante un decennio di ricerche su questo legame con l'autismo, vi è poca evidenza che lo supportiIlan Dinstein, Cibu Thomas, Marlene Behrmann e David J. Heeger A mirror up to nature, Current Biology, Volume 18, Issue 1, pR13–R18, 8 January 2008, Elsevier Inc..
La scoperta Tra gli anni '80 e '90 del secolo scorso un gruppo di ricercatori dell'Università di Parma (coordinato da Giacomo Rizzolatti e composto da Luciano Fadiga, Leonardo Fogassi, Vittorio Gallese e Giuseppe Di Pellegrino) iniziò a dedicarsi allo studio della corteccia premotoria. Avevano collocato degli elettrodi nella corteccia frontale inferiore di un macaco per studiare i neuroni specializzati nel controllo dei movimenti della mano, come il raccogliere o il maneggiare oggetti. Durante ogni esperimento era registrato il comportamento dei singoli neuroni nel cervello della scimmia mentre le si permetteva di accedere a frammenti di cibo, in modo da misurare la risposta neuronale a specifici movimenti.di Pellegrino G, Fadiga L, Fogassi L, Gallese V, Rizzolatti G. Understanding motor events: a neurophysiological study, Exp. Brain Res., Vol. 91, pp. 176-180, 1992Giacomo Rizzolatti et al. (1996). Premotor cortex and the recognition of motor actions, Cognitive Brain Research, Vol.3 n.2, pag.131-141
Come molte altre scoperte storiche, anche quella dei neuroni specchio fu dovuta al caso: mentre uno sperimentatore prendeva una banana in un cesto di frutta preparato per esperimenti, alcuni neuroni della scimmia che osservava la scena reagirono. Come poteva essere accaduto, se la scimmia non si era mossa? Fino ad allora si pensava che quei neuroni si attivassero solo per funzioni motorie. In un primo momento gli sperimentatori credettero erroneamente che si trattasse di un difetto nelle misure o un guasto nella strumentazione, ma le reazioni si ripeterono non appena fu reiterata l'azione che aveva innescato l'attività neuronale.
Da allora questo lavoro è stato pubblicato, con l'aggiornamento sulla scoperta di neuroni specchio localizzati in entrambe le regioni parietali frontali inferiori del cervelloGallese et al, Action recognition in the premotor cortex, Brain, 1996 e confermato.Fogassi et al, Parietal Lobe: From Action Organization to Intention Understanding, Science, 2005
Nel 1995, Luciano Fadiga, Leonardo Fogassi, Giovanni Pavesi e Giacomo Rizzolatti dimostrarono l'esistenza nell'uomo di un sistema simile a quello trovato nella scimmia. Utilizzando la stimolazione magnetica transcranica trovarono infatti che nell'uomo l’attività della corteccia motoria è facilitata dall'osservazione di azioni e movimenti altrui. Più recentemente, altre prove ottenute tramite fMRI, TMS, EEG e test comportamentali hanno confermato che nel cervello umano esistono sistemi simili e molto sviluppati. Sono state identificate con precisione le regioni che rispondono all'azione/osservazione. Data l'analogia genetica fra primati (compreso l'uomo), non è affatto sorprendente che in essi queste regioni cerebrali siano strettamente analoghe.Rizzolatti G., Craighero L., The mirror-neuron system, Annual Review of Neuroscience. 2004;27:169-92 In realtà vi sono importanti evidenze di comuni origini evolutive per ipotizzare che tali somiglianze siano riconducibili, in termini biologici, ad una vera e propria "omologia". Tuttavia da una ricerca svedese emerge che i software delle fRMI sovrastimano la rappresentazione di attività cerebrale; pertanto l'eventuale conferma che nel cervello umano esistano sistemi simili andrebbe presa con cautela.
Neuroni specchio nelle scimmie Il primo animale in cui i neuroni specchio furono individuati e studiati è il macaco. In questa scimmia i neuroni specchio vennero localizzati nella circonvoluzione frontale inferiore (chiamata regione F5) e nel lobo parietale inferiore. Gli esperimenti hanno provato che i neuroni specchio fanno da mediatori per la comprensione del comportamento altrui. Ad esempio, un neurone specchio che si attiva quando la scimmia strappa un pezzo di carta si attiva anche quando la stessa scimmia vede un'altra (o un altro primate) fare lo stesso gesto o anche se sente soltanto il rumore della carta strappata, senza informazione visuale. Queste proprietà hanno indotto i ricercatori a pensare che i neuroni specchio codifichino concetti astratti per azioni del tipo suddetto ("strappare carta") sia quando l'azione è compiuta direttamente, sia quando giunge l'informazione che l'azione è compiuta da altri.
La funzione dei neuroni specchio nei macachi non è ben compresa, dato che gli individui adulti non sembrano in grado di imparare per imitazione. Esperimenti recenti mostrano che cuccioli di macaco possono imitare i movimenti facciali degli umani solo quando sono neonati e solo durante una finestra temporale limitata (imprinting).Ferrari PF, Visalberghi E, Paukner A, Fogassi L, Ruggiero A, et al. (2006) Neonatal Imitation in Rhesus Macaques. PLoS Biol 4(9): e302 Non si sa ancora se i neuroni specchio siano collegati a tipi di comportamento "fine" come questo. Si sa per certo però che nelle scimmie adulte i neuroni specchio permettono loro di capire ciò che un'altra scimmia sta facendo, di riconoscerne l'azione specifica.Giacomo Rizzolatti and Michael A. Arbib, Language within our grasp, Trends in neurosciences, Vol. 21, No. 5, 1998
Il tentativo di estendere l'ipotesi che l'imitazione dei neonati di macaco sia presente fin dalla nascita anche negli uomini in quanto sarebbe presente questo sistema specchio anche negli uomini è dimostrato dagli studi pionieristici di Meltzoff e Moore, e da numerosi scienziati. Tuttavia uno studio recente ha criticato queste conclusioni, nel maggio 2016, da Janine Oostenbroek e collaboratori, rilevando che in uno studio fatto su 106 neonati, in 4 tempi diversi: 1, 3, 6, 9, settimane di vita, l'imitazione di alcune espressioni del volto umano da parte dei neonati risulta essere casuale, sebbene l'imitazione della lingua sembra essere effettivamente presente, come una reanalisi dello stesso lavoro da parte di Meltzoff e collaboratori ha dimostrato successivamente.
I neuroni specchio negli esseri umani