Cervello, stress e Intelligenza Artificiale: una prospettiva neuroscientifica sulla performance nei piloti di Formula 1

Dipartimento di medicina e chirurgia

Corso di laurea magistrale in psicobiologia e neuroscienze cognitive

Cervello, stress e intelligenza artificiale: una prospettiva neuroscientifica sulla performance nei piloti di Formula 1

Relatore: Chiar.ma Prof.ssa Dolores Rollo

Correlatore: Chiar.ma Prof.ssa Annalisa Pelosi

Laureanda: Adele Michelozzi

Anno accademico 2025 - 2026

Indice

• Introduzione
• Capitolo 1 Lo stress in prospettiva neuroscientifica ..................................... 1
• 1.1. Definizione e modelli teorici dello stress ....................................................................... 1
• 1.2. Il contributo di Hans Selye e la distinzione tra stress acuto e cronico ............................ 3
• 1.3. Il modello transazionale di Lazarus e Folkman .............................................................. 5
• 1.4. Circuiti neurobiologici dello stress: asse HPA, sistema limbico e corteccia prefrontale... 8
• 1.5. Mediatori biologici dello stress: cortisolo, noradrenalina e dopamina ......................... 11
• 1.6. Effetti dello stress su attenzione, percezione e controllo motorio ................................ 13
• 1.7. Implicazioni per la performance cognitiva ed emotiva ................................................ 16
• Capitolo 2 Il coping: dalla psicologia alla neuropsicologia .......................... 18
• 2.1. Origini teoriche del concetto di coping ........................................................................ 18
• 2.2. Tipologie di coping: problem-focused, emotion-focused, avoidance coping ................ 20
• 2.3. Coping e sport ad alte prestazioni ............................................................................... 23
• 2.4. Differenze tra sport individuali, di squadra e ad alto rischio ........................................ 26
• 2.5. Evidenze neuroscientifiche sul coping: regolazione top-down e controllo emotivo ..... 29
• 2.6. Plasticità neurale e adattamento allo stress ................................................................ 32
• 2.7. Strumenti di valutazione del coping (COPE Inventory, Sport Stress Coping Scale) ........ 36
• Capitolo 3 Psicofisiologia della performance estrema ............................... 40
• 3.1. Stress e carico fisiologico negli sport ad alte prestazioni ............................................. 40
• 3.2. Indicatori psicofisiologici: frequenza cardiaca, HRV, risposta simpatica ....................... 42
• 3.3. Fatica mentale e cognitiva: EEG e potenza alfa/θ come marker di carico ..................... 45
• 3.4. Recupero e resilienza: dinamiche fisiologiche post-stress ............................................ 49
• 3.5. Relazione tra stress, attenzione e tempi di reazione .................................................... 52
• Capitolo 4 Neuroscienze del motorsport: il cervello alla guida ................... 56
• 4.1. Introduzione al motorsport come paradigma neuroscientifico .................................... 56
• 4.2. Adattamenti cerebrali e cognitivi nei piloti esperti ...................................................... 58
• 4.3. Attività EEG e riduzione del carico cognitivo con l’esperienza ...................................... 61
• 4.4. Carico percettivo, anticipazione visiva e controllo attentivo ........................................ 64
• 4.5. Stress psicofisiologico e termico ................................................................................. 67
• 4.6. Simulazione vs realtà: validità ecologica e risposte neurofisiologiche .......................... 70
• Capitolo 5 Coping e regolazione emotiva nei piloti di Formula 1 ................ 74
• 5.1. Tipologie di stress nei piloti di Formula 1: pre-gara, in gara e post-gara ....................... 74
• 5.2. Strategie di coping nei piloti: focus attentivo, routine, respirazione e self-talk ............. 78
• 5.3. Regolazione emotiva e controllo top-down sotto pressione ........................................ 82
• 5.4. Dinamiche psicofisiologiche e modello Multi-Action Plan nei piloti da competizione .. 84
• 5.5. Salute mentale, resilienza e prevenzione del burnout nei piloti ................................... 87
• Capitolo 6 Intelligenza artificiale, stress e performance nel motorsport ..... 91
• 6.1. Definizione e principi generali dell’intelligenza artificiale ............................................ 91
• 6.2. Machine learning, deep learning e reti neurali artificiali .............................................. 94
• 6.3. IA e neuroscienze: modelli ispirati al funzionamento cerebrale ................................... 97
• 6.4. Applicazioni dell’IA nello sport ad alte prestazioni .................................................... 100
• 6.5. Limiti, bias e questioni etiche nell’uso dell’IA in ambito sportivo ............................... 103
• 6.6. Stress detection: HRV, EDA, EEG e dati multimodali .................................................. 106
• 6.7. Modelli predittivi per la classificazione dello stress e del carico cognitivo ................. 110
• 6.8. Biofeedback e neurofeedback adattivi basati su IA .................................................... 113
• 6.9. Simulazioni IA-driven e training cognitivo nel motorsport ......................................... 117
• 6.10. IA, coping personalizzato e prevenzione del sovraccarico ........................................ 120
• 6.11. Verso modelli multimodali: IA, EEG, HRV, self-report e dati di guida ........................ 124
• Capitolo 7 Implicazioni applicative, limiti e prospettive future .................. 128
• 7.1. Training mentale e neurofeedback per la performance dei piloti .............................. 128
• 7.2. Design ergonomico del cockpit e gestione del carico cognitivo ................................. 131
• 7.3. Interventi psicologici e tecnologici integrati .............................................................. 134
• 7.4. Implicazioni per la sicurezza nel motorsport ............................................................. 137
• 7.5. Limiti della letteratura attuale ................................................................................... 140
• 7.6. Nuove direzioni di ricerca: IA, coping e adattamento cerebrale ................................. 143
• Conclusioni ........................................................................................... 148
• Bibliografia .......................................................................................... 152
• Ringraziamenti

燃えて Il tetto si è bruciato.

雲るものなき月見哉 Ora posso vedere la luna.

— Mizuta Masahide (1657–1723)

Introduzione

Il motorsport, e in particolare le categorie di vertice come ad esempio la Formula 1, può essere considerato un contesto di performance ad alto carico psicofisiologico, perché combina richieste attentive continue, sollecitazioni fisiche come calore, vibrazioni e forze G, e pressione competitiva elevata (Brown et al., 2019; Holland et al., 2025).

In tale prospettiva, lo stress non può essere considerato esclusivamente come un fattore negativo, ma come un processo dinamico e adattativo, che coinvolge il sistema nervoso centrale, il sistema endocrino e i meccanismi cognitivi di valutazione e risposta. La capacità di modulare efficacemente questa attivazione rappresenta uno degli elementi chiave della performance negli sport d’élite. Nei contesti ad alto rischio come il motorsport, l’equilibrio tra attivazione e controllo determina la differenza tra errore e prestazione ottimale.

Accanto ai processi di stress, assume un ruolo centrale il coping, inteso come l’insieme degli sforzi cognitivi e comportamentali attraverso cui la persona cerca di gestire richieste interne o esterne valutate come impegnative o superiori alle proprie risorse (Lazarus & Folkman, 1984; Obbarius et al., 2021).

Negli studi sullo sport e sulla guida ad alte prestazioni, il monitoraggio psicofisiologico può includere indicatori come la variabilità della frequenza cardiaca per la regolazione autonomica, l’EEG per il carico mentale e la fatica cognitiva, e marker neuroendocrini collegati alla risposta allo stress. Nel motorsport, tali misure risultano utili soprattutto se interpretate insieme al contesto di guida e non come indicatori isolati (Di Credico et al., 2024; Diaz-Piedra et al., 2020; McEwen, 2007).

Parallelamente, l’intelligenza artificiale sta emergendo come uno strumento innovativo per l’analisi e la gestione di tali processi. L’integrazione di modelli predittivi, sistemi di biofeedback e tecnologie di monitoraggio avanzato apre nuove prospettive nella comprensione dello stress e nell’ottimizzazione della performance, consentendo interventi sempre più personalizzati e (Adebisi et al., 2025; Hickey et al., 2021). tempestivi

Alla luce di queste considerazioni, la presente tesi si propone di analizzare il fenomeno dello stress e del coping in una prospettiva neuroscientifica, con particolare riferimento al contesto del motorsport e della Formula 1. Il lavoro si sviluppa lungo un percorso che parte dai modelli teorici dello stress e del coping, per poi approfondire i meccanismi psicofisiologici e neurocognitivi della performance estrema. Successivamente, il motorsport viene esaminato come paradigma applicativo privilegiato, in cui osservare l’interazione tra mente, corpo e ambiente.

La seconda parte della tesi è dedicata al ruolo dell’intelligenza artificiale, esplorandone i fondamenti teorici e le principali applicazioni nel contesto sportivo e nella gestione dello stress. In particolare, viene analizzata l’integrazione tra IA e neuroscienze, con l’obiettivo di evidenziare come l’utilizzo combinato di dati fisiologici, modelli computazionali e tecnologie intelligenti possa contribuire a migliorare la comprensione e l’ottimizzazione della performance umana.

In questo senso, il motorsport non è solo un contesto sportivo, ma un ambito applicativo utile per osservare come carico fisico, stress psicologico, controllo cognitivo e tecnologie di monitoraggio interagiscano nella prestazione umana ad alta intensità (Brown et al., 2019; Holland et al., 2025; Colangelo et al., 2024).

Capitolo 1 Lo stress in prospettiva neuroscientifica

1.1. Definizione e modelli teorici dello stress

Il termine stress può essere inteso come un processo di risposta dell’organismo a richieste ambientali o interne che sollecitano adattamento. Non coincide necessariamente con una condizione patologica: in forma acuta può avere funzione adattiva, mentre la sua persistenza o disregolazione può generare effetti negativi sul piano fisiologico, cognitivo ed emotivo (Selye, 1956; McEwen, 1998; Lazarus & Folkman, 1984).

Da una prospettiva neuroscientifica, lo stress può essere descritto come una risposta di adattamento attivata di fronte a stimoli o condizioni percepite come rilevanti per l’equilibrio dell’organismo. Lo stressor indica la richiesta o lo stimolo che sollecita la risposta, mentre la risposta allo stress comprende modificazioni fisiologiche, cognitive ed emotive. Nel modello transazionale, tra evento e risposta assume un ruolo centrale la valutazione cognitiva della situazione e delle risorse disponibili (Lazarus & Folkman, 1984; McEwen, 2007).

Nel breve termine, un livello moderato di attivazione può sostenere vigilanza e prontezza di risposta. Questa relazione non è lineare: secondo la legge di Yerkes-Dodson, livelli intermedi di arousal tendono a favorire la prestazione, mentre livelli troppo bassi o troppo elevati possono comprometterla (Yerkes & Dodson, 1908).

La comprensione dello stress si è sviluppata attraverso contributi teorici differenti: Cannon descrisse la risposta di fight-or-flight, Selye propose la Sindrome Generale di Adattamento e Lazarus e Folkman spostarono l’attenzione sulla valutazione cognitiva e sulle strategie di coping (Cannon, 1915; Selye, 1956; Lazarus & Folkman, 1984).

Gli sviluppi successivi hanno mostrato che la risposta allo stress non dipende solo dallo stimolo, ma anche dal modo in cui esso viene percepito e interpretato dall’individuo (Lazarus & Folkman, 1984; McEwen, 2007).

Un contributo fondamentale è rappresentato dal concetto di allostasi, che descrive la capacità dell’organismo di mantenere stabilità attraverso il cambiamento. Quando questa regolazione viene sollecitata in modo ripetuto o prolungato, può prodursi carico allostatico, cioè un costo fisiologico dell’adattamento (McEwen, 1998; McEwen, 2007).

Tra i modelli più rilevanti per comprendere la dimensione psicologica dello stress vi è il modello cognitivo-transazionale di Lazarus e Folkman, dove lo stress deriva dall’interazione tra individuo e ambiente ed è mediato dalla valutazione cognitiva della situazione. Non è più l’evento in sé a determinare la risposta ma il modo in cui viene interpretato in rapporto alle risorse disponibili. La stessa condizione può essere vissuta da una persona come minaccia e da un’altra come sfida, generando risposte fisiologiche, emotive e comportamentali differenti (Obbarius et al., 2021; Miao, 2025).

Nel motorsport, lo stress va letto come parte di una condizione prestativa complessa, in cui il pilota deve mantenere controllo attentivo e motorio mentre è esposto a calore, vibrazioni, forze G, fatica e pressione competitiva (Brown et al., 2019; Holland et al., 2025; Colangelo et al., 2024).

Lo stress può essere compreso solo attraverso una prospettiva integrata, capace di tenere insieme corpo, cervello e contesto. Nel caso dei piloti di Formula 1, bisogna interpretare la performance non solo come abilità tecnica o fisica, ma anche come capacità di regolare l’attivazione, mantenendo lucidità decisionale e recuperando efficacemente dopo condizioni di carico elevato.

1.2. Il contributo di Hans Selye e la distinzione tra stress acuto e cronico

Il contributo di Selye rimane centrale perché ha descritto lo stress come una risposta biologica generale dell’organismo alle richieste ambientali. Tuttavia, i modelli successivi hanno integrato questa prospettiva con il ruolo della valutazione cognitiva, della regolazione cerebrale e del carico allostatico (Selye, 1956; Lazarus & Folkman, 1984; McEwen, 1998; Obbarius et al., 2021).

Secondo il suo modello, la risposta si articola in tre fasi principali: allarme, resistenza ed esaurimento.

La prima fase, la fase di allarme, corrisponde alla risposta immediata allo stressor. In questa fase l’organismo riconosce la presenza di una minaccia o di una richiesta significativa e attiva rapidamente i sistemi fisiologici necessari all’azione. Viene coinvolto di più il sistema simpatico-adrenomidollare, con rilascio di catecolamine come adrenalina e noradrenalina. L’effetto è una preparazione generale del corpo alla risposta di lotta o fuga: aumentano la frequenza cardiaca, la pressione arteriosa, la vigilanza e la disponibilità di energia.

Se lo stressor persiste l’organismo entra nella fase di resistenza. In questa seconda fase l’attivazione non è più solo immediata, ma tende a stabilizzarsi nel tempo. Diventa centrale il ruolo dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene, che sostiene la produzione di cortisolo che permette di mantenere disponibili le risorse energetiche e di prolungare lo sforzo adattativo. La fase di resistenza non indica ancora una condizione patologica ma rappresenta il tentativo dell’organismo di continuare a funzionare nonostante la presenza dello stressor.

Quando però l’esposizione allo stress si prolunga oltre la capacità di adattamento dell’individuo, si arriva alla fase di esaurimento. In questa condizione le risorse regolatorie dell’organismo si riducono progressivamente e la risposta allo stress perde la sua efficacia iniziale. È questa la fase in cui possono comparire conseguenze negative sul piano fisico, cognitivo ed emotivo, con un aumento della vulnerabilità a disturbi legati allo stress.

Un aspetto importante del contributo di Selye riguarda anche la distinzione tra eustress e distress, ovvero: con il termine eustress si indica una forma di attivazione funzionale, capace di sostenere l’adattamento e solo in alcuni casi migliorare la performance. Il distress si riferisce a una condizione in cui l’attivazione diventa eccessiva, disorganizzante o prolungata, fino a compromettere il benessere dell’individuo. Oggi questa distinzione viene interpretata con maggiore cautela, lo stress non è considerato buono o cattivo in sé, ma un processo i cui effetti dipendono da variabili come intensità, durata, possibilità di recupero e percezione di controllo (Obbarius et al., 2021).

In questa prospettiva la distinzione tra stress acuto e stress cronico diventa centrale. Lo stress acuto è una risposta rapida, temporanea e generalmente adattiva che si manifesta quando l’organismo deve affrontare una richiesta immediata come un pericolo improvviso, una decisione urgente o una situazione competitiva intensa. L’attivazione fisiologica favorisce la vigilanza, la concentrazione, la prontezza motoria e la mobilitazione delle risorse energetiche. Nel contesto sportivo, una quota moderata di stress acuto può quindi sostenere la prestazione, purché rimanga entro livelli gestibili.

Lo stress cronico al contrario si sviluppa quando l’attivazione si mantiene nel tempo o quando gli stressor si ripetono senza un adeguato recupero. In questa condizione i sistemi che inizialmente servivano a proteggere l’organismo possono diventare fonte di sovraccarico. L’esposizione prolungata a livelli elevati di cortisolo e catecolamine può alterare il funzionamento cardiovascolare, metabolico, immunitario e cerebrale. Sul piano psicologico, lo stress cronico può favorire affaticamento mentale, irritabilità, ansia, difficoltà attentive e riduzione della capacità decisionale. Quando l’attivazione si mantiene nel tempo, i sistemi neuroendocrini coinvolti nella risposta allo stress, in particolare l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene e il rilascio di cortisolo, possono contribuire al carico allostatico e incidere sui processi di recupero e regolazione (McEwen, 1998; McEwen, 2007).

Gli studi di Se