This machine, which we all have residing in our skulls, reminds me of an aphorism, of a comment of Woody Allen to ask about what is the very best thing to have within your skull. And it's this machine. And it's constructed for change. It's all about change. It confers on us the ability to do things tomorrow that we can't do today, things today that we couldn't do yesterday. And of course it's born stupid.
Questa macchina. che tutti noi abbiamo riposta nel nostro cranio, mi ricorda un aforisma, un commento di Woody Allen su quale sia la cosa migliore da avere nel proprio cranio. Ed è questa macchina. Ed è predisposta al cambiamento. Il cambiamento è tutto. Ci da la possibilità di fare domani ciò che non possiamo fare oggi, oggi le cose che non potevamo fare ieri. E naturalmente nasce stupida.
The last time you were in the presence of a baby -- this happens to be my granddaughter, Mitra. Isn't she fabulous? (Laughter) But nonetheless when she popped out despite the fact that her brain had actually been progressing in its development for several months before on the basis of her experiences in the womb -- nonetheless she had very limited abilities, as does every infant at the time of normal, natural full-term birth. If we were to assay her perceptual abilities, they would be crude. There is no real indication that there is any real thinking going on. In fact there is little evidence that there is any cognitive ability in a very young infant. Infants don't respond to much. There is not really much of an indication in fact that there is a person on board. (Laughter) And they can only in a very primitive way, and in a very limited way control their movements.
L'ultima volta che siete stati vicino ad un bambino - questa è mia nipote Mitra. Non è favolosa? (Risate) Ma comunque, quando saltò fuori nonostante il suo cervello avesse fatto dei progressi nel suo sviluppo, per diversi mesi sulla base delle sue esperienze nel grembo materno. Ciò nonostante le sue capacità erano molto limitate, come per tutti i infanti nel momento della nascita a termine. Se testassimo le sue abilità percettive, sarebbero limitate Non vi è alcuna indicazione che vi sia un reale pensiero in azione. In realtà ci sono poche prove che ci sia qualche abilità cognitiva in un bambino molto piccolo. I neonati non rispondono a molto. Non c'è nessuna reale indicazione sul fatto che ci sia una persona a bordo. (Risate) e possono solo in un modo molto primitivo, e in modo molto limitato controllare i loro movimenti.
It would be several months before this infant could do something as simple as reach out and grasp under voluntary control an object and retrieve it, usually to the mouth. And it will be some months beforeward, and we see a long steady progression of the evolution from the first wiggles, to rolling over, and sitting up, and crawling, standing, walking, before we get to that magical point in which we can motate in the world. And yet, when we look forward in the brain we see really remarkable advance. By this age the brain can actually store. It has stored, recorded, can fastly retrieve the meanings of thousands, tens of thousands of objects, actions, and their relationships in the world. And those relationships can in fact be constructed in hundreds of thousands, potentially millions of ways. By this age the brain controls very refined perceptual abilities. And it actually has a growing repertoire of cognitive skills. This brain is very much a thinking machine. And by this age there is absolutely no question that this brain, it has a person on board. And in fact at this age it is substantially controlling its own self-development. And by this age we see a remarkable evolution in its capacity to control movement.
Ci vorranno diversi mesi prima che questo neonato possa fare qualcosa di semplice come raggiungere ed afferrare qualcosa in modo volontario e portarselo di solito alla bocca. Passeranno altri mesi, e vedremo una lunga e costante progressione dell'evoluzione, dalle prime contorsioni, al rotolare, al sedersi, e gattonare, alzarsi, camminare, prima di arrivare al momento magico nel quale potrà muoversi nel mondo. Ma quando guardiamo nel cervello noi vediamo notevoli progressi. In questa età il cervello può di fatto archiviare. Ha raccolto, registrato può rapidamente ritrovare il significato di migliaia, decine di migliaia di oggetti, azioni e le loro relazioni con il mondo. E queste relazioni di fatto possono essere costruite in centinaia di migliaia, potenzialmente milioni di modi. A questa età il cervello controlla abilità percettive molto raffinate. Ha, di fatto, un repertorio crescente di capacità cognitive. Questo cervello è proprio una macchina pensante. E a questa età non ci sono più dubbi che questo cervello abbia una persona a bordo. E infatti a questa età sta realmente controllando il suo stesso sviluppo. E a questa età notiamo una notevole evoluzione nella sua capacità di controllare i movimenti.
Now movement has advanced to the point where it can actually control movement simultaneously, in a complex sequence, in complex ways as would be required for example for playing a complicated game, like soccer. Now this boy can bounce a soccer ball on his head. And where this boy comes from, Sao Paulo, Brazil, about 40 percent of boys of his age have this ability. You could go out into the community in Monterey, and you'd have difficulty finding a boy that has this ability. And if you did he'd probably be from Sao Paulo. (Laughter)
Ora la capacità di movimento è arrivata al punto in cui può controllare movimenti simultanei in sequenze complesse, in maniera complessa come è richiesto ad esempio per praticare giochi complicati, come il calcio. Ora, questo bambino può far rimbalzare un pallone sulla sua testa. E da dove arriva il bambino? Da San Paolo, Brasile. Circa il 40% dei bambini a questa età hanno questa abilità. Se andiamo nella comunità di Monterey avremo difficoltà a trovare un bambino con queste capacità. E se lo troviamo, è probabilmente di San Paolo. (Risate)
That's all another way of saying that our individual skills and abilities are very much shaped by our environments. That environment extends into our contemporary culture, the thing our brain is challenged with. Because what we've done in our personal evolutions is build up a large repertoire of specific skills and abilities that are specific to our own individual histories. And in fact they result in a wonderful differentiation in humankind, in the way that, in fact, no two of us are quite alike. Every one of us has a different set of acquired skills and abilities that all derive out of the plasticity, the adaptability of this really remarkable adaptive machine. In an adult brain of course we've built up a large repertoire of mastered skills and abilities that we can perform more or less automatically from memory, and that define us as acting, moving, thinking creatures.
Questo è un altro modo per dire che le nostre competenze e capacità sono molto influenzate dal nostro ambiente. L'ambiente comprende anche la nostra cultura contemporanea, le cose con le quali il cervello si sfida. Perché ciò che facciamo nella nostra evoluzione personale è costruire un grande repertorio di capacità ed abilità specifiche, specifiche delle nostre storie individuali. Infatti producono una fantastica differenziazione del genere umano. Per questo nessuno di noi è uguale ad un altro. Ognuno di noi ha un repertorio di capacità ed abilità acquisite che derivano dalla plasticità, dalla flessibilità di questa fantastica macchina per l'adattamento. In un cervello adulto naturalmente abbiamo costruito un grande repertorio di capacità e abilità consolidate che possiamo eseguire più o meno automaticamente a memoria, e che ci definiscono, come creature che agiscono, si muovono, pensano.
Now we study this, as the nerdy, laboratory, university-based scientists that we are, by engaging the brains of animals like rats, or monkeys, or of this particularly curious creature -- one of the more bizarre forms of life on earth -- to engage them in learning new skills and abilities. And we try to track the changes that occur as the new skill or ability is acquired. In fact we do this in individuals of any age, in these different species -- that is to say from infancies, infancy up to adulthood and old age. So we might engage a rat, for example, to acquire a new skill or ability that might involve the rat using its paw to master particular manual grasp behaviors just like we might examine a child and their ability to acquire the sub-skills, or the general overall skill of accomplishing something like mastering the ability to read. Or you might look in an older individual who has mastered a complex set of abilities that might relate to reading musical notation or performing the mechanical acts of performance that apply to musical performance.
Ora studiamo questo, come gli scienziati nerd dei laboratori universitari che siamo, attiviamo cervelli di amimali come i topi, le scimmie, o di queste particolari strane creature, una delle più bizzarre forme di vita sulla terra, impegnandole ad apprendere nuove capacità ed abilità. E cerchiamo di tracciare i cambiamenti che si verificano nel momento in cui si acquisisce una nuova capacità o abilità. E lo facciamo con individui di qualsiasi età nelle diverse specie. Vale a dire dall'infanzia, dall'infanzia all'età adulta e nella vecchiaia. Così portiamo un topo, ad esempio, ad acquisire una nuova capacità o abilità che comporta il fatto che il topo usi una zampa per perfezionare un particolare movimento così come possiamo osservare un bambino e la sua abilità ad acquisire delle sub-capacità o complessivamente l'abilità generale di apprendere qualcosa come padroneggiare la capacità di leggere. O possiamo osservarne un individuo più maturo che ha appreso una gamma complessa di abilità che può avere a che fare con la lettura delle note musicali o l'esecuzione di movimenti meccanici per l'esecuzione di un'esibizione musicale.
From these studies we defined two great epochs of the plastic history of the brain. The first great epoch is commonly called the "Critical Period." And that is the period in which the brain is setting up in its initial form its basic processing machinery. This is actually a period of dramatic change in which it doesn't take learning, per se, to drive the initial differentiation of the machinery of the brain. All it takes for example in the sound domain, is exposure to sound. And the brain actually is at the mercy of the sound environment in which it is reared. So for example I can rear an animal in an environment in which there is meaningless dumb sound, a repertoire of sound that I make up, that I make, just by exposure, artificially important to the animal and its young brain. And what I see is that the animal's brain sets up its initial processing of that sound in a form that's idealized, within the limits of its processing achievements to represent it in an organized and orderly way. The sound doesn't have to be valuable to the animal: I could raise the animal in something that could be hypothetically valuable, like the sounds that simulate the sounds of a native language of a child. And I see the brain actually develop a processor that is specialized -- specialized for that complex array, a repertoire of sounds. It actually exaggerates their separateness of representation, in multi-dimensional neuronal representational terms.
Da questi studi abbiamo individuato due grandi fasi della storia della plasticità cerebrale. La prima grande epoca è comunemente detta il "Periodo Critico". E questo è il periodo nel quale il cervello si configura nella sua forma iniziale, la struttura operativa di base. Questo è di fatto un periodo di cambiamenti straordinari nei quali non è necessariamente l'apprendimento stesso a guidare le iniziali differenziazioni dei meccanismi del cervello. E' sufficiente, ad esempio, per la comprensione del suono, l'esposizione al suono. E il cervello è in realtà alla mercè dell'ambiente sonoro nel quale sta crescendo. Così per esempio posso allevare un animale in un ambiente nel quale vi è un insignificante ronzio. Una gamma di suoni che genero, che creo così da poter esporre, in modo artificialmente importante, l'animale e il suo giovane cervello. E ciò che io vedo formarsi nel cervello è il processo iniziale di quel suono in questa forma teorica, entro i limiti del suo modo di elaborare che si esprime e si organizza in modi ordinati. Il suono potrebbe non avere valore per l'animale. Potrei allevare l'animale in qualcosa di ipoteticamente importante, come il suono che simula il suono della lingua madre di un bambino E io vedo il cervello svilupparsi come un processore specializzato. Specializzato per quel complesso sistema, un repertorio di suoni. Effettivamente si esagera la differenza di rappresentazione in termini di rappresentazioni multidimensionali dei neuroni.
Or I can expose the animal to a completely meaningless and destructive sound. I can raise an animal under conditions that would be equivalent to raising a baby under a moderately loud ceiling fan, in the presence of continuous noise. And when I do that I actually specialize the brain to be a master processor for that meaningless sound. And I frustrate its ability to represent any meaningful sound as a consequence. Such things in the early history of babies occur in real babies. And they account for, for example the beautiful evolution of a language-specific processor in every normally developing baby. And so they also account for development of defective processing in a substantial population of children who are more limited, as a consequence, in their language abilities at an older age.
O posso esporre l'animale a suoni senza senso e distruttivi. Posso allevare un animale in condizioni che sarebbero equivalenti ad allevare un bimbo sotto ad un ventilatore rumoroso, in presenza di rumore continuo. E quando lo faccio io specializzo il cervello a diventare un processore per suoni senza senso. E comprometto la sua abilità di interpretare suoni che abbiano significato come conseguenza. Cose del genere, nella prima infanzia di bambini accadono a veri bambini. E rappresentano, ad esempio la bella evoluzione di un processore specifico per il linguaggio nello sviluppo normale di un bambino. E rappresentano anche lo sviluppo difettoso in un notevole numero di bambini che vengono di conseguenza limitati nelle loro abilità linguistiche, in età più matura.
Now in this early period of plasticity the brain actually changes outside of a learning context. I don't have to be paying attention to what I hear. The input doesn't really have to be meaningful. I don't have to be in a behavioral context. This is required so the brain sets up it's processing so that it can act differentially, so that it can act selectively, so that the creature that wears it, that carries it, can begin to operate on it in a selective way. In the next great epoch of life, which applies for most of life, the brain is actually refining its machinery as it masters a wide repertoire of skills and abilities. And in this epoch, which extends from late in the first year of life to death; it's actually doing this under behavioral control. And that's another way of saying the brain has strategies that define the significance of the input to the brain. And it's focusing on skill after skill, or ability after ability, under specific attentional control. It's a function of whether a goal in a behavior is achieved or whether the individual is rewarded in the behavior. This is actually very powerful. This lifelong capacity for plasticity, for brain change, is powerfully expressed. It is the basis of our real differentiation, one individual from another. You can look down in the brain of an animal that's engaged in a specific skill, and you can witness or document this change on a variety of levels.
Ora in questo primo periodo di plasticità il cervello opera cambiamenti al di fuori del contesto di apprendimento. Non devo prestare attenzione a ciò che sento. Ciò che entra non deve per forza avere un significato. Non devo essere in un contesto comportamentale. Questo è necessario perchè il cervello si strutturi così che possa agire in modo differenziale, così che possa agire selettivamente, in modo che la creatura che lo indossa, che lo porta, può iniziare ad operare su di esso in modo selettivo. Nella successiva grande fase della vita, che riguarda gran parte della vita, il cervello affina realmente i suoi meccanismi e apprende un grande repertorio di capacità e abilità. E in questa fase che si estende dalla fine del primo anno di vita fino alla morte è realmento sotto il controllo dei comportamenti. E questo è un altro modo per dire che il cervello possiede strategie che definiscono il significato degli input al cervello. E si focalizza su capacità dopo capacità, o abilità dopo abilità, sotto lo specifico controllo dell'attenzione. E' il risultato del fatto che un obiettivo in un comportamento venga raggiunto o che l'individuo venga premiato in quel comportamento. Ciò è veramente potente. Questa capacità permanente nella plasticità, per il cambiamento del cervello è espressa con forza. E' la base della nostra differenziazione, di un individuo da un altro. Se guardiamo nel cervello di un animale impegnato in una particolare abilità, possiamo misurare o documentare questo cambiamento a molti livelli.
So here is a very simple experiment. It was actually conducted about five years ago in collaboration with scientists from the University of Provence in Marseilles. It's a very simple experiment where a monkey has been trained in a task that involves it manipulating a tool that's equivalent in its difficulty to a child learning to manipulate or handle a spoon. The monkey actually mastered the task in about 700 practice tries. So in the beginning the monkey could not perform this task at all. It had a success rate of about one in eight tries. Those tries were elaborate. Each attempt was substantially different from the other. But the monkey gradually developed a strategy. And 700 or so tries later the monkey is performing it flawlessly -- never fails. He's successful in his retrieval of food with this tool every time. At this point the task is being performed in a beautifully stereotyped way: very beautifully regulated and highly repeated, trial to trial.
Qui c'è un semplice esperimento. In realtà è stato fatto circa cinque anni fa in collaborazione con scienziati dell'Università della Provenza a Marsiglia. E' un semplice esperimento nel quale una scimmia viene addestrata in una prova che comporta l'uso di uno strumento equivalente alla difficoltà per un bambino di imparare ad usare un cucchiaio. La scimmia ha superato il compito in circa 700 tentativi. All'inizio la scimmia non riusciva per niente nel compito. Aveva un tasso di riuscita di circa uno su otto tentativi. Questi tentativi erano complessi. Ogni tentativo era sostanzialmente diverso dall'altro. Ma la scimmia ha gradualmente sviluppato una strategia. E più o meno dopo 700 prove la scimmia ha un esecuzione impeccabile, non sbaglia mai. Ha successo nel suo procurarsi del cibo con lo strumento ogni volta. A questo punto il compito viene eseguito in un bellissimo modo automatico. Molto ben controllato, sempre ripetuto, prova dopo prova.
We can look down in the brain of the monkey. And we see that it's distorted. We can track these changes, and have tracked these changes in many such behaviors across time. And here we see the distortion reflected in the map of the skin surfaces of the hand of the monkey. Now this is a map, down in the surface of the brain, in which, in a very elaborate experiment we've reconstructed the responses, location by location, in a highly detailed response mapping of the responses of its neurons. We see here a reconstruction of how the hand is represented in the brain. We've actually distorted the map by the exercise. And that is indicated in the pink. We have a couple fingertip surfaces that are larger. These are the surfaces the monkey is using to manipulate the tool. If we look at the selectivity of responses in the cortex of the monkey, we see that the monkey has actually changed the filter characteristics which represents input from the skin of the fingertips that are engaged. In other words there is still a single, simple representation of the fingertips in this most organized of cortical areas of the surface of the skin of the body. Monkey has like you have. And yet now it's represented in substantially finer grain. The monkey is getting more detailed information from these surfaces. And that is an unknown -- unsuspected, maybe, by you -- part of acquiring the skill or ability.
Possiamo guardare nel cervello della scimmia E vediamo che è distorto. Noi possiamo seguire questi cambiamenti e abbiamo monitorato questi cambiamenti in molti altri cambiamenti simili nel tempo. E qui vediamo la distorsione riportata nella mappa della superficie della pelle nelle mani della scimmia. Ora questa è una mappa, ricavata dalla superficie del cervello nel quale in una prova molto complessa abbiamo ricostruito le risposte area per area, con un elevato dettaglio per monitorare le risposte dei suoi neuroni. Qui vediamo la ricostruzione di come le mani sono rappresentate nel cervello. Abbiamo di fatto distorto mappa con l'esecuzione dell'esercizio. E questo è indicato in rosa. Abbiamo una coppia di dita con le superfici più grandi. Queste sono le superfici che la scimmia usa per utilizzare lo strumento. Se guardiamo la selettività delle risposte nella corteccia della scimmia, vediamo che la scimmia ha realmente cambiato le caratteristiche del filtro che rappresenta l'input dalla pelle, delle punta delle dita che sono state impiegate. In altre parole c'è solo una singola, semplice rappresentazione delle dita in questa area più organizzata della superficie della pelle del corpo. La scimmia ha ciò che avete voi. Eppure ora viene rappresentato con un dettaglio maggiore. La scimmia ottiene informazioni più dettagliate da queste superfici. E questo per voi, forse è una parte sconosciuta, inaspettata, dell'acquisire la capacità o l'abilità.
Now actually we've looked in several different cortical areas in the monkey learning this task. And each one of them changes in ways that are specific to the skill or ability. So for example we can look to the cortical area that represents input that's controlling the posture of the monkey. We look in cortical areas that control specific movements, and the sequences of movements that are required in the behavior, and so forth. They are all remodeled. They all become specialized for the task at hand. There are 15 or 20 cortical areas that are changed specifically when you learn a simple skill like this. And that represents in your brain, really massive change. It represents the change in a reliable way of the responses of tens of millions, possibly hundreds of millions of neurons in your brain. It represents changes of hundreds of millions, possibly billions of synaptic connections in your brain. This is constructed by physical change. And the level of construction that occurs is massive. Think about the changes that occur in the brain of a child through the course of acquiring their movement behavior abilities in general. Or acquiring their native language abilities. The changes are massive.
Ora in realtà abbiamo osservato diverse parti dell'area corticale in una scimmia che apprende questo compito. E ognuno di questi cambiamenti sono specifici della capacità o abilità. Così ad esempio possiamo vedere l'area corticale che rappresenta l'imput che controlla la postura della scimmia. Vediamo l'area corticale che controlla specifici movimenti, e la sequenza dei movimenti che sono richiesti per un comportamento e così via. Sono tutti ristrutturati. Sono diventati tutti specializzati per il compito del momento. Ci sono 15 o 20 aree corticali che cambiano specificamente quando imparate una semplice compito come questo. E questo rappresenta nel vostro cervello, un vero imponente cambiamento. Rappresenta un cambiamento autentico delle risposte di decine di milioni forse centinaia di milioni di neuroni nel vostro cervello. Rappresenta cambiamenti di centinaia di milioni, forse miliardi di connessioni sinaptiche nel vostro cervello. Questo è costruito da un cambiamento fisico. E il livello di costruzione che si verifica è imponente. Pensate al cambiamento che avviene nel cervello di un bambino mentre acquisisce i movimenti per il comportamento e le abilità in generale. O acquisendo la capacità del linguaggio. I cambiamenti sono enormi.
What it's all about is the selective representations of things that are important to the brain. Because in most of the life of the brain this is under control of behavioral context. It's what you pay attention to. It's what's rewarding to you. It's what the brain regards, itself, as positive and important to you. It's all about cortical processing and forebrain specialization. And that underlies your specialization. That is why you, in your many skills and abilities, are a unique specialist: a specialist that's vastly different in your physical brain in detail than the brain of an individual 100 years ago; enormously different in the details from the brain of the average individual 1,000 years ago. Now, one of the characteristics of this change process is that information is always related to other inputs or information that is occurring in immediate time, in context. And that's because the brain is constructing representations of things that are correlated in little moments of time and that relate to one another in little moments of successive time. The brain is recording all information and driving all change in temporal context. Now overwhelmingly the most powerful context that's occurred in your brain is you. Billions of events have occurred in your history that are related in time to yourself as the receiver, or yourself as the actor, yourself as the thinker, yourself as the mover. Billions of times little pieces of sensation have come in from the surface of your body that are always associated with you as the receiver, and that result in the embodiment of you. You are constructed, your self is constructed from these billions of events. It's constructed. It's created in your brain. And it's created in the brain via physical change. This is a marvelously constructed thing that results in individual form because each one of us has vastly different histories, and vastly different experiences, that drive in to us this marvelous differentiation of self, of personhood.
Tutto ciò riguarda la rappresentazione selettiva di cose che sono importanti per il cervello. Perché nella gran parte della vita del cervello questo è sotto il controllo del contesto comportamentale. E' ciò a cui prestate attenzione. E' ciò che è gratificante per voi. E' ciò che il cervello ritiene come positivo e importante per voi. Riguarda i processi corticali e la specializzazione del cervello. E sta alla base della vostra specializzazione. E questa è la ragione per la quale, nelle vostre molte competenze e abilità siete uno specialista unico. Uno specialista enormemente diverso nei particolari fisici del vostro cervello dal cervello di un individuo di 100 anni fa. Enormemente differente nei particolari dal cervello della media degli individui di 1000 anni fa. Ora, una delle caratteristiche di questo processo di cambiamento è che l'informazione è sempre legata agli input o informazioni che arrivano nel momento, nel contesto. Questo perchè il cervello costruisce rappresentazioni cose che sono correlate in istanti successivi di tempo. e si riferiscono l'un l'altro in piccoli momenti che si susseguono. Il cervello registra tutte le informazioni e guida tutto il cambiamento in un contesto temporale. Ora, indubbiamente, il contesto più potente che sia capitato nel vostro cervello siete voi. Miliardi di eventi sono accaduti nella vostra storia che sono collegati nel tempo con voi stessi come ricevitori, o come attori, o pensatori, come motori. Miliardi di volte piccoli pezzi di sensazioni sono arrivate dalla superficie del vostro corpo che sono sempre state associate a voi come ricevitore, e il risultato è incarnato in voi. Voi siete costruiti, il vostro self è costruito da questi miliardi di eventi. Si è creato. Si è creato nel vostro cervello. E si è creato nel cervello attraverso un cambiamento fisico. Questa meravigliosa costruzione è una cosa che prende una forma unica perchè ciascuno di noi ha una storia differente. E una vastità di esperienze diverse che guidano in noi questa straordinaria differenziazione del self, della nostra persona.
Now we've used this research to try to understand not just how a normal person develops, and elaborates their skills and abilities, but also try to understand the origins of impairment, and the origins of differences or variations that might limit the capacities of a child, or an adult. I'm going to talk about using these strategies to actually design brain plasticity-based approach to drive corrections in the machinery of a child that increases the competence of the child as a language receiver and user and, thereafter, as a reader. And I'm going to talk about experiments that involve actually using this brain science, first of all to understand how it contributes to the loss of function as we age. And then, by using it in a targeted approach we're going to try to differentiate the machinery to recover function in old age.
Ora abbiamo usato questa ricerca per cercare di capire non solo come le persone normali si sviluppano, ed elaborano le loro competenze ed abilità, ma anche per capire le cause dei difetti e l'origine delle differenze o variazioni che possono limitare le capacità di un bambino o di un adulto. Sto per parlarvi di come usiamo queste strategie per progettare di fatto un approccio basato sulla plasticità del cervello per guidare le correzioni nella "macchina" di un bambino, che accresce la competenza di un bambino come ricevitore e utilizzatore del linguaggio ed in seguito, come lettore. Vi dirò di un esperimento che coinvolge realmente l'uso di questa scienza del cervello. Prima di tutto per capire cosa contribuisce alla perdita di funzionalità con l'età. Poi, utilizzandola in un approccio mirato andremo a di differenziare la macchina per recuperare le funzionalità in età avanzata.
So the first example I'm going to talk about relates to children with learning impairments. We now have a large body of literature that demonstrates that the fundamental problem that occurs in the majority of children that have early language impairments, and that are going to struggle to learn to read, is that their language processor is created in a defective form. And the reason that it rises in a defective form is because early in the baby's brain's life the machine process is noisy. It's that simple. It's a signal-to-noise problem. Okay? And there are a lot of things that contribute to that. There are numerous inherited faults that could make the machine process noisier. Now I might say the noise problem could also occur on the basis of information provided in the world from the ears.
Il primo esempio del quale parlerò riguarda bambini con difficoltà di apprendimento. Ora abbiamo un vasta letteratura che dimostra che il problema fondamentale che capita alla maggioranza dei bambini che hanno difficoltà nel linguaggio da piccoli e che faranno fatica ad imparare a leggere, è che il loro processore del linguaggio è stato creato in maniera difettosa. E la ragione per la quale cresce in forma difettosa è perchè all'inizio della vita del cervello del bambino il funzionamento è rumoroso. E' semplice. Il problema è un segnale rumoroso. Ok? E ci sono molte cose che contribuiscono a ciò. Ci sono diversi difetti ereditati che possono rendere il funzionamento più rumoroso. Vi dirò anche che il problema del rumore puo essere dovuto al tipo di informazioni che provengono dal mondo, dalle orecchie.
If any -- those of you who are older in the audience know that when I was a child we understood that a child born with a cleft palate was born with what we called mental retardation. We knew that they were going to be slow cognitively; we knew they were going to struggle to learn to develop normal language abilities; and we knew that they were going to struggle to learn to read. Most of them would be intellectual and academic failures. That's disappeared. That no longer applies. That inherited weakness, that inherited condition has evaporated. We don't hear about that anymore. Where did it go? Well, it was understood by a Dutch surgeon, about 35 years ago, that if you simply fix the problem early enough, when the brain is still in this initial plastic period so it can set up this machinery adequately, in this initial set up time in the critical period, none of that happens. What are you doing by operating on the cleft palate to correct it? You're basically opening up the tubes that drain fluid from the middle ears, which have had them reliably full. Every sound the child hears uncorrected is muffled. It's degraded. The child's native language is such a case is not English. It's not Japanese. It's muffled English. It's degraded Japanese. It's crap. And the brain specializes for it. It creates a representation of language crap. And then the child is stuck with it.
Se qualcuno -- quelli più anziani tra voi lo sanno -- che quando io ero bambino, sapevamo che un bambino affetto da palatoschisi era nato con quello che chiamiamo ritardo mentale. Sapevamo che avrebbero presentato difficoltà cognitive. Sapevamo che avrebbero avuto difficoltà a sviluppare le normali abilità linguistiche. E che avrebbero fatto fatica ad imparare a leggere. La maggioranza di loro avrebbe avuto fallimenti intellettivi e scolastici. Questo è scomparso. Non capita più. Questa debolezza ereditaria, questa condizione ereditata si è dissolta. Non ne sentiamo più parlare. Dov'è andata? Bene, un chirurgo olandese ha capito circa 35 anni fa, che se risolvi il problema abbastanza presto, quando il cervello è ancora in questo periodo di plasticità iniziale così che possa risistemare il meccanismo adeguatamente in questo periodo iniziale di taratura, nel periodo critico, nulla di ciò capita poi. Cosa succede quando si opera la palatoschisi per correggerla? Praticamente si aprono i tubi che scaricano dall'orecchio medio, il liquido che li sta intasando. Ogni suono che il bambino sente è smorzato. E' degradato. In questi casi la lingua madre non è l'Inglese. Non è il Giapponese. E' un Inglese spento. E' un Giapponese degradato. E' una schifezza. E il cervello si specializza per quella. E crea la rappresentazione di una lingua schifezza. E il bambino rimane incollato a quella.
Now the crap doesn't just happen in the ear. It can also happen in the brain. The brain itself can be noisy. It's commonly noisy. There are many inherited faults that can make it noisier. And the native language for a child with such a brain is degraded. It's not English. It's noisy English. And that results in defective representations of sounds of words -- not normal -- a different strategy, by a machine that has different time constants and different space constants. And you can look in the brain of such a child and record those time constants. They are about an order of magnitude longer, about 11 times longer in duration on average, than in a normal child. Space constants are about three times greater. Such a child will have memory and cognitive deficits in this domain. Of course they will. Because as a receiver of language, they are receiving it and representing it, and in information it's representing crap. And they are going to have poor reading skills. Because reading is dependent upon the translation of word sounds into this orthographic or visual representational form. If you don't have a brain representation of word sounds that translation makes no sense. And you are going to have corresponding abnormal neurology.
Ora la schifezza non c'è solo nell'orecchio. Può anche accadere nel cervello. Anche il cervello può essere rumoroso. Solitamente è rumoroso. Ci sono molti difetti ereditari che possono renderlo più rumoroso. E la lingua madre per un bambino con questo cervello è degradata. Non è Inglese. E' Inglese rumoroso. E questo risulta nella riproduzione difettosa di suoni, di parole, non normali, una strategia diversa, propria di una macchina che ha costanti spaziali diverse. E si può guardere nel cervello di questi bambini e registrare queste costanti di tempo. Sono di un ordine di grandezza maggiore, in media circa 11 volte più lunghe in durata che in un bambino normale. Le costanti spaziali sono circa tre volte più grandi. Questo tipo di bambino avrà difetti cognitivi e della memoria in questo campo. Certo che li avrà. Perchè come ricevitore del linguaggio, come lo riceve, così lo riprode. E l'informazione è la rappresentazione di una schifezza. E avrà scarse capacità di lettura. Perchè leggere dipende dalla traduzione dei suoni delle parole nella loro ortografica o nella rappresentazione formale visiva. Se non avete una rappresentazione cerebrale dei suoni delle parole questa traduzione non ha senso. E si finisce per avere un corrispettivo di una neurologia anormale.
Then these children increasingly in evaluation after evaluation, in their operations in language, and their operations in reading -- we document that abnormal neurology. The point is is that you can train the brain out of this. A way to think about this is you can actually re-refine the processing capacity of the machinery by changing it. Changing it in detail. It takes about 30 hours on the average. And we've accomplished that in about 430,000 kids today. Actually, probably about 15,000 children are being trained as we speak. And actually when you look at the impacts, the impacts are substantial.
Poi questi bambini sempre più, esame dopo esame, nei loro processi di linguaggio, e processi di lettura ... risulta una neurologia anormale. Il fatto è che è possibile allenare il cervello ad uscirne. Si tratta di pensare che è possibile ri-affinare le capacità di elaborazione della macchina. cambiandole. Cambiarle nei particolari. Richiede in media circa 30 ore. E lo abbiamo fatto con circa 430.000 bambini fino ad ora. In realtà circa 15.000 bambini vengono educati proprio in questo momento. E in verità guardando ai risultati, i risultati sono notevoli.
So here we're looking at the normal distribution. What we're most interested in is these kids on the left side of the distribution. This is from about 3,000 children. You can see that most of the children on the left side of the distribution are moving into the middle or the right. This is in a broad assessment of their language abilities. This is like an IQ test for language. The impact in the distribution, if you trained every child in the United States, would be to shift the whole distribution to the right and narrow the distribution. This is a substantially large impact.
Quindi, qui stiamo vedendo la distribuzione normale. Ciò che più ci interessa in questi bambini è sul lato sinistro della distribuzione. Questo viene da circa 3.000 bambini. Potete vedere che la gran parte dei bambini sul lato sinistro della distribuzione si sta spostando verso il centro o a destra. Questa è una valutazione generale delle loro capacità linguistiche. Una specie di test del Q.I. per il linguaggio. L'impatto nella distribuzione, se educate ogni bambino negli Stati Uniti, potrebbe essere di spostare l'intera distribuzione sulla destra e comprimerla. Questo sarebbe uno straordinario risultato.
Think of a classroom of children in the language arts. Think of the children on the slow side of the class. We have the potential to move most of those children to the middle or to the right side. In addition to accurate language training it also fixes memory and cognition speech fluency and speech production. And an important language dependent skill is enabled by this training -- that is to say reading. And to a large extent it fixes the brain. You can look down in the brain of a child in a variety of tasks that scientists have at Stanford, and MIT, and UCSF, and UCLA, and a number of other institutions. And children operating in various language behaviors, or in various reading behaviors, you see for the most extent, for most children, their neuronal responses, complexly abnormal before you start, are normalized by the training.
Pensate ad una classe di lingue di bambini. Pensate ai bambini nel lato lento della classe. Abbiamo le capacità di spostare gran parte di questi bambini al centro o sul lato destro. Oltre ad una accurata formazione al linguaggio migliorerebbero memoria e comprensione, fluidità del linguaggio e dell'espressione. E un importante capacità linguistica viene attivata da questa formazione... vale a dire, leggere. E in generale aggiusta il cervello. Possiamo guardare dentro nel cervello di un bambino in una gamma di compiti che gli scienziati hanno a Stanford al MIT, UCSF ed UCLA e in una serie di altri istituti. E in bambini che hanno in diversi comportamenti linguistici o diversi modi di leggere, si vede che in gran parte, il più dei bambini, dalle loro risposte neuronali, completamente anomale prima di iniziare, vengono normalizzate dalla formazione.
Now you can also take the same approach to address problems in aging. Where again the machinery is deteriorating now from competent machinery, it's going south. Noise is increasing in the brain. And learning modulation and control is deteriorating. And you can actually look down on the brain of such an individual and witness a change in the time constants and space constants with which, for example, the brain is representing language again. Just as the brain came out of chaos at the beginning, it's going back into chaos in the end. This results in declines in memory in cognition, and in postural ability and agility. It turns out you can train the brain of such an individual -- this is a small population of such individuals -- train equally intensively for about 30 hours. These are 80- to 90-year-olds.
Ora possiamo prendere lo stesso metodo e indirizzarlo ai problemi dell'invecchiamento. Quando la macchina si sta deteriorando, ora da meccanismo efficiente, se ne sta andando. Il rumore aumenta nel cervello. E capacità di apprendere e di controllo si indeboliscono. E si può davvero guardare nel cervello di un individuo e assistere al cambiamento delle costanti spaziali e temporali con le quali, ad esempio, il cervello rappresenta ora il linguaggio. Così come il cervello è uscito dal caos all'inizio, sta ritornando nel caos alla fine. Il risultato è un declino di memoria, cognitività, e nelle abilità e agilità dei movimenti. E si scopre che si può addestrare il cervello di un individuo, questo è un piccolo gruppo di soggetti, formarlo sempre intensamente per circa 30 ore. Questi hanno 80 e 90 anni
And what you see are substantial improvements of their immediate memory, of their ability to remember things after a delay, of their ability to control their attention, their language abilities and visual-spatial abilities. The overall neuropsychological index of these trained individuals in this population is about two standard deviations. That means that if you sit at the left side of the distribution, and I'm looking at your neuropyschological abilities, the average person has moved to the middle or the right side of the distribution. It means that most people who are at risk for senility, more or less immediately, are now in a protected position.
E si può vedere un sostanziale incremento immediato della loro memoria, o della loro capacità di ricordare cose dopo un intervallo di tempo, o della capacità di controllare l' attenzione delle loro capacità linguistiche e visive, le abilità spaziali. L'indice neuropsicologico globale dei soggetti formati in questo gruppo è di circa due deviazioni standard. Ciò significa che se vi mettete sul lato sinistro della distribuzione, e guardo alle vostre abilità neuropsicologiche, la media delle persone si è spostata nella metà o sul lato destro della distribuzione. Significa che la maggior parte di chi è a rischio senilità, più o meno imminente, sono in una situazione protetta.
My issues are to try to get to rescuing older citizens more completely and in larger numbers, because I think this can be done in this arena on a vast scale -- and the same for kids. My main interest is how to elaborate this science to address other maladies. I'm specifically interested in things like autism, and cerebral palsy, these great childhood catastrophes. And in older age conditions like Parkinsonism, and in other acquired impairments like schizophrenia.
Il mio problema è ora di riabilitare le persone anziane in modo più completo e in grande numero. Perché penso che si possa fare, in questo modo su vasta scala. Come per i bambini. La mia ricerca è come elaborare questa scienza verso altre patologie. Sono particolarmente interessato a cose come l'autismo, le paralisi cerebrali, queste grandi catastrofi infantili. E in condizioni di età avanzata per il Parkinson, ed altri disturbi acquisiti come la schizofrenia.
Your issues as it relates to this science, is how to maintain your own high-functioning learning machine. And of course, a well-ordered life in which learning is a continuous part of it, is key. But also in your future is brain aerobics. Get ready for it. It's going to be a part of every life not too far in the future, just like physical exercise is a part of every well organized life in the contemporary period. The other way that we will ultimately come to consider this literature and the science that is important to you is in a consideration of how to nurture yourself. Now that you know, now that science is telling us that you are in charge, that it's under your control, that your happiness, your well-being, your abilities, your capacities, are capable of continuous modification, continuous improvement, and you're the responsible agent and party. Of course a lot of people will ignore this advice. It will be a long time before they really understand it. (Laughter) Now that's another issue and not my fault. Okay. Thank you. (Applause)
Il problema al quale si rivolge questa scienza, è come mantenere alte le funzioni della propria macchina di apprendimento. E naturalmente una vita ben ordinata nella quale l'apprendimento continuo è chiave. Ma nel vostro futuro c'è anche l'aerobica cerebrale. Preparatevi a questo. Sarà parte della vita di tutti, in un futuro non lontano. Proprio come l'esercizio fisico è una parte di ogni vita ben organizzata nella nostra epoca. L'altro modo in cui va considerata questa letteratura e scienza che è importante per voi riguarda come arricchire sè stessi. Ora che sapete, ora che la scienza ci dice che è compito vostro, che è sotto il vostro controllo, che la vostra felicità, il vostro benessere, le vostre abilità, le vostre capacità, sono capaci di continuo cambiamento, di un continuo miglioramento, e voi siete gli agenti responsabili e la parte in causa. Naturalmente un sacco di persone ignorerà questo avviso. E passerà molto tempo prima che lo capiscano davvero. (Risate) Questo è un altro problema non è colpa mia. Va bene. Grazie. (Applausi)