Well, as Chris pointed out, I study the human brain, the functions and structure of the human brain. And I just want you to think for a minute about what this entails. Here is this mass of jelly, three-pound mass of jelly you can hold in the palm of your hand, and it can contemplate the vastness of interstellar space. It can contemplate the meaning of infinity and it can contemplate itself contemplating on the meaning of infinity. And this peculiar recursive quality that we call self-awareness, which I think is the holy grail of neuroscience, of neurology, and hopefully, someday, we'll understand how that happens.
Dunque, come ha detto Chris, io studio il cervello umano le funzioni e la struttura del cervello umano. E voglio che pensiate per un minuto a cosa questo comporta. Qui c'è un ammasso di gelatina - un chilo e mezzo di gelatina che si può tenere sul palmo della mano e che può contemplare la vastità dello spazio interstellare. Può contemplare il senso dell'infinito e può contemplare se stesso mentre contempla il senso dell'infinito. E questa peculiare qualità ricorsiva che chiamiamo autoconsapevolezza, che ritengo sia il Santo Graal delle neuroscienze, della neurologia, e un giorno, speriamo, capiremo come questo accade.
OK, so how do you study this mysterious organ? I mean, you have 100 billion nerve cells, little wisps of protoplasm, interacting with each other, and from this activity emerges the whole spectrum of abilities that we call human nature and human consciousness. How does this happen? Well, there are many ways of approaching the functions of the human brain. One approach, the one we use mainly, is to look at patients with sustained damage to a small region of the brain, where there's been a genetic change in a small region of the brain. What then happens is not an across-the-board reduction in all your mental capacities, a sort of blunting of your cognitive ability. What you get is a highly selective loss of one function, with other functions being preserved intact, and this gives you some confidence in asserting that that part of the brain is somehow involved in mediating that function. So you can then map function onto structure, and then find out what the circuitry's doing to generate that particular function. So that's what we're trying to do.
OK, allora come si fa a studiare questo organo misterioso? Voglio dire, ci sono 100 miliardi di cellule nervose, piccoli ciuffi di protoplasma che interagiscono gli uni con gli altri, e da questa attività emerge l'intero spettro delle abilità che chiamiamo natura umana e consapevolezza umana. Come accade? Dunque, ci sono molti modi per indagare le funzioni del cervello umano. Un approccio, quello che adottiamo principalmente, è studiare pazienti che hanno subito danni importanti ad una piccola area del cervello, dove c'è stata una modificazione genetica in una piccola area del cervello. Quel che avviene non è un'improvvisa riduzione di tutte le capacità mentali, una sorta di indebolimento delle abilità cognitive. Accade che la perdita è fortemente selettiva in una funzione mentre altre funzioni rimangono intatte, e questo ci permette di dire con una certa sicurezza che quella parte del cervello è coinvolta nella mediazione di quella funzione. Allora possiamo mappare la funzione sulla struttura, e scoprire dunque cosa sta facendo il circuito per generare quella particolare funzione. Ecco quello che stiamo cercando di fare.
So let me give you a few striking examples of this. In fact, I'm giving you three examples, six minutes each, during this talk. The first example is an extraordinary syndrome called Capgras syndrome. If you look at the first slide there, that's the temporal lobes, frontal lobes, parietal lobes, OK -- the lobes that constitute the brain. And if you look, tucked away inside the inner surface of the temporal lobes -- you can't see it there -- is a little structure called the fusiform gyrus. And that's been called the face area in the brain, because when it's damaged, you can no longer recognize people's faces. You can still recognize them from their voice and say, "Oh yeah, that's Joe," but you can't look at their face and know who it is, right? You can't even recognize yourself in the mirror. I mean, you know it's you because you wink and it winks, and you know it's a mirror, but you don't really recognize yourself as yourself.
Lasciate che vi mostri alcuni suggestivi esempi. Durante questo talk vi mostrerò tre esempi, sei minuti ciascuno. Il primo esempio è una sindrome straordinaria, chiamata "sindrome di Capgras". Se guardate la prima slide, ecco i lobi temporali, i lobi frontali, i lobi parietali, OK i lobi che compongono il cervello. E se guardate, nascosta dentro la superficie interna dei lobi temporali -- non la potete vedere, c'è una piccola struttura chiamata giro fusiforme. L'hanno chiamata l'area facciale del cervello perché quando è danneggiata, non si riconoscono più i visi delle persone. Puoi ancora riconoscerle dalla voce e dire: "oh sì, è Joe" ma non puoi guardarli in faccia e sapere chi è, capito? Non puoi nemmeno riconoscerti allo specchio. Voglio dire, sai di essere tu perché se strizzati l'occhio anche lui lo strizza e sai che si tratta di uno specchio, ma davvero non ti riconosci come te stesso.
OK. Now that syndrome is well known as caused by damage to the fusiform gyrus. But there's another rare syndrome, so rare, in fact, that very few physicians have heard about it, not even neurologists. This is called the Capgras delusion, and that is a patient, who's otherwise completely normal, has had a head injury, comes out of coma, otherwise completely normal, he looks at his mother and says, "This looks exactly like my mother, this woman, but she's an impostor. She's some other woman pretending to be my mother." Now, why does this happen? Why would somebody -- and this person is perfectly lucid and intelligent in all other respects, but when he sees his mother, his delusion kicks in and says, it's not mother.
OK. Ora sappiano che quella sindrome è causata da danni al giro fusiforme. Ma c'è un'altra rara sindrome, di fatto così rara che davvero pochi medici, e persino neurologi, l'hanno mai sentita. Si chiama l'illusione di Capgras, e cioè un paziente che per il resto è del tutto normale ha avuto una lesione alla testa, esce dal coma completamente normale in tutto il resto, guarda sua madre e dice: "Questa donna sembra proprio mia madre, ma è un'impostrice -- è un'altra donna che finge di essere mia madre". Ora, perché succede questo? Come mai -- e questa persona è perfettamente lucida ed intelligente in tutto il resto, ma quando vede sua madre, l'illusione colpisce e lui dice che non è la madre.
Now, the most common interpretation of this, which you find in all the psychiatry textbooks, is a Freudian view, and that is that this chap -- and the same argument applies to women, by the way, but I'll just talk about guys. When you're a little baby, a young baby, you had a strong sexual attraction to your mother. This is the so-called Oedipus complex of Freud. I'm not saying I believe this, but this is the standard Freudian view. And then, as you grow up, the cortex develops, and inhibits these latent sexual urges towards your mother. Thank God, or you would all be sexually aroused when you saw your mother. And then what happens is, there's a blow to your head, damaging the cortex, allowing these latent sexual urges to emerge, flaming to the surface, and suddenly and inexplicably you find yourself being sexually aroused by your mother. And you say, "My God, if this is my mom, how come I'm being sexually turned on? She's some other woman. She's an impostor." It's the only interpretation that makes sense to your damaged brain.
Ora, l'interpretazione più comune che si trova in tutti i manuali di psichiatria, è una visione freudiana, e cioè che questo tizio -- la stessa cosa vale per le donne, ma parlerò solo di uomini -- quando eri piccolo, un bambino, avevi una forte attrazione sessuale verso tua madre. Questo è il cosiddetto complesso di Edipo freudiano. Non sto dicendo di crederci, ma questa è la prospettiva freudiana standard. Poi quando cresci, la corteccia si sviluppa, ed inibisce queste pulsioni sessuali latenti verso tua madre. Grazie a Dio, altrimenti tutti voi vi eccitereste sessualmente quando vedete vostra madre. E quel che accade è che avete un colpo alla testa, che danneggia la corteccia, e queste pulsioni sessuali latenti emergono, giungono in superficie, improvvisamente e senza alcun motivo vi ritrovate sessualmente eccitati da vostra madre. E dite: "Mio Dio, se questa è mia mamma, come mai sono eccitato sessualmente? E' qualche altra donna. E' un'impostrice". Questa è l'unica interpretazione sensata per il vostro cervello lesionato.
This has never made much sense to me, this argument. It's very ingenious, as all Freudian arguments are -- (Laughter) -- but didn't make much sense because I have seen the same delusion, a patient having the same delusion, about his pet poodle. (Laughter) He'll say, "Doctor, this is not Fifi. It looks exactly like Fifi, but it's some other dog." Right? Now, you try using the Freudian explanation there. (Laughter) You'll start talking about the latent bestiality in all humans, or some such thing, which is quite absurd, of course.
A me questo argomento non è mai sembrato sensato. E' molto ingegnoso, come tutti gli argomenti freudiani -- (Risate) -- ma non mi è mai sembrato molto sensato perché ho visto la stessa illusione in un paziente con la stessa illusione verso il suo barboncino. (Risate) Dice: "Dottore, questo non è Fuffy, assomiglia perfettamente a Fuffy, ma è un altro cane". D'accordo? Adesso provate ad usare la spiegazione freudiana. (Risate) Inizierete a parlare della bestialità latente di tutti gli esseri umani, o qualcosa del genere, il che ovviamente è piuttosto assurdo.
Now, what's really going on? So, to explain this curious disorder, we look at the structure and functions of the normal visual pathways in the brain. Normally, visual signals come in, into the eyeballs, go to the visual areas in the brain. There are, in fact, 30 areas in the back of your brain concerned with just vision, and after processing all that, the message goes to a small structure called the fusiform gyrus, where you perceive faces. There are neurons there that are sensitive to faces. You can call it the face area of the brain, right? I talked about that earlier. Now, when that area's damaged, you lose the ability to see faces, right?
Dunque, cosa sta realmente accadendo? Per spiegare questo curioso disturbo andiamo a guardare la struttura e le funzioni dei normali percorsi visivi nel cervello. Normalmente i segnali visivi vanno dentro ai bulbi oculari e giungono alle aree visive del cervello. Infatti ci sono 30 aree nella parte posteriore del cervello che si occupano solo di visione, e quando tutto è stato elaborato, il messaggio giunge ad una piccola struttura chiamata giro fusiforme, dove percepite le facce. Ci sono neuroni sensibili alle facce. La potete chiamate l'area facciale del cervello, d'accordo? Ne ho parlato prima. Ora, quando quell'area è danneggiata, perdete la capacità di vedere le facce, ok?
But from that area, the message cascades into a structure called the amygdala in the limbic system, the emotional core of the brain, and that structure, called the amygdala, gauges the emotional significance of what you're looking at. Is it prey? Is it predator? Is it mate? Or is it something absolutely trivial, like a piece of lint, or a piece of chalk, or a -- I don't want to point to that, but -- or a shoe, or something like that? OK? Which you can completely ignore. So if the amygdala is excited, and this is something important, the messages then cascade into the autonomic nervous system. Your heart starts beating faster. You start sweating to dissipate the heat that you're going to create from muscular exertion. And that's fortunate, because we can put two electrodes on your palm and measure the change in skin resistance produced by sweating. So I can determine, when you're looking at something, whether you're excited or whether you're aroused, or not, OK? And I'll get to that in a minute.
Ma da quell'area, il messaggio arriva fin dentro una struttura chiamata amigdala nel sistema limbico, il centro emotivo del cervello, e quella struttura, chiamata amigdala, definisce il significato emotivo di ciò che stai guardando. E' una preda? Un predatore? Un amico? O è qualcosa del tutto insignificante, come un pezzo di garza, o del gesso, o un -- Non voglio dire quello ma -- o una scarpa, o qualcosa del genere? Ok? Qualcosa che potete ignorare completamente. Quindi se l'amigdala è eccitata, e questo è importante, il messaggio può arrivare fino al sistema nervoso autonomo. Il cuore inizia a battere più forte, cominciate a sudare per dissipare il calore che state per creare -- a causa dello sforzo muscolare. E siamo fortunati, perché possiamo mettere due elettrodi sul palmo della mano e misurare la variazione nella resistenza cutanea prodotta dalla sudorazione. Quindi posso determinare, mentre guardate qualcosa, se siete eccitati o meno, ok? Ci arrivo fra un minuto.
So my idea was, when this chap looks at an object, when he looks at his -- any object for that matter, it goes to the visual areas and, however, and it's processed in the fusiform gyrus, and you recognize it as a pea plant, or a table, or your mother, for that matter, OK? And then the message cascades into the amygdala, and then goes down the autonomic nervous system. But maybe, in this chap, that wire that goes from the amygdala to the limbic system, the emotional core of the brain, is cut by the accident. So because the fusiform is intact, the chap can still recognize his mother, and says, "Oh yeah, this looks like my mother." But because the wire is cut to the emotional centers, he says, "But how come, if it's my mother, I don't experience a warmth?" Or terror, as the case may be? Right? (Laughter) And therefore, he says, "How do I account for this inexplicable lack of emotions? This can't be my mother. It's some strange woman pretending to be my mother."
Quindi la mia idea era che quando questo tizio guarda un oggetto, un qualsiasi oggetto, il messaggio va alle aree visive e -- comunque, viene processato nel giro fusiforme e lo riconosce come una pianta di piselli o un tavolo oppure sua madre, ok? E poi il messaggio va all'amigdala e poi al sistema nervoso autonomo. Ma forse in questo tizio, il collegamento che va dall'amigdala al sistema limbico -- il centro delle emozioni nel cervello -- è stato interrotto dal trauma. Quindi, dato che il giro fusiforme è intatto, il tizio può ancora riconoscere sua madre e dice, "Oh sì, ha l'aspetto di mia madre." Ma dato che il collegamento ai centri delle emozioni è tagliato lui dice, "Ma come mai, se è mia madre, non avverto nessun calore?" O terrore, a seconda del caso? Giusto? (Risate) Così si chiede "Come faccio a spiegare questa misteriosa mancanza di emozioni? "Questa non può essere mia madre. E' qualche strana donna che finge di essere mia madre".
How do you test this? Well, what you do is, if you take any one of you here, and put you in front of a screen, and measure your galvanic skin response, and show pictures on the screen, I can measure how you sweat when you see an object, like a table or an umbrella. Of course, you don't sweat. If I show you a picture of a lion, or a tiger, or a pinup, you start sweating, right? And, believe it or not, if I show you a picture of your mother -- I'm talking about normal people -- you start sweating. You don't even have to be Jewish. (Laughter)
Come si fa a testarlo? Ecco come si fa, se si prende uno di voi e lo si mette di fronte ad uno schermo, e si misura la resistenza galvanica della pelle, e si mostrano immagini sullo schermo posso misurare quanto sudate quando vedete un oggetto, come un tavolo o un ombrello - certo, non sudate. Se vi faccio vedere l'immagine di un leone, o una tigre, o una pin-up, allora iniziate a sudare, giusto? E, che ci crediate o meno, se vi faccio vedere un'immagine di vostra madre -- sto parlando di persone normali -- cominciate a sudare. Non dovete nemmeno essere Ebrei. (Risate)
Now, what happens if you show this patient? You take the patient and show him pictures on the screen and measure his galvanic skin response. Tables and chairs and lint, nothing happens, as in normal people, but when you show him a picture of his mother, the galvanic skin response is flat. There's no emotional reaction to his mother, because that wire going from the visual areas to the emotional centers is cut. So his vision is normal because the visual areas are normal, his emotions are normal -- he'll laugh, he'll cry, so on and so forth -- but the wire from vision to emotions is cut and therefore he has this delusion that his mother is an impostor. It's a lovely example of the sort of thing we do: take a bizarre, seemingly incomprehensible, neural psychiatric syndrome and say that the standard Freudian view is wrong, that, in fact, you can come up with a precise explanation in terms of the known neural anatomy of the brain.
Ora, cosa succede -- cosa succede se le fate vedere a questo paziente? Prendete il paziente e gli fate vedere immagini sullo schermo e misurate la resistenza galvanica della sua pelle. Tavoli e sedie e garze, non succede niente, come nelle persone normali, ma quando gli fate vedere un'immagine di sua madre, la resistenza galvanica della sua pelle è piatta. Non c'è alcuna reazione emotiva a sua madre perché il collegamento tra le aree visive e i centri dell'emozione è interrotto. Quindi la sua visione è normale perché le aree visive sono normali, le sue emozioni sono normali -- ride, piange e così via -- ma il collegamento tra visione ed emozioni è interrotto e quindi ha l'illusione che sua madre sia un'impostrice. E' un esempio meraviglioso del genere di cose che facciamo prendiamo una bizzarra, quasi incomprensibile sindrome psichiatrica neurologica e diciamo che la visione freudiana standard è sbagliata, che in effetti possiamo fornire una spiegazione precisa in termini di anatomia neurale nota del cervello.
By the way, if this patient then goes, and mother phones from an adjacent room -- phones him -- and he picks up the phone, and he says, "Wow, mom, how are you? Where are you?" There's no delusion through the phone. Then, she approaches him after an hour, he says, "Who are you? You look just like my mother." OK? The reason is there's a separate pathway going from the hearing centers in the brain to the emotional centers, and that's not been cut by the accident. So this explains why through the phone he recognizes his mother, no problem. When he sees her in person, he says it's an impostor.
A proposito, se poi questo paziente va, e la madre gli telefona da una stanza adiacente -- gli telefona -- e lui risponde al telefono, e dice "Wow, Mamma, come stai? Dove sei?" Non c'è alcuna illusione attraverso il telefono. E poi lei gli si avvicina dopo un'ora e lui dice, "Chi sei?" Hai proprio l'aspetto di mia madre." OK? Il motivo è che c'è una via separata che va dai centri dell'udito nel cervello ai centri delle emozioni che non è stato interrotta dal trauma. Questo spiega perché attraverso il telefono riconosce sua madre, senza problemi. Quando la vede di persona, dice che è un'impostrice.
OK, how is all this complex circuitry set up in the brain? Is it nature, genes, or is it nurture? And we approach this problem by considering another curious syndrome called phantom limb. And you all know what a phantom limb is. When an arm is amputated, or a leg is amputated, for gangrene, or you lose it in war -- for example, in the Iraq war, it's now a serious problem -- you continue to vividly feel the presence of that missing arm, and that's called a phantom arm or a phantom leg. In fact, you can get a phantom with almost any part of the body. Believe it or not, even with internal viscera. I've had patients with the uterus removed -- hysterectomy -- who have a phantom uterus, including phantom menstrual cramps at the appropriate time of the month. And in fact, one student asked me the other day, "Do they get phantom PMS?" (Laughter) A subject ripe for scientific enquiry, but we haven't pursued that.
OK, quindi com'è organizzato questo circuito complesso nel cervello? E' natura, geni, o è cultura? E ci avviciniamo a questo problema considerando un'altra sindrome curiosa chiamata "arto fantasma". E tutti voi sapete cosa sia un arto fantasma. Se un braccio viene amputato, o una gamba viene amputata, per una cancrena, oppure viene persa in guerra, per esempio, nella guerra in Iraq -- sta diventando un serio problema -- si continua a sentire vividamente la presenza di quel braccio mancante, e quello viene chiamato braccio fantasma o gamba fantasma. In effetti, si può avere un fantasma di qualsiasi parte del corpo. Che ci crediate o meno, persino con i visceri. Ho avuto pazienti con l'utero rimosso -- isterectomia -- cha hanno un utero fantasma, crampi premestruali fantasma inclusi nel giusto periodo del mese. E infatti, uno studente mi chiese l'altro giorno, hanno anche la sindrome premestruale fantasma? (Risate) Un argomento maturo per indagini scientifiche, ma non abbiamo proseguito.
OK, now the next question is, what can you learn about phantom limbs by doing experiments? One of the things we've found was, about half the patients with phantom limbs claim that they can move the phantom. It'll pat his brother on the shoulder, it'll answer the phone when it rings, it'll wave goodbye. These are very compelling, vivid sensations. The patient's not delusional. He knows that the arm is not there, but, nevertheless, it's a compelling sensory experience for the patient. But however, about half the patients, this doesn't happen. The phantom limb -- they'll say, "But doctor, the phantom limb is paralyzed. It's fixed in a clenched spasm and it's excruciatingly painful. If only I could move it, maybe the pain will be relieved."
OK, ora la prossima domanda è che cosa si può imparare sugli arti fantasma attraverso gli esperimenti? Una delle cose che abbiamo scoperto è stata che circa la metà dei pazienti con arti fantasma dicono di poter muovere il fantasma. Dà una pacca sulla spalla al fratello, risponde al telefono quando squilla, fa cenni di saluto. Queste sono sensazioni molto avvincenti, vivide. Il paziente non ha un'illusione. Sa che il braccio non è lì ma, ciononostante, è un'esperienza sensoriale avvincente per il paziente. Ma ad ogni modo, in circa metà dei pazienti, questo non accade. L'arto fantasma -- dicono, "Ma dottore, l'arto fantasma è paralizzato. E' fissato in uno spasmo serrato ed è atrocemente doloroso. Se solo potessi muoverlo, forse il dolore verrebbe alleviato.
Now, why would a phantom limb be paralyzed? It sounds like an oxymoron. But when we were looking at the case sheets, what we found was, these people with the paralyzed phantom limbs, the original arm was paralyzed because of the peripheral nerve injury. The actual nerve supplying the arm was severed, was cut, by say, a motorcycle accident. So the patient had an actual arm, which is painful, in a sling for a few months or a year, and then, in a misguided attempt to get rid of the pain in the arm, the surgeon amputates the arm, and then you get a phantom arm with the same pains, right? And this is a serious clinical problem. Patients become depressed. Some of them are driven to suicide, OK?
Ora, perché un arto fantasma dovrebbe essere paralizzato? Sembra un ossimoro. Ma quando guardiamo le cartelle cliniche, quel che troviamo è che in queste persone con gli arti fantasma paralizzati, il braccio originale era paralizzato a causa dei danni ai nervi periferici, il nervo del braccio era stato danneggiato, tagliato da, diciamo, un incidente in moto. Quindi il paziente aveva un vero braccio, che era doloroso, in una benda per qualche mese, oppure un anno, e poi nell'infelice tentativo di eliminare il dolore nel braccio, il chirurgo amputa il braccio e poi si ha un braccio fantasma con gli stessi dolori, giusto? E questo è un problema clinico molto serio. I pazienti si deprimono. Alcuni di loro sono spinti al suicidio, OK?
So, how do you treat this syndrome? Now, why do you get a paralyzed phantom limb? When I looked at the case sheet, I found that they had an actual arm, and the nerves supplying the arm had been cut, and the actual arm had been paralyzed, and lying in a sling for several months before the amputation, and this pain then gets carried over into the phantom itself.
Quindi come si tratta questa sindrome? Ora perché abbiamo un arto fantasma paralizzato? Quando ho guardato la cartella clinica ho scoperto che avevano un braccio i cui nervi erano stati tagliati, e il braccio era stato paralizzato e penzolante in una benda per diversi mesi prima dell'amputazione e questo dolore poi viene trasferito al fantasma stesso.
Why does this happen? When the arm was intact, but paralyzed, the brain sends commands to the arm, the front of the brain, saying, "Move," but it's getting visual feedback saying, "No." Move. No. Move. No. Move. No. And this gets wired into the circuitry of the brain, and we call this learned paralysis, OK? The brain learns, because of this Hebbian, associative link, that the mere command to move the arm creates a sensation of a paralyzed arm. And then, when you've amputated the arm, this learned paralysis carries over into your body image and into your phantom, OK?
Perché accade? Quando il braccio era intatto, ma paralizzato, il cervello mandava comandi al braccio, la parte anteriore del cervello, dicendo "Muoviti", ma otteneva un feedback visivo che diceva "No." Muoviti. No. Muoviti. No. Muoviti. No. E il meccanismo viene impresso nei circuiti del cervello, e la chiamiamo "paralisi appresa", OK? Il cervello impara grazie a questo collegamento associativo di Hebb, che il comando stesso di muovere il braccio crei la sensazione del braccio paralizzato, e poi, quando il braccio è stato amputato, questa paralisi appresa viene trasferita -- all'immagine del corpo ed al fantasma, OK?
Now, how do you help these patients? How do you unlearn the learned paralysis, so you can relieve him of this excruciating, clenching spasm of the phantom arm? Well, we said, what if you now send the command to the phantom, but give him visual feedback that it's obeying his command, right? Maybe you can relieve the phantom pain, the phantom cramp. How do you do that? Well, virtual reality. But that costs millions of dollars. So, I hit on a way of doing this for three dollars, but don't tell my funding agencies. (Laughter)
Ora, come si possono aiutare questi pazienti? Come si fa a disimparare la paralisi appresa così da liberarli da questo spasmo atroce del braccio fantasma? Bene, abbiamo detto, e se si potesse mandare il comando al fantasma, e dargli il feedback visivo che sta obbedendo al comando, giusto? Forse si potrebbe alleviare il dolore del fantasma, il crampo del fantasma. Come si fa? Realtà virtuale. Ma quella costa milioni di dollari. Così ho trovato un modo per farlo con tre dollari, ma non ditelo alle aziende che mi finanziano. (Risate)
OK? What you do is you create what I call a mirror box. You have a cardboard box with a mirror in the middle, and then you put the phantom -- so my first patient, Derek, came in. He had his arm amputated 10 years ago. He had a brachial avulsion, so the nerves were cut and the arm was paralyzed, lying in a sling for a year, and then the arm was amputated. He had a phantom arm, excruciatingly painful, and he couldn't move it. It was a paralyzed phantom arm.
OK? Ho creato quella che io chiamo una scatola specchio. Prendi una scatola di cartone con uno specchio nel mezzo, e ci metti il fantasma -- e il mio primo paziente, Derek, è venuto da me. Il suo braccio è stato amputato 10 anni fa. Ha sofferto un'avulsione brachiale, i nervi furono tagliati e il braccio rimase paralizzato, penzolante in una benda per un anno, e poi fu amputato. Aveva un braccio fantasma, atrocemente dolorante e non poteva muoverlo. Era un braccio fantasma paralizzato.
So he came there, and I gave him a mirror like that, in a box, which I call a mirror box, right? And the patient puts his phantom left arm, which is clenched and in spasm, on the left side of the mirror, and the normal hand on the right side of the mirror, and makes the same posture, the clenched posture, and looks inside the mirror. And what does he experience? He looks at the phantom being resurrected, because he's looking at the reflection of the normal arm in the mirror, and it looks like this phantom has been resurrected. "Now," I said, "now, look, wiggle your phantom -- your real fingers, or move your real fingers while looking in the mirror." He's going to get the visual impression that the phantom is moving, right? That's obvious, but the astonishing thing is, the patient then says, "Oh my God, my phantom is moving again, and the pain, the clenching spasm, is relieved."
Venne da me e io gli diedi uno specchio come quello, in una scatola, la scatola specchio, giusto? E il paziente mette il suo braccio fantasma sinistro, che è stretto in uno spasmo, alla sinistra dello specchio, e il suo braccio normale alla destra dello specchio nella stessa posizione, nella posizione stretta in uno spasmo, e guarda nello specchio e che cosa sperimenta? Vede il fantasma risorto perché vede il riflesso del braccio normale nello specchio ed è come se il fantasma fosse risorto. "Ora", dissi, "ora guarda, muovi il fantasma -- le tue dita vere, o muovi le tue dita vere mentre guardi nello specchio." Avrà l'esperienza visiva che il fantasma si stia muovendo, giusto? Questo è ovvio, ma la cosa sorprendente è che il paziente dice poi, "O mio Dio, il mio fantasma si muove di nuovo e il dolore, lo spasmo lancinante, è alleviato."
And remember, my first patient who came in -- (Applause) -- thank you. (Applause) My first patient came in, and he looked in the mirror, and I said, "Look at your reflection of your phantom." And he started giggling, he says, "I can see my phantom." But he's not stupid. He knows it's not real. He knows it's a mirror reflection, but it's a vivid sensory experience. Now, I said, "Move your normal hand and phantom." He said, "Oh, I can't move my phantom. You know that. It's painful." I said, "Move your normal hand." And he says, "Oh my God, my phantom is moving again. I don't believe this! And my pain is being relieved." OK? And then I said, "Close your eyes." He closes his eyes. "And move your normal hand." "Oh, nothing. It's clenched again." "OK, open your eyes." "Oh my God, oh my God, it's moving again!" So, he was like a kid in a candy store.
E ricordatevi, fu il mio primo paziente -- (Applausi) -- grazie. (Applausi) Il mio primo paziente venne e guardò nello specchio, ed io dissi, "Guarda il riflesso del tuo fantasma." E lui cominciò a ridere e disse, "Posso vedere il mio fantasma." Ma non è stupido. Lo sa che non è reale. Lo sa che è un riflesso nello specchio, ma è una esperienza sensoriale vivida. "Ora", dissi, "Muovi la tua mano normale e il fantasma." Lui rispose, "O, non posso muovere il fantasma. Lo sai. Fa male." Io dissi, "Muovi la tua mano normale" E lui, "O mio Dio, il mio fantasma si muove di nuovo, non ci posso credere! E il mio dolore è alleviato." OK? E poi gli dissi, "Chiudi gli occhi." Lui chiuse gli occhi. "E muovi la mano normale." "Oh, niente -- è di nuovo paralizzata." "OK, apri gli occhi." "O mio Dio, o mio Dio, si muove di nuovo!" Era proprio come un bambino in un negozio di dolci.
So, I said, OK, this proves my theory about learned paralysis and the critical role of visual input, but I'm not going to get a Nobel Prize for getting somebody to move his phantom limb. (Laughter) (Applause) It's a completely useless ability, if you think about it. (Laughter) But then I started realizing, maybe other kinds of paralysis that you see in neurology, like stroke, focal dystonias -- there may be a learned component to this, which you can overcome with the simple device of using a mirror.
Ho detto, OK, questo conferma la mia teoria sulla paralisi appresa e il ruolo importante dell'input visivo ma non riceverò un premio Nobel per aver fatto muovere a qualcuno il suo arto fantasma. (Risate) (Applausi) E' un'abilità completamente inutile, se ci pensate. (Risate) Ma poi ho cominciato a capire che forse altre forme di paralisi che vediamo in neurologia, come ictus, distonia focale -- possono avere una componente appresa che si può superare con il semplice utilizzo di uno specchio.
So, I said, "Look, Derek" -- well, first of all, the guy can't just go around carrying a mirror to alleviate his pain -- I said, "Look, Derek, take it home and practice with it for a week or two. Maybe, after a period of practice, you can dispense with the mirror, unlearn the paralysis, and start moving your paralyzed arm, and then, relieve yourself of pain." So he said OK, and he took it home. I said, "Look, it's, after all, two dollars. Take it home."
Quindi ho detto, "Guarda, Derek" -- prima di tutto, il tizio non può portarsi in giro uno specchio per alleviare il dolore -- Ho detto, "Guarda, Derek, portalo a casa ed esercitati per una settimana o due. Forse, dopo un periodo di pratica, potrai fare a meno dello specchio, disimparare la paralisi e cominciare a muovere il tuo braccio paralizzato, e quindi liberarti del dolore." Lui ha detto OK e lo portò a casa. Ho detto, "Guarda, sono solo due dollari. Portatelo a casa."
So, he took it home, and after two weeks, he phones me, and he said, "Doctor, you're not going to believe this." I said, "What?" He said, "It's gone." I said, "What's gone?" I thought maybe the mirror box was gone. (Laughter) He said, "No, no, no, you know this phantom I've had for the last 10 years? It's disappeared." And I said -- I got worried, I said, my God, I mean I've changed this guy's body image, what about human subjects, ethics and all of that? And I said, "Derek, does this bother you?" He said, "No, last three days, I've not had a phantom arm and therefore no phantom elbow pain, no clenching, no phantom forearm pain, all those pains are gone away. But the problem is I still have my phantom fingers dangling from the shoulder, and your box doesn't reach." (Laughter) "So, can you change the design and put it on my forehead, so I can, you know, do this and eliminate my phantom fingers?" He thought I was some kind of magician.
Così lo portò a casa e dopo due settimane mi telefona dicendo, "Dottore, non ci crederà." Ho detto, "Cosa?" Lui disse, "E' sparito." Ho detto, "Cosa è sparito?" Ho pensato che la scatola specchio fosse scomparsa. (Risate) E lui , "No, no, no, sa il fantasma che ho avuto negli ultimi 10 anni?" E' scomparso." E io -- mi sono preoccupato, ho detto, mio Dio voglio dire, ho cambiato l'immagine corporea di questo individuo, cosa capita a livello di soggetti umani, etica e tutto ciò? E ho detto, "Derek, questo ti dà fastidio?" Lui rispose "No, negli ultimi tre giorni non ho avuto il braccio fantasma e quindi nessun dolore al gomito fantasma, nessuno spasmo, nessun dolore all'avambraccio fantasma, tutti i dolori sono spariti. Ma il problema è che ho ancora le dita fantasma penzolanti dalla spalla, e la Sua scatola non ci arriva." (Risate) "Quindi potrebbe cambiare il design e mettermela sulla fronte così da eliminare le mie dita fantasma?" Credeva fossi una specie di mago.
Now, why does this happen? It's because the brain is faced with tremendous sensory conflict. It's getting messages from vision saying the phantom is back. On the other hand, there's no proprioception, muscle signals saying that there is no arm, right? And your motor command saying there is an arm, and, because of this conflict, the brain says, to hell with it, there is no phantom, there is no arm, right? It goes into a sort of denial -- it gates the signals. And when the arm disappears, the bonus is, the pain disappears because you can't have disembodied pain floating out there, in space. So, that's the bonus.
Ora, perché questo accade? E' perché il cervello si confronta con un tremendo conflitto sensoriale. Riceve messaggi dalla vista, che dicono che il fantasma è tornato. D'altro canto, non c'è la percezione adeguata, i segnali dei muscoli dicono che non c'è un braccio, giusto? E i comandi motori dicono che il braccio c'è, e per questo conflitto il cervello dice "Ah, all'inferno" non c'è un fantasma, non c'è un braccio, giusto? Va in una specie di negazione -- nega i segnali. E quando il braccio scompare, il bonus è che il dolore scompare non si può avere del dolore scorporato che galleggia nello spazio. Quindi questo è il bonus.
Now, this technique has been tried on dozens of patients by other groups in Helsinki, so it may prove to be valuable as a treatment for phantom pain, and indeed, people have tried it for stroke rehabilitation. Stroke you normally think of as damage to the fibers, nothing you can do about it. But, it turns out some component of stroke paralysis is also learned paralysis, and maybe that component can be overcome using mirrors. This has also gone through clinical trials, helping lots and lots of patients.
Ora, questa tecnica è stata provata su dozzine di pazienti da altri gruppi a Helsinki e sembra valida come trattamento per il dolore fantasma, e già, altre persone l'hanno provata per la riabilitazione da ictus. L'ictus, lo si pensa come un danno delle fibre, nulla si può fare al riguardo. Ma a quanto pare una parte della paralisi da ictus è anche la paralisi appresa e forse quella componente si può superare usando gli specchi. Ed è stato testato anche negli studi clinici, aiutando moltissimi pazienti.
OK, let me switch gears now to the third part of my talk, which is about another curious phenomenon called synesthesia. This was discovered by Francis Galton in the nineteenth century. He was a cousin of Charles Darwin. He pointed out that certain people in the population, who are otherwise completely normal, had the following peculiarity: every time they see a number, it's colored. Five is blue, seven is yellow, eight is chartreuse, nine is indigo, OK? Bear in mind, these people are completely normal in other respects. Or C sharp -- sometimes, tones evoke color. C sharp is blue, F sharp is green, another tone might be yellow, right?
OK, fatemi cambiare rotta verso la terza parte del mio talk, nel quale tratto un altro strano fenomeno chiamato sinestesia. Questo fu scoperto da Francis Galton nel XIX secolo. Era un cugino di Charles Darwin. Evidenziò il fatto che alcune persone nella popolazione, che erano completamente normali, avevano la seguente peculiarità -- tutte le volte che vedono un numero, è colorato. Cinque è blu, sette è giallo, otto è verdolino, nove è indaco, OK? Ricordate, queste persone sono completamente normali per altri aspetti. Oppure C diesis. A volte le note evocano un colore. C diesis è blu, F diesis è verde, un altro tono potrebbe essere giallo, giusto?
Why does this happen? This is called synesthesia. Galton called it synesthesia, a mingling of the senses. In us, all the senses are distinct. These people muddle up their senses. Why does this happen? One of the two aspects of this problem are very intriguing. Synesthesia runs in families, so Galton said this is a hereditary basis, a genetic basis. Secondly, synesthesia is about -- and this is what gets me to my point about the main theme of this lecture, which is about creativity -- synesthesia is eight times more common among artists, poets, novelists and other creative people than in the general population. Why would that be? I'm going to answer that question. It's never been answered before.
Perché questo accade? Questa viene chiamata sinestesia - Galton la chiamò sinestesia, un mescolamento di sensi. In noi, tutti i sensi sono distinti. Queste persone mescolano i loro sensi. Perché questo accade? Uno dei due aspetti di questo problema è molto intrigante. La sinestesia corre nelle famiglie, quindi Galton disse che aveva una base ereditaria, una base genetica. In secondo luogo, la sinestesia riguarda -- e questo mi porta al punto il tema principale di questa conferenza, ovvero la creatività -- la sinestesia è otto volte più comune tra gli artisti, poeti, scrittori e nelle persone creative più che nella gente normale. Perché? Risponderò a questa domanda. Non è mai stata data una risposta in precedenza.
OK, what is synesthesia? What causes it? Well, there are many theories. One theory is they're just crazy. Now, that's not really a scientific theory, so we can forget about it. Another theory is they are acid junkies and potheads, right? Now, there may be some truth to this, because it's much more common here in the Bay Area than in San Diego. (Laughter) OK. Now, the third theory is that -- well, let's ask ourselves what's really going on in synesthesia. All right?
OK, che cos'è la sinestesia? Che cosa la provoca? Ebbene, ci sono molte teorie. Una teoria è che sono pazzi. Non è molto scientifica, quindi possiamo scordarla. Un'altra teoria è che sono dei drogati, giusto? Ora, potrebbe esserci un nocciolo di verità perché è molto più comune qui, nella Baia di San Francisco che a San Diego. (Risate) OK. Ora, la terza teoria è che -- chiediamoci che cosa realmente succede nella sinestesia? D'accordo?
So, we found that the color area and the number area are right next to each other in the brain, in the fusiform gyrus. So we said, there's some accidental cross wiring between color and numbers in the brain. So, every time you see a number, you see a corresponding color, and that's why you get synesthesia. Now remember -- why does this happen? Why would there be crossed wires in some people? Remember I said it runs in families? That gives you the clue. And that is, there is an abnormal gene, a mutation in the gene that causes this abnormal cross wiring.
Dunque troviamo che l'area dei colori e l'area dei numeri sono proprio attaccate nel cervello, nel giro fusiforme. E abbiamo concluso che ci sono delle connessioni accidentali tra colori e numeri nel cervello. Quindi tutte le volte che vedi un numero, vedi il colore corrispondente, e questo è il motivo per cui si ha la sinestesia. Ora ricordate -- perché questo accade? Perché dovrebbero esserci queste connesioni in alcune persone? Ricordate che ho detto che corre nelle famiglie? Questo vi dà l'indizio. C'è un gene anormale, un gene mutato che provoca queste connessioni anormali.
In all of us, it turns out we are born with everything wired to everything else. So, every brain region is wired to every other region, and these are trimmed down to create the characteristic modular architecture of the adult brain. So, if there's a gene causing this trimming and if that gene mutates, then you get deficient trimming between adjacent brain areas. And if it's between number and color, you get number-color synesthesia. If it's between tone and color, you get tone-color synesthesia. So far, so good.
Tutti noi, a quanto pare, siamo nati con tutto collegato a tutto il resto. Quindi ogni area del cervello è collegata a tutte le altre aree e queste sono "potate" per creare l'architettura modulare caratteristica del cervello adulto. Quindi se c'è un gene che causa questa "potatura" e se il gene muta, allora abbiamo una potatura scarsa tra aree del cervello vicine, e se è tra numeri e colori, avremo una sinestesia numeri-colori. Se è tra suoni e colori, avremo sinestesia suoni-colori. Finora, tutto bene.
Now, what if this gene is expressed everywhere in the brain, so everything is cross-connected? Well, think about what artists, novelists and poets have in common, the ability to engage in metaphorical thinking, linking seemingly unrelated ideas, such as, "It is the east, and Juliet is the Sun." Well, you don't say, Juliet is the sun, does that mean she's a glowing ball of fire? I mean, schizophrenics do that, but it's a different story, right? Normal people say, she's warm like the sun, she's radiant like the sun, she's nurturing like the sun. Instantly, you've found the links.
Ora, se questo gene si esprime in tutto il cervello e tutto è interconnesso? Ebbene, pensate a cosa gli artisti, scrittori e poeti hanno in comune, l'abilità di pensare metaforicamente, collegando idee apparentemente scorrelate, come, "è l'Est, e Giulietta è il Sole." Dite che Giulietta è il sole -- questo significa che è una palla di fuoco splendente? Certo, gli schizofrenici lo fanno, ma questa è un'altra storia, giusto? Uno normale dice che è calda come il sole, raggiante come il sole, accogliente come il sole. Istantaneamente avete trovato i collegamenti.
Now, if you assume that this greater cross wiring and concepts are also in different parts of the brain, then it's going to create a greater propensity towards metaphorical thinking and creativity in people with synesthesia. And, hence, the eight times more common incidence of synesthesia among poets, artists and novelists. OK, it's a very phrenological view of synesthesia. The last demonstration -- can I take one minute? (Applause)
Ora, se supponiamo che il maggior numero di connessioni e concetti si esprime anche in altre parti del cervello allora creerà una propensione maggiore verso il pensiero metaforico e la creatività nelle persone con sinestesia. Da qui, l'incidenza otto volte maggior di sinestesia tra poeti, artisti e scrittori. OK -- è una visione molto frenologica della sinestesia. L'ultima dimostrazione -- posso avere un minuto? (Applausi)
OK. I'm going to show you that you're all synesthetes, but you're in denial about it. Here's what I call Martian alphabet. Just like your alphabet, A is A, B is B, C is C. Different shapes for different phonemes, right? Here, you've got Martian alphabet. One of them is Kiki, one of them is Bouba. Which one is Kiki and which one is Bouba? How many of you think that's Kiki and that's Bouba? Raise your hands. Well, it's one or two mutants. (Laughter) How many of you think that's Bouba, that's Kiki? Raise your hands. Ninety-nine percent of you.
OK. Vi dimostrerò che siete tutti sinesteti, anche se lo negate. Questo io lo chiamo alfabeto Marziano, proprio come il vostro alfabeto, A è A, B è B, C è C, forme diverse per fonemi diversi, giusto? Qui avete l'alfabeto Marziano. Uno di questi è Kiki, uno è bouba. Quale è Kiki e quale è bouba? Chi di voi pensa che questo è Kiki e questo è bouba? Alzate le mani. Bene, abbiamo uno o due mutanti. (Risate) Chi di voi pensa che questo è bouba, questo Kiki? Alzate le mani. Il 99% di voi.
Now, none of you is a Martian. How did you do that? It's because you're all doing a cross-model synesthetic abstraction, meaning you're saying that that sharp inflection -- ki-ki, in your auditory cortex, the hair cells being excited -- Kiki, mimics the visual inflection, sudden inflection of that jagged shape. Now, this is very important, because what it's telling you is your brain is engaging in a primitive -- it's just -- it looks like a silly illusion, but these photons in your eye are doing this shape, and hair cells in your ear are exciting the auditory pattern, but the brain is able to extract the common denominator. It's a primitive form of abstraction, and we now know this happens in the fusiform gyrus of the brain, because when that's damaged, these people lose the ability to engage in Bouba Kiki, but they also lose the ability to engage in metaphor.
Ora, nessuno di voi è Marziano, come avete fatto? E' perché tutti voi fate una connessione -- astrazione sinestetica -- del significato, dite che quella inflessione acuta, Kiki, nella corteccia uditiva, le cellule ciliate che vengono eccitate, Kiki, mima l'inflessione visiva -- cambio improvviso -- di quella forma dentellata. Questo è molto importante, perché vi dice che il vostro cervello ritorna primitivo -- è solo -- sembra un'illusione stupida, ma i fotoni nel vostro occhio disegnano questa forma, e le cellule ciliate nel vostro orecchio eccitano le vie uditive, ma il cervello è in grado di estrarre il denominatore comune. E' una forma primitiva di astrazione, ed ora sappiamo che questo accade nel giro fusiforme del cervello perché quando è danneggiato, queste persone perdono l'abilità di distinguere bouba Kiki ma perdono anche l'abilità di comprendere le metafore.
If you ask this guy, what -- "all that glitters is not gold," what does that mean?" The patient says, "Well, if it's metallic and shiny, it doesn't mean it's gold. You have to measure its specific gravity, OK?" So, they completely miss the metaphorical meaning. So, this area is about eight times the size in higher -- especially in humans -- as in lower primates. Something very interesting is going on here in the angular gyrus, because it's the crossroads between hearing, vision and touch, and it became enormous in humans. And something very interesting is going on. And I think it's a basis of many uniquely human abilities like abstraction, metaphor and creativity. All of these questions that philosophers have been studying for millennia, we scientists can begin to explore by doing brain imaging, and by studying patients and asking the right questions. Thank you. (Applause) Sorry about that. (Laughter)
Se chiedo a questo individuo, "Non tutto quel che brilla è oro," che cosa significa?" Il paziente dice, "Ebbene, se è metallico e lucente non è detto che sia oro." Devi misurare il peso specifico, OK? Questi perdono completamente il significato metaforico. Dunque quest'area è otto volte più grande nei superiori -- specialmente negli umani, che nei primati inferiori. Qualcosa di molto interessante accade qui nel giro angolare, perché è il crocevia tra udito, vista e tatto, ed è diventato enorme negli umani -- e accade qualcosa di molto interessante. Ed io credo sia alla base di molte abilità unicamente umane come l'astrazione, la metafora e la creatività. Tutte queste domande, che i filosofi hanno studiato per millenni, noi scienziati cominciamo ad esplorarle attraverso le neuroimmagini, studiando i pazienti e ponendo le domande giuste. Grazie. (Applausi) Mi dispiace. (Risate)