Cosa succede nel cervello di fronte a uno stimolo visivo durante un evento BrainArt

Una fotografia compare su uno schermo per venti millisecondi, poi sparisce. Chi la guarda deve decidere, il più in fretta possibile, se contiene un animale. Nel 1996 Simon Thorpe, Denis Fize e Catherine Marlot, al Centre de Recherche Cerveau et Cognition di Tolosa, registrarono l’attività elettrica del cervello dei partecipanti durante questo compito, ovvero davanti a uno stimolo visivo. Le risposte alle immagini da scartare cominciavano a distinguersi da quelle da segnalare circa 150 millisecondi dopo la comparsa della foto, secondo lo studio pubblicato su Nature, e gli autori ne conclusero che l’elaborazione visiva necessaria a quella distinzione si completa in meno di 150 millisecondi. La risposta con la mano arrivava dopo, perché al tempo della visione si somma quello del movimento.

Nel giro di qualche decimo di secondo la luce diventa impulso elettrico, viene compressa, smistata, scomposta in linee e colori e ricomposta in oggetti. Il decimo e mezzo misurato a Tolosa basta, secondo gli autori, per una prima categorizzazione grossolana, mentre il riconoscimento più fine richiede più tempo. Seguire questo percorso serve a capire cosa accade nella testa di chi guarda un prodotto, un video o un’opera, e che cosa ne può leggere uno strumento appoggiato sulla fronte.

Stimolo visivo: dalla luce all’impulso elettrico, il lavoro della retina

Il primo passaggio avviene nella retina, il sottile strato di tessuto nervoso che riveste il fondo dell’occhio. I fotorecettori assorbono la luce e la convertono in segnale elettrico. I bastoncelli lavorano con poca luce e restituiscono una visione in scala di grigi, i coni servono alla visione diurna e ai colori. La rassegna di Kim e colleghi pubblicata su Frontiers in Neurology nel 2021 stima circa 120 milioni di bastoncelli e 6 milioni di coni, a fronte di circa 1,2 milioni di cellule gangliari, i neuroni che portano il segnale fuori dall’occhio. Per ogni cellula in uscita ci sono quindi più di cento fotorecettori.

La conseguenza, che la stessa rassegna scrive in modo esplicito, è che la retina non spedisce al cervello una fotografia punto per punto. Le cellule gangliari lavorano come filtri in parallelo, ciascuno dedicato a un attributo dell’immagine come il contrasto, il colore, il movimento, la grana delle superfici o il livello di luce, e gli autori ne contano 18 tipi nella retina dei primati e dell’uomo. Prima ancora di lasciare l’occhio, l’immagine è già stata riassunta.

Il nervo ottico porta la maggior parte di questi segnali fino al talamo, in una stazione chiamata nucleo genicolato laterale, e da lì alla corteccia visiva primaria, nel lobo occipitale. È un dettaglio anatomico che tornerà utile parlando di sensori. La prima elaborazione corticale di ciò che vediamo avviene lontano dagli occhi, all’altezza della nuca.

La corteccia visiva scompone lo stimolo visivo in linee

Alla fine degli anni Cinquanta David Hubel e Torsten Wiesel cominciarono a registrare con sottili elettrodi di tungsteno l’attività di singoli neuroni nella corteccia visiva primaria del gatto. Trovarono cellule che rispondevano poco a una macchia di luce rotonda e quasi per nulla alla luce diffusa, ma reagivano con forza a una sottile striscia luminosa o a un bordo tra luce e buio, purché avessero un’inclinazione precisa. Ogni neurone aveva un orientamento preferito, e le cellule con preferenze simili erano raggruppate in colonne. Per queste scoperte sull’elaborazione dell’informazione visiva, nel 1981 i due ricevettero il premio Nobel per la fisiologia o la medicina, condiviso con Roger Sperry.

Da quel lavoro deriva l’idea di un sistema visivo organizzato per stadi, in cui le prime aree estraggono orientamenti, contrasti e colori e quelle successive li combinano in contorni e oggetti. La distinzione tra due vie che partono dalla corteccia primaria risale ai primi anni Ottanta, quando Mortimer Mishkin e Leslie Ungerleider descrissero una via ventrale, verso la corteccia inferotemporale, dedicata al riconoscimento degli oggetti, e una via dorsale, verso la corteccia parietale posteriore, dedicata alla loro posizione nello spazio. Nel 1992 Melvyn Goodale e David Milner proposero su Trends in Neurosciences una lettura diversa della via dorsale, come sistema che guida i movimenti diretti verso gli oggetti.

Quando un visitatore riconosce un marchio su una confezione lavora soprattutto la via ventrale; quando allunga la mano per prenderla entra in gioco la via dorsale.

Centocinquanta millisecondi per un compito preciso

Nel risultato di Tolosa la differenza tra le due condizioni compariva come una negatività sugli elettrodi frontali, e per gli autori era il segno che entro un decimo e mezzo di secondo l’esito della categorizzazione era già presente nel segnale. Studi successivi, tra cui uno dello stesso gruppo di Tolosa, hanno osservato che parte di quella differenza precoce può dipendere dalle caratteristiche fisiche delle immagini, e che le differenze legate al compito compaiono più tardi.

In un lavoro successivo, pubblicato nel 2001 sul Journal of Cognitive Neuroscience, lo stesso gruppo parla di categorizzazione visiva ultrarapida, perché tre settimane di allenamento su un gruppo di fotografie non anticiparono quella differenza per le immagini familiari rispetto a quelle nuove. Questi tempi valgono per un compito preciso e non si estendono a tutto ciò che accade quando si guarda qualcosa. Giudicare se un oggetto piace, collegarlo a un ricordo, decidere di avvicinarsi sono passaggi successivi, più lenti e più variabili da persona a persona.

Stimolo visivo: vedere significa anche scegliere cosa ignorare

La velocità della prima analisi non garantisce che tutto quello che entra nell’occhio arrivi alla consapevolezza. Nel 1999 Daniel Simons e Christopher Chabris pubblicarono su Perception un esperimento diventato celebre. I partecipanti guardavano un video in cui due squadre si passavano una palla e dovevano contare i passaggi di una delle due. A un certo punto attraversava la scena una persona travestita da gorilla, oppure una donna con un ombrello. Il 46 per cento degli osservatori non si accorse di nulla.

La cecità da disattenzione, come viene chiamato il fenomeno, mostra che l’attenzione lavora come un filtro, e il filtro lascia una traccia elettrica. La rassegna di John Foxe e Adam Snyder pubblicata su Frontiers in Psychology nel 2011 raccoglie le prove secondo cui il ritmo alfa, un’oscillazione tra 8 e 14 cicli al secondo, aumenta nelle regioni della corteccia che elaborano informazioni irrilevanti o di disturbo, e svolge una funzione di soppressione al servizio dell’attenzione.

Alcuni segnali superano comunque il filtro; infatti, in uno studio uscito su Psychological Science nel 2003, Richard Abrams e Shawn Christ osservarono che a catturare l’attenzione è l’inizio di un movimento. Gli elementi che avevano appena cominciato a muoversi venivano elaborati in modo prioritario anche quando il movimento non dava alcuna informazione utile, mentre il movimento continuo non otteneva lo stesso vantaggio. Nel 2010 lo stesso Abrams, con altri colleghi, ha ritrovato l’effetto anche con stimoli privi di variazioni di luminosità. Altri ricercatori lo hanno invece messo in discussione: nel 2011 Meera Mary Sunny e Adrian von Mühlenen hanno visto che l’effetto compariva solo quando il movimento sullo schermo procedeva a scatti, e spariva con un movimento fluido.

Quando un’immagine colpisce, la risposta si sposta in avanti

Riconoscere un oggetto e trovarlo bello sono operazioni diverse, e della seconda si occupa la neuroestetica. Nel 2004 Hideaki Kawabata e Semir Zeki, allo University College London, chiesero ai partecipanti di classificare in anticipo una serie di dipinti come belli, neutri o brutti, e poi glieli mostrarono dentro uno scanner per risonanza magnetica funzionale. Lo studio, pubblicato sul Journal of Neurophysiology, trovò che il confronto tra quadri belli e brutti attivava la corteccia orbitofrontale mediale, una regione anteriore coinvolta nella valutazione della ricompensa, indipendentemente dal genere pittorico. I quadri giudicati brutti mobilitavano di più la corteccia motoria.

Nel 2012 Edward Vessel, Gabrielle Starr e Nava Rubin, alla New York University, fecero guardare a sedici osservatori 109 opere di stili ed epoche diverse e chiesero, per ciascuna, quanto li avesse colpiti su una scala da 1 a 4. Nello studio, pubblicato su Frontiers in Human Neuroscience, l’attività delle regioni visive occipito-temporali cresceva in modo lineare con il punteggio. Una rete di regioni frontali, che comprende nodi della cosiddetta rete di default, si attivava invece soltanto per le opere valutate 4. Questa rete è associata al pensiero rivolto a sé stessi e di solito abbassa la propria attività quando l’attenzione è occupata da uno stimolo esterno; davanti alle opere più intense, la riduzione non avveniva.

I due gruppi non concordano sulla lettura dei dati. Vessel e colleghi contestano l’idea, attribuita a Kawabata e Zeki, di una relazione lineare tra bellezza percepita e attività frontale mediale, e attribuiscono la differenza a scelte di metodo come il numero di livelli della scala e l’inclusione di quadri brutti. Entrambi gli studi coinvolgono pochi partecipanti e sono stati condotti dentro uno scanner, una condizione lontana da quella di una galleria o di un evento.

Un risultato collaterale dello studio americano interessa da vicino chi progetta esperienze. L’accordo tra gli osservatori era molto basso, con una correlazione media di 0,13 tra i giudizi di due persone, e in media ogni opera valutata molto da un partecipante veniva valutata poco da un altro. Le reti cerebrali coinvolte erano in larga parte le stesse per tutti, mentre le opere capaci di attivarle cambiavano da persona a persona.

Cosa registra un elettrodo appoggiato sulla testa

La risonanza magnetica misura variazioni legate al flusso sanguigno e richiede uno scanner. L’elettroencefalografia, o EEG, misura direttamente l’attività elettrica ed è molto più antica. Lo psichiatra tedesco Hans Berger registrò per la prima volta l’attività elettrica del cervello umano a Jena nel 1924 e pubblicò i risultati a partire dal 1929. Fu lui a descrivere il ritmo alfa, un’oscillazione tra 8 e 14 cicli al secondo, e a notare che la sua ampiezza cala nettamente quando la persona apre gli occhi. Il fenomeno porta ancora il suo nome, effetto Berger, ed è il primo esempio documentato nell’uomo di come l’atto di guardare modifichi il tracciato. Già alla fine dell’Ottocento Richard Caton e Adolf Beck avevano osservato negli animali che la luce sull’occhio alterava l’attività elettrica del cervello.

Il segnale che un elettrodo raccoglie sulla pelle nasce dall’attività sincronizzata di grandi popolazioni di neuroni della corteccia, attenuata dal passaggio attraverso cranio e cuoio capelluto. La sua risoluzione temporale è dell’ordine dei millisecondi, abbastanza fine da seguire i 150 millisecondi dell’esperimento di Tolosa. La risoluzione spaziale è scarsa, perché ogni elettrodo somma il contributo di un’area ampia.

C’è poi un ostacolo che riguarda proprio la visione. L’occhio si comporta come un piccolo generatore elettrico, con la cornea carica positivamente rispetto alla retina, e ogni movimento del bulbo o della palpebra modifica il campo che gli elettrodi vicini registrano. La documentazione tecnica di TMSi, azienda che produce amplificatori per EEG, indica che l’artefatto di un battito di ciglia arriva a 100-200 microvolt ed è più visibile sugli elettrodi frontali, mentre l’attività cerebrale di fondo si misura in pochi microvolt o in qualche decina. Chi guarda qualcosa muove gli occhi di continuo, e la fronte è il punto in cui questo disturbo pesa di più.

Come il sensore BrainArt legge la risposta a uno stimolo visivo

Il sensore che BrainArt usa negli eventi è un archetto EEG a elettrodi asciutti, il Muse 2 di InteraXon, che non richiede gel e trasmette il segnale via Bluetooth. Il dispositivo ha due elettrodi sulla fronte, nelle posizioni AF7 e AF8 del sistema internazionale 10-20, due dietro le orecchie, in TP9 e TP10, e un riferimento al centro della fronte. Per posizionarlo è necessario un tempo minimo di un minuto e non richiede regolazioni complesse.

Da questa configurazione discende una conseguenza da dire con chiarezza: nessuno dei quattro elettrodi si trova sopra la corteccia occipitale, dove arriva per prima l’informazione visiva, quindi il sensore non ricostruisce l’immagine che il partecipante sta guardando. Registra l’attività delle regioni frontali e temporali, che intervengono in fasi successive della risposta come l’impiego dell’attenzione e l’orientamento verso lo stimolo, con la precisione temporale tipica dell’EEG.

Cosa si può misurare da fronte e orecchie

Che da quelle posizioni si possa misurare una risposta legata a uno stimolo visivo lo ha verificato il gruppo di Olave Krigolson all’Università di Victoria, in Canada. Nello studio pubblicato nel 2017 su Frontiers in Neuroscience, 60 studenti con un Muse di prima generazione guardavano una sequenza di cerchi verdi interrotta di tanto in tanto da cerchi blu, che dovevano contare. Dai segnali raccolti dietro le orecchie i ricercatori hanno misurato le componenti N200 e P300, due risposte cerebrali allo stimolo raro, con forme d’onda diverse da quelle di laboratorio ma quantificabili sulla media del gruppo, con un’affidabilità maggiore per la N200 che per la P300. Gli autori ricordano che la P300 è di solito massima sulla linea mediana posteriore, dove il Muse non ha elettrodi.

Lo stesso articolo contiene un confronto che chiarisce cosa significhi lavorare in laboratorio: con un sistema a 64 elettrodi, due assistenti esperti impiegavano in media 35 minuti per sistemare la cuffia, applicare il gel e portare le impedenze nei valori accettabili, e l’intera sessione durava in media un’ora. Con il Muse, preparazione e compiti si chiudevano in meno di dieci minuti.

L’asimmetria frontale e la direzione della risposta

I due elettrodi frontali, uno a sinistra e uno a destra, permettono di confrontare i due emisferi e su questo confronto si basa l’asimmetria frontale. La rassegna di Eddie Harmon-Jones e Philip Gable pubblicata su Psychophysiology nel 2018 riassume le prove secondo cui una maggiore attività frontale relativa a sinistra si associa alla motivazione ad avvicinarsi a uno stimolo, e una maggiore attività relativa a destra, con prove meno numerose, alla tendenza ad allontanarsene. L’attivazione si stima dalla potenza del ritmo alfa, che varia in senso inverso rispetto all’attività della corteccia sottostante.

Questa letteratura descrive una direzione motivazionale, verso lo stimolo o lontano da esso. La rabbia, per esempio, è un’emozione spiacevole che spinge ad avvicinarsi, e Harmon-Jones l’ha studiata proprio per separare la direzione della motivazione dalla piacevolezza. Un sensore a quattro canali non distingue la gioia dalla sorpresa, e il quadro va letto con questa misura.

Stimolo visivo: dal segnale al quadro

Il segnale viene elaborato da algoritmi proprietari e trasformato in metriche quantitative, che diventano a loro volta parametri visivi come colori, forme e dinamiche di movimento. Durante la sessione il partecipante vede sullo schermo una visualizzazione che cambia in tempo reale. Alla fine il sistema genera l’opera (senza l’utilizzo di intelligenza artificiale generativa), che viene stampata sul posto su carta fotografica e consegnata in un pieghevole personalizzabile con il marchio dell’azienda ospite.

Ogni quadro viene spiegato al partecipante dal team presente in loco, composto da neuroscienziati e psicologi. Il colore viene collegato a una risposta più emotiva o più analitica, la complessità delle forme al livello di attivazione, e una struttura di base, cioè una firma individuale, cambia da persona a persona.

Progettare lo stimolo visivo per il proprio evento

Il percorso descritto fin qui, dalla retina alla risposta frontale, si può progettare. Tra gli stimoli che BrainArt propone ci sono video, immagini e prodotti da provare, e la scelta cambia con ciò che l’evento deve ottenere. Presentazione prodotto, fiera ed evento aziendale chiedono cose diverse.

Presentazione prodotto, il prodotto diventa lo stimolo

Con un pubblico di giornalisti e influencer l’obiettivo è agganciare il marchio al ricordo attraverso un passaggio preciso dell’esperienza. Lo stimolo visivo coincide allora con il prodotto, che sia un oggetto da osservare da vicino, un packaging o il video di lancio. La persona lo guarda mentre il sensore registra la sua attività, e porta via un’immagine nata in quel momento.

Fiera, a catturare lo sguardo è il cambiamento

In un padiglione la funzione è portare flusso allo stand e raccogliere contatti. Una grafica statica, per quanto grande, compete con centinaia di altre e rischia di finire nella parte della scena che il filtro attentivo scarta, come il gorilla di Simons e Chabris. La visualizzazione BrainArt cambia in tempo reale con il segnale di chi indossa il sensore, e quindi produce di continuo variazioni di forma e di colore sullo schermo. I dati di Abrams e Christ vengono da compiti di laboratorio, eppure indicano proprio negli inizi di movimento ciò che conquista l’attenzione.

La sessione individuale crea poi un momento naturale per il contatto. Il quadro viene consegnato a mano nel pieghevole e la versione digitale arriva all’ospite tramite un codice QR personale o via email, un passaggio che si presta alla raccolta del contatto nel rispetto delle informative sulla privacy.

Evento aziendale, un’immagine da portare a casa

Per una festa di Natale, un anniversario o un kick off la funzione è la memorabilità. Il lavoro di Timothy Brady, Talia Konkle, George Alvarez e Aude Oliva, pubblicato su PNAS nel 2008, dà un’idea di quanto sia capiente la memoria per le immagini. I partecipanti osservarono 2.500 immagini di oggetti e poi, davanti a coppie di immagini, dovevano indicare quale avessero già visto. Riconobbero quella giusta nel 92 per cento dei casi quando l’alternativa apparteneva a un’altra categoria, nell’88 per cento quando era un altro esemplare della stessa categoria e nell’87 per cento quando era lo stesso oggetto in uno stato diverso.

Lo studio misura il riconoscimento di immagini viste in laboratorio e non dice nulla, da solo, su un quadro portato a casa. Aiuta però a ragionare sul confronto con il photobooth che si vede a ogni festa aziendale. La foto ricordo registra l’aspetto della persona in un momento qualsiasi della serata, non è legata a uno stimolo in particolare e somiglia a molte altre foto dello stesso genere. Il quadro BrainArt nasce dalla risposta della persona a uno stimolo scelto dall’organizzatore, ha un aspetto diverso da quello dei colleghi passati dalla stessa postazione e arriva con una spiegazione ricevuta sul momento. Il discrimine sta nella progettazione sulla memoria, cioè nel costruire l’esperienza intorno a un contenuto che si vuole far ricordare.

Il dato di percezione raccolto in condizioni reali

A queste funzioni se ne può aggiungere una quarta. Quando l’ingaggio è di neuromarketing esperienziale, i segnali registrati mentre i partecipanti guardano uno spot, un packaging o un prodotto diventano dati di percezione restituiti al brand; il sistema, infatti, raccoglie oltre 80 metriche che confluiscono in un report. In questo caso il modo di lavorare cambia, perché dietro c’è uno studio. La calibrazione del dispositivo, la gestione degli artefatti oculari descritti sopra e la standardizzazione dello stimolo devono reggere un’analisi.

Va fatto un confronto con il laboratorio: una sessione con decine di elettrodi, gel ed eye tracking produce molti più dati di un archetto a quattro canali che non copre la corteccia visiva e non sa dove si posi lo sguardo. In laboratorio, però, la persona sa di essere osservata, resta immobile e cablata, e svolge un compito costruito apposta. All’evento la stessa persona guarda il prodotto seduta allo stand, dentro un’esperienza che ha scelto di vivere. BrainArt raccoglie meno dati ma in condizioni molto più vicine a quelle in cui il prodotto verrà visto davvero.

Il video come stimolo visivo in quattro eventi BrainArt

Il video è uno stimolo visivo che dura nel tempo. Mentre scorre cambiano inquadrature, colori e ritmo, e il sensore registra la risposta lungo tutta la visione, con la risoluzione temporale che rende l’EEG adatto a seguire uno stimolo in movimento. Per un’azienda c’è anche un vantaggio pratico, perché spesso il contenuto esiste già. Quattro eventi realizzati da BrainArt mostrano come lo stesso formato si adatti a obiettivi diversi.

Per Big Graniti lo stimolo è stato un video aziendale. È il caso più semplice e il più replicabile, perché quasi ogni azienda ha un filmato istituzionale, che negli eventi finisce spesso su uno schermo in loop davanti a persone di passaggio. Dentro l’esperienza BrainArt lo stesso filmato viene guardato dall’inizio alla fine da una persona seduta davanti allo schermo, e il quadro che ne esce nasce da quella visione.

Con Ottobock il video era dedicato alle Paralimpiadi, quindi a un racconto più che a un prodotto. Il partecipante segue una storia, e il quadro che porta via resta legato al tema che il brand ha scelto per quell’evento.

Per CopiaIncolla il video ripercorreva i traguardi raggiunti dall’agenzia e i momenti più significativi del suo 2024. È lo stimolo che più si avvicina alla rilevanza personale di cui parlano Vessel e colleghi, perché per chi quei momenti li ha vissuti il contenuto riguarda anche la propria storia. In quest’occasione il quadro ha quindi registrato la risposta di una persona a un anno di lavoro di cui ha fatto parte.

Lo.Li. Pharma ha portato BrainArt in fiera con un video dedicato a Elyanna, il nuovo complemento alimentare presentato in quell’occasione. Il caso tiene insieme le due esigenze di uno stand che lancia un prodotto. La visualizzazione in tempo reale lavora sul richiamo dei visitatori, e chi si siede guarda per tutta la durata dell’esperienza il video della novità appena presentata, che diventa così l’origine del suo quadro.

Un secolo dopo Berger

C’è un’ironia nella storia di questa tecnica. Secondo la ricostruzione del Max Planck Institute for Biological Cybernetics di Tubinga, Berger da giovane, durante il servizio militare, cadde da cavallo e per poco non fu travolto da un carro d’artiglieria. Lo stesso giorno la sorella, a molti chilometri di distanza, ebbe la sensazione che gli fosse successo qualcosa di grave e insistette per mandargli un telegramma. Berger si convinse che si trattasse di telepatia e costruì il proprio strumento per cercarne una traccia fisica nel cervello. Trovò il ritmo alfa e la sua sensibilità all’apertura degli occhi. La tecnica nata da quella ricerca registra con grande precisione quando il cervello risponde a ciò che vede, e su cosa la persona stia pensando continua a non dire nulla.

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