C’è davvero spazio per i numeri in un cervello analfabeta?

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Una parte sorprendente della nostra conoscenza del mondo è strutturata in forma quantitativa. Provate a descrivere un luogo senza indicarne la distanza rispetto ad altri luoghi, la grandezza, il rapporto tra i diversi elementi che vi si trovano, ad esempio il numero e la collocazione di porte e finestre in una stanza. E’ similmente arduo descrivere senza alcun riferimento quantitativo un evento, sia esso passato o futuro. Un vasto insieme di evidenze nella letteratura dell’ultimo ventennio documenta l’intima associazione esistente nella nostra specie tra le rappresentazioni di spazio e numero, nonché la sua complessa relazione con il contesto culturale. Recentissimi dati ci obbligano però ora a guardare ben oltre la cultura (o meglio, ben “al di sotto” di essa), dal momento che anche infanti di pochi mesi di vita e pulcini di pochi giorni sono predisposti ad associare numero e spazio, e soprattutto, che tale associazione appare straordinariamente simile a quella presente nell’essere umano adulto. 

Scrittura e tradizioni culturali

L’orientamento della direzione in cui scriviamo, e, di conseguenza, leggiamo, varia come è noto, nelle diverse culture umane. Le culture occidentali sono tra quelle che leggono e scrivono da sinistra verso destra, molti altri popoli (ad esempio quelli arabi) lo fanno nella direzione esattamente opposta, altri ancora utilizzano direzioni ortogonali (es. dal basso verso l’alto o viceversa). Pare indiscusso che queste differenze dipendano da tradizioni culturali e come tali siano trasmesse con l’apprendimento. Quando però guardiamo al dominio dei numeri le cose appaiono alquanto diverse. Di fatto i numeri sembrano godere di uno status speciale che coinvolge una loro propria rappresentazione spaziale, la quale non sempre coincide con la direzione di lettura e scrittura. Ad esempio, ancorché nella lingua Ebraica – ma anche in quella Araba - si scriva da destra a sinistra, per i numeri la scrittura (ma attenzione, ciò non vale necessariamente per la lettura) avviene nella direzione opposta, da sinistra a destra.

Linea Numerica Mentale ed effetto SNARC

Queste evidenze fanno ipotizzare un’origine separata della rappresentazione numerica. L’esistenza di una integrazione tra informazioni relative alle posizioni nello spazio (es. destra e sinistra) ed informazioni relative alla grandezza numerica (numeri grandi e piccoli) fu inizialmente descritta da Francis Galton (1880). Ad oggi innumerevoli conferme sperimentali indicano che, nella nostra specie, i numeri (ma non solo!) sono rappresentati (ed elaborati) lungo un continuum (l’oramai arcinota Linea Numerica Mentale) orientato nello spazio, tipicamente da sinistra (numeri più piccoli) a destra (numeri più grandi). Le evidenze culminano nella descrizione dell’effetto SNARC (Spatial Numerical Association of Response Codes, Dehaene, 1997), che consiste in una maggiore rapidità di risposta da parte di soggetti umani nei confronti di numerosità piccole quando la risposta avviene alla sinistra, e vice-versa, a numerosità grandi quando la risposta avviene alla destra.

L’appartenenza culturale ad una specifica tradizione di scrittura/lettura modula la direzione dell’effetto SNARC (l’effetto è attenuato in individui di cultura mista Arabo-Inglese, e risulta completamente invertito nel gruppo mono-cultura arabo, mentre invece nella cultura ebraica le evidenze sono in qualche modo intermedie). Ciò nonostante, la direzione di scrittura/lettura di per sé non risulta sufficiente a spiegare tutti i risultati ottenuti con questo paradigma. Ad esempio non si spiega l’esistenza di uno SNARC orientato verticalmente (specialmente per il fatto che i numeri più piccoli sarebbero collocati in basso, e quelli più grandi in alto, e non vice-versa, come invece ci si aspetterebbe considerando che la scrittura nella nostra cultura procede, riga dopo riga, dall’alto verso il basso).

Ma da dove origina questa peculiare relazione tra spazio e numero? Essa non pare ad esempio dipendere da differenze biologiche facilmente individuabili quali la specializzazione emisferica.

Spazio e numero nei neonati

E cosa accadrebbe se entro questo già acceso dibattito dovesse venir ora integrata l’evidenza relativa all’esistenza di una ben precisa relazione tra numeri e spazio anche in cervelli indiscutibilmente scevri di esperienza e cultura. Due sono gli ambiti di studio che hanno condotto negli ultimi mesi ad evidenze convincenti ed indipendenti a supporto di questa conclusione (evidenze che hanno comprensibilmente suscitato non poco trambusto intellettuale). Il primo ambito è quello della psicologia dello sviluppo ove sempre più evidenze attestano l’esistenza di preferenze per una rappresentazione crescente delle numerosità da sinistra a destra anche nei neonati e negli infanti umani ben prima dell’acquisizione di simboli e dell’esposizione alla educazione formale (de Hevia et al., 2014; Bulf et al., 2015).

Spazio e numero nei pulcini

Il secondo ambito è quello della psicologia comparata, e lo studio su cui mi soffermerò corona una serie di precedenti indagini che ne hanno costituito delle solide premesse. Era ad esempio noto che pulcini di pochi giorni (e piccioni adulti), quando liberi di nutrirsi del becchime sparso su una scacchiera, procedono becchettando la superficie preferenzialmente dalla sinistra (Diekamp et al., 2005). Quando i pulcini devono beccare (per ottenere del cibo), la perlina centrale in una fila di perline identiche, gli errori consistono in beccate allocate a perline situate alla sinistra di quella centrale, un effetto reminescente del fenomeno dello pseudoneglect umano (Regolin, 2006). Infine, quando addestrati a beccare un elemento (ad esempio il quarto) in una serie di elementi identici, e, posti nella condizione di dover scegliere se iniziare dall’una o dall’altra estremità della serie, i pulcini (ed un’altra specie di uccello, la nocciolaia di Clark) localizzano il quarto elemento sempre a partire dall’estremità sinistra, proprio come se iniziassero a contare da sinistra verso destra (Rugani et al, 2010). Tutti questi risultati, per quanto non specificamente riferiti all’elaborazione di informazioni numeriche, sono alquanto suggestivi riguardo i meccanismi di elaborazione dello spazio negli uccelli, in quanto i compiti descritti presentano distintive connotazioni spaziali. Di fatto è ipotizzabile che intervenga una attivazione differenziale dell’emisfero dominante per l’elaborazione delle informazioni spaziali, ovvero quello destro, che spiegherebbe come mai l’animale sia portato ad orientare le sue risposte a favore dell’emispazio sinistro.

Effetto SNARC nei pulcini

La dimostrazione più convincente dell’esistenza di una associazione tra spazio e numero nel pulcino è stata prodotta successivamente agli studi appena descritti, sempre nel laboratorio di Psicologia Comparata dell’Università di Padova, e pubblicata sulla rivista Science (Rugani et al., 2015a). Come vedremo, i risultati dello studio (compiuto sui pulcini) non sono spiegabili in termini di dominanza emisferica e di conseguente preferenza unilaterale. Si tratta della prima evidenza in letteratura di uno SNARC (o effetto ad esso straordinariamente simile) in una specie diversa dall’uomo. In questo studio ciascun pulcino anzitutto apprende a cercare il cibo dietro ad un cartellino raffigurante un certo numero di pallini (o disegnini di altra forma) disposti a caso. Successivamente, quando posto di fronte a due cartellini identici tra loro, collocati uno alla destra ed uno alla sinistra, e rappresentanti più pallini rispetto al numero appreso durante l’addestramento, il pulcino cerca il cibo dietro al cartellino di destra (associa cioè un numero più grande alla direzione destra). Al contrario, quando i due cartellini rappresentano un numero più piccolo rispetto a quello dell’addestramento, il medesimo pulcino si comporta diversamente, cercando il cibo in prossimità del cartellino di sinistra (associa cioè un numero piccolo alla sinistra). I pulcini hanno dimostrato di rispondere ai numeri in modo flessibile, ovvero uno stesso numero (ad esempio 8) può a seconda della situazione venir considerato come più piccolo, ed associato con la direzione sinistra (quando confrontato col numero 20) oppure come più grande e pertanto associato con la direzione destra (quando confrontato con il numero 5). Dunque l’associazione spazio – numero è relativa, non assoluta, nel pulcino, esattamente come riportato negli studi sull’uomo. Inoltre la preferenza per la direzione appare al test immediatamente, ed è significativa dal punto di vista statistico, già nella primissima prova (più prove consecutive venivano rilevate per ciascun pulcino), (Rugani et al., 2015b). Infine, e di cruciale interesse, risulta che sia proprio il numero di disegnini presente sul cartellino, e non qualsivoglia altra qualità presente nello stimolo, a costituire l’informazione cui gli animali rispondono. Difatti, i risultati sono rimasti del tutto immutati anche quando forma, grandezza, colore e superficie di ciascun elemento (i “pallini” o altri disegnini), oppure l’area o il perimetro totale relativi all’insieme degli elementi costituenti ciascuno stimolo, e la densità degli stessi sono state accuratamente equiparate e controllate. Ad oggi, l’interpretazione migliore dei risultati dello studio è in termini di associazione spazio-numero paragonabile allo SNARC umano. Di fatto è stato possibile rigettare sulla base dei dati sperimentali ogni altra ipotesi alternativa delle molteplici sinora proposte da studiosi di tutto il mondo in risposta alla pubblicazione dell’articolo.

Origine biologica della rappresentazione spazio-numero

Concludendo, questi dati, uniti a quelli relativi agli infanti umani, dimostrano che la rappresentazione spazio-numero esiste anche indipendentemente dalla cultura. Gli stessi dati depongono inoltre a favore della possibilità che il fenomeno descritto nella nostra specie abbia un’origine biologica, forse condivisa tra specie diverse. E’ sensato supporre che anche gli animali possano beneficiare di strumenti quantitativi per la comprensione del loro ambiente, ed è oramai comunemente accettato che una ampia varietà di specie possieda competenze numeriche, in taluni casi anche piuttosto sofisticate. Interessanti strade si aprono dunque alle future indagini, e riguardano in primis la dimostrazione della presenza di meccanismi simili anche in altre specie, ma anche l’individuazione nell’adulto umano della traccia del precursore biologico forse condiviso con il pollo: nonché lo studio del meccanismo con cui l’esperienza è in grado di alterare, fino a sovvertire, la predisposizione biologica ad associare numeri piccoli a sinistra e grandi a destra.

Il Locus dei numeri

Riguardano infine, il locus dove risiede il substrato biologico della relazione tra numero e spazio, e  la relazione tra i substrati nelle diverse specie (quali l’essere umano ed il pollo domestico). Nell’essere umano un’area individuata da studi di neurovisualizzazione è il lobo parietale inferiore. Studi neuropsicologici lo confermano: alcuni pazienti neurologici, in seguito a lesioni alla parte destra del loro cervello, ignorano la parte sinistra del loro ambiente o del loro corpo (fenomeno noto come neglect). A conferma del rapporto tra numero e spazio, questi pazienti ignorano parimenti anche la parte sinistra della Linea Numerica Mentale (Zorzi et al., 2002).

Ma anche negli uccelli (Ditz e Nieder, 2015) sono state identificate (in un nucleo cerebrale noto come nidopallium caudolaterale o NCL, un’area associativa analoga alla corteccia prefrontale mammifera) popolazioni di neuroni che rispondono selettivamente e specificamente alle diverse numerosità. Gli autori dello studio sottolineano l’impressionante similitudine tra i risultati comportamentali e neurofisiologici da loro ottenuti e quanto già noto per i primati (ove sarebbero implicate la corteccia prefrontale e quella parietale posteriore). Il che suggerisce che i meccanismi alla base della rappresentazione numerica astratta siano condivisi tra corvidi e primati. Ulteriori indagini dovranno chiarire se queste similitudini rappresentino un esempio di convergenza evolutiva piuttosto che una comune origine, a dispetto degli oltre 300 milioni di anni di evoluzione indipendente delle due Classi.

Riferimenti Bibliografici
Bulf, H., de Hevia, M.D. & Macchi Cassia, V. (2015). Small on the left, large on the right: numbers orient visual attention onto space in preverbal infants. Developmental Science. doi: 10.1111/desc.12315
Dehaene, S. (1997). The Number Sense. Oxford University Press.
de Hevia, M.D., Izard, V., Coubart, A., Spelk, E.S., & Streri, A. (2014). Representations of space, time and number in neonates. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 111, 4809–4813.
Diekamp, B., Regolin, L., Güntürkün, O. & Vallortigara, G. (2005). A left-sided visuospatial bias in birds. Current Biology, 15, R372-373.
Galton, F. (1880). Visualised numerals. Nature, 21, 252-256 and 21, 494-495.
Regolin L. (2006). The case of line bisection: When both humans and chickens wander left. Cortex, 42, 101-103.
Rugani, R., Kelly D. M., Szelest I., Regolin, L. & Vallortigara, G. (2010). Is it only humans that count from left to right? Biology Letters, 6, 290-292.
Rugani, R., Vallortigara, G., Konstantinos P. & Regolin, L. (2015). Number-space mapping in the newborn chick resembles humans' mental number line. Science, 347, 534-536.
Rugani, R., Vallortigara, G., Konstantinos P. & Regolin, L. (2015). Response to Comments by Mangalam and Karve on “Number-space mapping in the newborn chick resembles humans' mental number line”. Science, 348, 6242.
Ditz, H.M. & Nieder, A. (2015). Neurons selective to the number of visual items in the corvid songbird endbrain. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 112, 7827–7832.
Zorzi, M., Priftis, K. & Umiltà, C. (2002). Brain damage: Neglect disrupts the mental number line. Nature 417, 138–139.

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