The cerebellum and perceptual learning

Numerose evidenze raccolte negli ultimi due decenni hanno suggerito che il cervelletto sia implicato nelle funzioni cognitive, rimane però ancora da definire quale sia la natura specifica di questa funzione cerebellare. Nell’ambito motorio, dove il cervelletto esplica la sua funzione principale, è ben noto che esso contribuisce con un ruolo specifico, l’apprendimento. Sulla base della ripetizione omogenea del suo microcircuito, ipotizziamo che esso sia responsabile di un fine apprendimento anche a carico di funzioni cognitive che esulano dal controllo motorio. Per testare questa ipotesi abbiamo sviluppato un paradigma comportamentale computerizzato che sveli un apprendimento cognitivo nelle funzioni visuospaziali. Il compito consisteva nell’estrapolare il movimento di stimoli visivi e richiedeva l’abilità di costruire un modello interno del pattern di movimento dello stimolo. Il test è stato somministrato a sette individui sani, cinque pazienti con patologia cerebellare e a cinque soggetti di controllo. I pazienti hanno mostrato un deficit sia nella velocità che nell’entità dell’apprendimento rispetto ai soggetti di controllo. Poiché, tra le forme di apprendimento motorio, quello che più squisitamente dipende dal cervelletto è l’adattamento motorio, l’abilità di calibrare il comando motorio per compensare le perturbazioni, abbiamo eseguito un secondo esperimento allo scopo di indagare se il cervelletto possa giocare un ruolo analogo in ambito percettivo, consentendo il verificarsi di un adattamento percettivo del modello interno del pattern di movimento dello stimolo in risposta ad una perturbazioni delle condizioni esterne. Il test è stato somministrato a sei soggetti normali, cinque pazienti cerebellari e cinque soggetti di controllo. I pazienti hanno mostrato una compromissione nell’adattamento percettivo rispetto ai soggetti di controllo, suggerendo non solo che anche in ambito cognitivo il cervelletto sia responsabile dell’apprendimento, ma che permetta il verificarsi della stessa forma specifica di apprendimento di cui è responsabile nel dominio motorio: l’adattamento. Ne deriva pertanto che il cervelletto potrebbe operare la stessa funzione computazionale, come si può sostenere considerando la sua omogeneità strutturale, che è costante indipendentemente dalle aree cerebrali corticali alle quali il cervelletto è connesso.

Evidence from the past two decades has clearly implicated the cerebellum in cognition, but its exact contribution remains unclear. In the motor domain, where the cerebellum explicates its main function, it is well known that it conveys a specific contribution, which is learning. According to the homogenous repetition of its microcircuitry, we hypothesized that even in cognition the cerebellum may play the same specific role it has in the motor domain, namely learning. In order to test this hypothesis we developed a computerized behavioral paradigm to unveil cognitive learning in the visuospatial functions. The task consisted in the motion trajectory extrapolation of a visual target, requiring for the subjects the ability to build an internal model of the moving pattern of the ball. The test was applied on seven normal subjects, five cerebellar patients and five control subjects. Patients showed a deficit both in the rate and in the amount of learning as compared to control subjects. Since among the forms of motor learning the one which more exquisitely depends on the cerebellum is motor adaptation, the ability to finely adjust motor commands to compensate for perturbations, we performed a second experiment in order to investigate whether the cerebellum could play an analogous function within perception, allowing perceptual adaptation of the internal model of the moving pattern of the stimulus in response to perturbed conditions. The test was applied on six normal subjects, five cerebellar patients and five control subjects. Patients showed an impaired adaptation as compared to control subjects, suggesting not only that even in cognition the cerebellum is responsible for learning, but also that it supports the same specific form of learning it is responsible for in the motor domain, namely adaptation. Therefore it derives that the cerebellum may operate the same computational function, as we could assume considering its structural homogeneity, which is constant regardless the cerebral cortical areas to which the cerebellum is connected.