Inferire strategie comportamentali latenti dalla geometria rappresentazionale dell’attività della corteccia prefrontale

Piani nascosti nella mente pensante

Quando segui una ricetta o tieni traccia di una lista della spesa che cambia, il cervello deve costantemente aggiornare cosa ricordare e cosa scartare. Gli scienziati sanno che possiamo usare diversi “piani” interni per farlo, anche quando il nostro comportamento esterno sembra identico. Questo studio pone una domanda apparentemente semplice: osservando direttamente l’attività cerebrale, possiamo capire quale piano nascosto un animale sta usando per mantenere le informazioni?

Due modi per tenere traccia dell’ultimo stimolo

I ricercatori hanno addestrato due scimmie a eseguire un compito oculomotorio impegnativo che sondava la memoria di lavoro — il taccuino mentale che usiamo per trattenere brevemente le informazioni. In ogni prova, gli animali fissavano un punto centrale mentre appariva un quadrato rosso in una delle quattro posizioni, poi scompariva. Dopo un breve intervallo, appariva un secondo elemento: oppure un altro bersaglio rosso oppure un distrattore verde in una posizione diversa. Dopo un secondo intervallo, il punto centrale svaniva, indicando alla scimmia di spostare gli occhi verso la posizione dell’ultimo bersaglio. A volte quello era il secondo elemento; altre volte occorreva ignorare il distrattore e tornare alla posizione del primo bersaglio.

Scambio silenzioso vs aggiornamento continuo

Studi sull’uomo suggeriscono almeno due strategie ampie per compiti di questo tipo. In una, chiamata nei lavori tecnici “recupero al momento della risposta”, il cervello conserva silenziosamente più elementi in compartimenti interni separati senza decidere quale sia rilevante. Solo quando compare un segnale estrae l’elemento pertinente e lo mette in un formato di “readout” speciale in grado di guidare il comportamento. Nell’altra, in stile “ripassa e aggiorna”, il cervello mantiene sempre l’elemento attualmente importante in quel formato di readout, revisionandolo attivamente ogni volta che arrivano nuove informazioni. Apparentemente, entrambe le strategie possono produrre lo stesso movimento oculare corretto, quindi il comportamento da solo non può rivelare quale venga usata.

Costruire cervelli digitali per leggere quelli reali

Per risolvere questo problema, il gruppo ha confrontato l’attività neurale reale in due regioni anteriori del cervello con l’attività di modelli al computer addestrati a usare ciascuna strategia. Hanno registrato da neuroni nella corteccia prefrontale laterale, da tempo nota per il suo ruolo nel mantenere le informazioni, e nella corteccia prearcuata, che contribuisce a pianificare i movimenti oculari. In parallelo, hanno addestrato numerose reti neurali ricorrenti — sistemi artificiali la cui attività si svolge nel tempo — a eseguire lo stesso compito. Alcune reti sono state forzate a comportarsi come sistemi di tipo “recupero al momento della risposta”, mantenendo il loro output non informativo fino all’ultimo istante. Altre sono state forzate a comportarsi come sistemi di tipo “ripassa e aggiorna”, con output che riflettevano immediatamente il bersaglio corrente e cambiavano quando necessario.

Leggere le forme del pensiero

Invece di concentrarsi su singole cellule, gli autori hanno esaminato la “forma” complessiva tracciata dall’attività di popolazione in uno spazio astratto, un po’ come tracciare il percorso di uno stormo piuttosto che di ogni uccello. Nelle reti in stile recupero, il modello di attività per una posizione ricordata occupava un insieme di direzioni durante il primo intervallo, poi ruotava in un insieme diverso poco prima della risposta — prova del trasferimento di informazioni da uno store nascosto a un formato di readout. Nelle reti in stile aggiornamento, le stesse direzioni trasportavano l’informazione sulla posizione attraverso entrambi gli intervalli, con derive graduali solo quando il bersaglio rilevante cambiava. Il test cruciale era se l’attività prefrontale delle scimmie somigliasse a un modello più che all’altro.

Le scimmie rivelano la loro strategia silenziosa

Su più misure, entrambe le regioni cerebrali corrispondevano allo stile ripassa-e-aggiorna. I codici di popolazione per la posizione erano stabili nel tempo, cambiavano poco quando appariva un distrattore e occupavano quasi lo stesso “piano” di attività per tutta la prova. I decodificatori addestrati su un intervallo potevano leggere in modo affidabile le posizioni dall’altro, proprio come nelle reti in stile aggiornamento. Al contrario, le firme di rotazione e di metamorfosi del codice osservate nelle reti in stile recupero erano in gran parte assenti nei dati neurali. Questo suggerisce che, in questo compito, le scimmie mantengono la posizione attualmente importante in uno stato attivo e continuamente aggiornato, piuttosto che conservare opzioni in modo silenzioso per selezionarle in seguito.

Perché questa scelta nascosta è importante

Il lavoro mostra che possiamo inferire la strategia mentale latente di un animale non dal comportamento, ma dalla geometria della sua attività cerebrale confrontata con quella di reti artificiali progettate con cura. Nella vita quotidiana, suggerisce che i nostri cervelli potrebbero spesso favorire un approccio in corso, basato sul ripasso, quando tengono traccia dell’ultimo elemento rilevante, almeno in contesti semplici. Più in generale, apre una strada per studiare come tali piani interni vengono appresi, come cambiano con l’esperienza o la fatica e come diverse regioni cerebrali cooperano per realizzarli — anche quando, per un osservatore esterno, tutto ciò che è visibile è un singolo rapido movimento degli occhi.

Citazione: Qian, Y., Herikstad, R. & Libedinsky, C. Inferring latent behavioral strategy from the representational geometry of prefrontal cortex activity. Nat Commun 17, 2850 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69380-6

Parole chiave: memoria di lavoro, strategia cognitiva, corteccia prefrontale, reti neurali, presa di decisione