Il cervello “legge” la musica immaginata: ricostruite per la prima volta le melodie pensate

Quante volte ci è capitato di avere una canzone “in testa”, tanto da sentirla quasi suonare nella nostra mente? Quella che sembra un’esperienza quotidiana e banale è, in realtà, un processo cerebrale estremamente complesso. Oggi, per la prima volta, un gruppo di ricercatori è riuscito a fare un passo ulteriore: ricostruire la struttura di una melodia semplicemente osservando l’attività elettrica del cervello di chi la sta immaginando. Il risultato arriva da uno studio pubblicato sulla rivista eNeuro e condotto dai ricercatori della Seoul National University, guidati da Jii Kwon e Chun Kee Chung. Il lavoro dimostra che i segnali cerebrali contengono informazioni sufficienti per ricostruire l’andamento di una melodia immaginata, aprendo nuove prospettive sia per comprendere come il cervello rappresenta la musica sia per lo sviluppo di future interfacce cervello-computer destinate alle persone che hanno perso la capacità di comunicare verbalmente.

Quando la musica esiste solo nella mente

L’immaginazione musicale è la capacità di “sentire” una canzone anche quando nessun suono viene realmente riprodotto. Da tempo le neuroscienze hanno dimostrato che, durante questo processo, si attivano molte delle stesse aree cerebrali coinvolte nell’ascolto della musica. Finora, però, gli studi erano riusciti soprattutto a riconoscere quando una persona stava immaginando della musica oppure a decodificare caratteristiche relativamente semplici, come il ritmo o alcune proprietà acustiche. Ricostruire una vera e propria melodia rappresentava una sfida ancora aperta.

Lo studio: dieci pazienti con epilessia

Per affrontarla, i ricercatori hanno coinvolto 10 pazienti con epilessia farmacoresistente, già sottoposti, per esigenze cliniche, all’impianto di elettrodi sulla superficie della corteccia cerebrale mediante elettrocorticografia (ECoG). Ai partecipanti venivano fatte ascoltare le prime battute di alcune semplici canzoni per bambini. Successivamente dovevano immaginarne mentalmente la continuazione e, solo al termine, canticchiare la melodia che avevano appena pensato. Durante la fase di immaginazione i ricercatori registravano esclusivamente l’attività cerebrale, senza che i partecipanti producessero alcun suono.

Il cervello riconosce le relazioni tra le note

L’elemento più innovativo dello studio riguarda il modo in cui è stata interpretata l’attività cerebrale. Invece di cercare di identificare la frequenza esatta di ogni nota, gli autori hanno scelto di concentrarsi sulle relazioni tra una nota e la successiva, il cosiddetto relative pitch. Si tratta dello stesso meccanismo che utilizza il nostro cervello quando riconosce una melodia. Una canzone, infatti, rimane facilmente identificabile anche se viene eseguita in una tonalità diversa o cantata da una persona con una voce più acuta o più grave, purché vengano mantenuti gli intervalli tra le note. “L’approccio che abbiamo sviluppato – spiega Jii Kwon, primo autore dello studio – decodifica le classi di altezza relativa, come Do, Re, Mi, Fa, Sol e La, piuttosto che le altezze assolute delle note. Questo è importante perché le persone riconoscono spesso una melodia grazie alle relazioni tra le note, anche quando lo stesso brano viene eseguito in una tonalità diversa”.

L’intelligenza artificiale ricostruisce la melodia

Per interpretare i segnali neurali, il gruppo di ricerca ha sviluppato un modello di machine learning addestrato a riconoscere le diverse classi di altezza relativa delle note. L’attività cerebrale registrata durante l’immaginazione ha permesso di seguire le variazioni di altezza delle note nel tempo e di ricostruire l’andamento complessivo della melodia. Una volta identificate le singole note, il sistema era in grado di ricostruire automaticamente la sequenza musicale completa. Sebbene alcune note venissero classificate con un certo margine di errore, il profilo melodico complessivo risultava chiaramente riconoscibile, dimostrando che il cervello conserva una rappresentazione interna sufficientemente precisa della musica immaginata.

Le aree del cervello coinvolte

L’analisi ha mostrato che il ruolo principale è svolto dal giro temporale superiore, una regione già nota per essere coinvolta nell’elaborazione dei suoni e del linguaggio. Ma non è l’unica area attivata. Anche la corteccia sensori-motoria ha mostrato un’intensa attività durante il compito di immaginazione musicale. Secondo gli autori, questo potrebbe riflettere una sorta di simulazione dei movimenti necessari per cantare la melodia, pur senza produrre alcun suono. Il risultato suggerisce che immaginare una canzone non sia un semplice ricordo, ma una vera ricostruzione mentale che coinvolge contemporaneamente i circuiti dell’ascolto e quelli della preparazione motoria.

Un passo avanti rispetto agli studi precedenti

Secondo i ricercatori, il lavoro rappresenta un importante avanzamento rispetto agli studi pubblicati finora. Per la prima volta, infatti, è stato possibile ricostruire la struttura melodica di una musica immaginata, e non soltanto stabilire se una persona stesse pensando a una canzone o riconoscere alcune caratteristiche isolate del segnale sonoro. L’approccio basato sull’altezza relativa delle note riproduce inoltre il modo naturale con cui il cervello umano percepisce e memorizza la musica, rendendo il modello più vicino ai reali meccanismi della cognizione musicale.

Dalla musica alle interfacce cervello-computer

Le possibili applicazioni vanno ben oltre la ricerca sulla musica. Secondo gli autori, la tecnologia potrebbe contribuire allo sviluppo di future interfacce cervello-computer (Brain-Computer Interface, BCI), sistemi progettati per tradurre l’attività cerebrale in forme di comunicazione. Oggi queste tecnologie sono utilizzate soprattutto per interpretare parole, lettere o movimenti immaginati. In futuro potrebbero essere in grado di decodificare anche contenuti musicali, consentendo ai pazienti di esprimere mentalmente melodie o altre informazioni sonore senza muovere un muscolo. Tra i possibili beneficiari vengono citate le persone affette da Sclerosi laterale amiotrofica (Sla) e da altre gravi patologie neurologiche che compromettono la comunicazione verbale. Sebbene si tratti di una prospettiva ancora lontana dalla pratica clinica, gli autori ritengono che la possibilità di trasformare i pensieri musicali in segnali interpretabili rappresenti una nuova frontiera delle tecnologie assistive.

Il prossimo passo: decodificare ritmo ed espressività

I ricercatori invitano comunque alla prudenza. Lo studio ha coinvolto soltanto dieci pazienti con epilessia e ha utilizzato semplici canzoni per bambini, scelte perché molto familiari ai partecipanti. Inoltre il modello ha ricostruito esclusivamente l’altezza relativa delle note, senza considerare altri elementi fondamentali della musica, come ritmo, tempo, dinamica, timbro ed espressività. Proprio su questi aspetti si concentreranno i prossimi studi. L’obiettivo sarà decodificare anche altre caratteristiche musicali ed estendere il metodo a composizioni più articolate, comprendendo sempre meglio come il cervello costruisce le rappresentazioni sonore interne. Se questi risultati verranno confermati, la possibilità di “leggere” la musica immaginata potrebbe trasformarsi, in futuro, non solo in uno strumento per studiare il cervello, ma anche in una nuova opportunità di comunicazione per le persone che oggi non possono più usare la voce.

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