Appunti esame Psicofisiologia sperimentale

Psicofisiologia sperimentale

Indice

- Introduzione

- Come si studia la psicofisiologia: metodo scientifico e inferenza

- Pupillometria

- TMS e tDCS

- HRV

- Conduttanza cutanea 1

Introduzione

1. Le principali tecniche di indagine psicofisiologica

La psicofisiologia sperimentale si avvale di un insieme di tecniche finalizzate alla rilevazione di

correlati fisiologici di processi psicologici. Le principali sono:

Elettroencefalografia (EEG) e potenziali evento-correlati (ERP)

• Pupillometria (quantificazione della dilatazione pupillare)

• Tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva

• Variabilità della frequenza cardiaca (Heart Rate Variability, HRV)

• Attività elettrodermica (skin conductance, conduttanza cutanea)

•

È importante sottolineare che, dal punto di vista dello psicologo, l'oggetto di interesse primario non

è la tecnica strumentale in sé, quanto piuttosto la relazione tra evento psicologico e rilevazione

fisiologica. Il modello concettuale sotteso è il seguente: l'evento psicologico determina modificazioni

a livello cerebrale (o fisiologiche in generale), le quali a loro volta producono variazioni misurabili

attraverso le tecniche sopra elencate. L'interesse psicologico si concentra dunque sulla natura di tale

relazione causale (evento psicologico → correlato fisiologico), piuttosto che sugli aspetti puramente

tecnici della misurazione.

2. Perché studiare la psicofisiologia? Valore aggiunto rispetto alla psicologia

Per rispondere a questo interrogativo è necessario collocare la psicofisiologia all'interno del più ampio

quadro delle neuroscienze.

2.1 Le neuroscienze come sistema di discipline correlate

Psicofisiologia, anatomia e fisiologia costituiscono tre delle discipline fondanti delle neuroscienze. Il

tratto comune a queste tre discipline è duplice:

1. Sono organizzate attorno a sistemi corporei (ad esempio il sistema nervoso).

2. Condividono l'obiettivo di chiarire struttura e funzione dei singoli organi e dei sistemi,

riconoscendo che questi sono interconnessi tra loro e con l'ambiente esterno.

→

Anatomia Scienza delle strutture corporee e delle relazioni tra di esse; definisce la forma.

→

Fisiologia Studio della funzione delle parti del corpo, a diversi livelli di organizzazione

(macroscopico, cellulare, molecolare — es. mano, neurone, apparato di Golgi).

Anatomia e fisiologia sono discipline reciprocamente interdipendenti: non è possibile studiare la

funzione di una struttura senza conoscerne la forma, né studiarne la forma senza comprenderne la

funzione.

Esempi paradigmatici del principio forma-funzione:

Il neurone: la sua funzione è la trasmissione di informazioni ad altre cellule nervose,

• realizzando così la comunicazione neuronale. La forma specifica del neurone (non casuale,

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ma selezionata evolutivamente) è ottimale per svolgere tale funzione: una morfologia

alternativa non consentirebbe una comunicazione altrettanto efficiente con un numero elevato

di cellule bersaglio.

La mano: la sua funzione primaria è la manipolazione di oggetti; la sua forma anatomica

• risulta ottimizzata proprio per tale funzione.

2.2 Dalla fisiologia alla psicofisiologia

Il principio forma-funzione proprio di anatomia e fisiologia si estende naturalmente alla

psicofisiologia, che può essere concettualizzata come estensione di forma e funzione allo studio dei

processi cognitivi e del comportamento umano. La psicofisiologia indaga dunque come i processi

cognitivi si strutturano (forma) e quali funzioni essi svolgano.

Tuttavia, nel passaggio dalla fisiologia alla psicofisiologia si inserisce un elemento di complessità

ulteriore: la psiche, con i relativi processi cognitivi superiori (o simbolici) — quali linguaggio,

pensiero matematico, ecc. Questi processi aggiungono un livello di complessità che distingue la

psicofisiologia dalla fisiologia in senso stretto.

3. Definizione di psicofisiologia

La psicofisiologia risulta pertanto intimamente correlata all'anatomia cerebrale, è interessata ai

fenomeni psicologici e comportamentali in relazione all'ambiente fisico e sociale, e nel corso

dell'intero arco di vita ed è caratterizzata dall'utilizzo di approcci metodologici complementari.

Inoltre, è indagabile mediante tecniche non invasive, anche in contesti naturalistici.

Definizione operativa: la psicofisiologia è lo studio scientifico dei fenomeni sociali, psicologici e

comportamentali, correlati e rilevati attraverso principi ed eventi fisiologici in organismi funzionali.

4. Le articolazioni della psicofisiologia

Come ogni disciplina scientifica, la psicofisiologia si differenzia in sotto-ambiti, in funzione

dell'approccio adottato:

• Cognitiva: elaborazione delle informazioni ed eventi fisiologici correlati.

• Applicata: applicazione dei principi psicofisiologici alla pratica clinica/professionale (es.

biofeedback per il rilassamento).

• Ambientale: interdipendenza organismo-ambiente (es. effetto facilitatorio di determinati ambienti

su specifici processi cerebrali).

• Clinica: interazioni organismo-ambiente in condizioni patologiche; comprende valutazione e

trattamento dei disturbi.

• Sociale: correlati fisiologici dell'interazione tra individui.

• Evolutiva: cambiamento dei processi psicofisiologici lungo l'arco di vita, dall'infanzia all'età

adulta.

• Sperimentale: ambito di base, prevalentemente sovrapponibile alla psicofisiologia cognitiva, ma

trasversale: consente di condurre ricerca sperimentale all'interno di ciascuno degli ambiti

precedenti. 3

Come si studia la psicofisiologia: metodo scientifico e inferenza

1. Prerequisiti per lo studio della psicofisiologia

Per comprendere la psicofisiologia è necessario, in via preliminare, comprendere la fisiologia

sottostante: per interpretare correttamente una tecnica di rilevazione occorre prima conoscere come è

generato il segnale fisiologico che essa misura.

Tuttavia, la sola conoscenza della fisiologia cerebrale non è sufficiente ad interpretare le risposte

psicologiche di un soggetto a un compito, né a chiarire la relazione tra risposta psicologica e segnale

fisiologico che con essa covaria. Sono necessarie, in aggiunta, competenze relative a:

Disegno sperimentale

• Proprietà psicometriche del test

• Appropriatezza dell'analisi statistica

• Interpretazione dei dati

•

2. Il concetto di inferenza in psicofisiologia e il metodo scientifico

Il ragionamento psicofisiologico procede per inferenza. Esempio: osservando volti si registra una

specifica componente elettroencefalografica (la N170). Da questa osservazione si può inferire che la

variazione fisiologica (N170) dipenda dal processo psicologico di percezione del volto. È

fondamentale sottolineare che tale relazione non è certa né necessariamente 1:1: si tratta appunto di

un'inferenza, ovvero della deduzione di un cambiamento psicologico sulla base di un segnale

fisiologico osservato in seguito a una manipolazione sperimentale. Per condurre inferenze corrette è

indispensabile la conoscenza del metodo scientifico.

Principio generale: disporre di strumentazione tecnologicamente avanzata migliora l'osservabilità dei

fenomeni fisiologici, ma non fornisce alcun contributo al processo di inferenza. Quest'ultimo richiede

necessariamente una struttura di pensiero scientifico rigorosa.

Il pensiero scientifico si fonda sulla logica ipotetico-deduttiva (le cui radici storiche risalgono a

Bacone e Galileo), esemplificabile con il metodo investigativo di Sherlock Holmes.

Funzionamento:

1. Si parte da un insieme di ipotesi;

2. Si eliminano progressivamente le ipotesi incompatibili con i dati osservati;

3. Se i dati risultano coerenti con una sola ipotesi, le ipotesi alternative diventano meno

plausibili;

4. Il processo va replicato (ripetuto più volte) e generalizzato (verificato in contesti diversi);

5. Con adeguati livelli di replicabilità e generalizzabilità, è possibile scartare un sottoinsieme di

ipotesi iniziali e selezionare l'ipotesi più plausibile.

Tuttavia, esistono dei limiti nel metodo scientifico e nella logica ipotetico-deduttiva nel caso della

psicofisiologia, in particolare: 4

• →

Varianza L'elevata variabilità individuale e la natura in parte stocastica (casuale) di molti eventi

fisiologici rendono difficile la replicabilità e la generalizzabilità dei risultati. Esempio: nello

studio della dilatazione pupillare in risposta a frasi emotive vs. neutre, non vi è garanzia che ogni

partecipante attenda esclusivamente allo stimolo target. Il controllo tramite gruppi sperimentali e

normalizzazione dei dati riduce ma non elimina la componente stocastica.

• →

Impossibilità di esaustività ipotetica Specificare tutte le ipotesi alternative richiederebbe

onniscienza. Il ricercatore parte tipicamente da un set di ipotesi derivato dalla letteratura esistente,

non dall'insieme di tutte le ipotesi logicamente possibili – senza garanzia che l'ipotesi migliore sia

inclusa in tale set.

Le tecniche psicofisiologiche servono a indicizzare un processo, stato o fase psicologica, ovvero a

definirli con maggiore precisione, fornendo un'ulteriore fonte di dati (la risposta fisiologica come

indice) nello studio dei processi psicologici. Condizione necessaria: affinché un substrato fisiologico

sia specifico di una determinata fase psicologica, è necessario poter suddividere le fasi

dell'elaborazione mentale. A tal fine è stato sviluppato il metodo sottrattivo.

Ideato dal fisiologo olandese Franciscus Donders, il metodo sottrattivo consente di isolare le diverse

fasi dell'elaborazione mentale mediante il confronto (sottrazione) tra compiti di diversa complessità.

Esempio applicativo (livello comportamentale):

Compito Fasi coinvolte

Simple Reaction Time Task (rilevare uno Comparsa dello stimolo → percezione →

stimolo e premere un tasto il più rapidamente cascata di elaborazione (PFC → area

possibile) supplementare motoria/premotoria →

corteccia parietale → M1 → muscoli) →

pressione del tasto

Choice Reaction Time Task (stimolo 1 → tasto Comparsa dello stimolo → percezione →

sinistro; stimolo 2 → tasto destro) decisione (scelta del tasto in base alla regola)

→ pressione del tasto

Calcolo: tempo di reazione (Choice) − tempo di reazione (Simple) ≈ 200–230 ms

Inferenza: tale differenza temporale corrisponde al tempo necessario alla fase decisionale, unica fase

aggiuntiva presente nel compito Choice rispetto al Simple.

Condizione necessaria per la validità dell'inferenza: le fasi comuni ai due compiti devono rimanere

invariate; l'unica variabile a differire deve essere la fase di interesse (in questo caso, la decisione). Ne

consegue un principio generale: quanto più simili sono i paradigmi sperimentali confrontati, tanto più

forte è l'inferenza; quanto più essi divergono, tanto più essa si indebolisce.

Il metodo sottrattivo costituisce il fondamento logico di:

tutti gli studi di risonanza magnetica funzionale (fMRI);

• gli studi EEG;

• gli studi di dilatazione pupillare;

• in parte, gli studi con TMS (stimolazione magnetica transcranica).

• 5

Rappresenta pertanto il fondamento metodologico dell'intera psicofisiologia sperimentale.

La progettazione sperimentale richiede la definizione di:

Condizione sperimentale: presenza del fattore di interesse (teoricamente dipendente da n stadi

• di elaborazione dell'informazione);

Condizione di controllo: assenza del medesimo fattore (costruita in modo da incorporare n −

• 1 stadi di elaborazione).

Condizione sperimentale Condizione di controllo effetto del fattore isolato

() − ( − 1) =

Principio cardine: tutte le altre variabili devono rimanere costanti tra le due condizioni, in modo che

la sottrazione isoli esclusivamente il processo di interesse.

Anche il metodo sottrattivo ha i suoi limiti:

• →

Assunto di serialità Il metodo presuppone che i processi cognitivi si svolgano in fasi seriali e

discrete. Se tale assunto non fosse valido, il metodo stesso perderebbe fondamento.

• →

Alterazione della serialità anche assumendo la serialità, l'inserimento di una fase aggiuntiva

potrebbe alterare la natura seriale dell'intero processo, invalidando il confronto.

• →

Dipendenza da un'ipotesi preliminare il metodo richiede necessariamente un'ipotesi di

partenza per costruire condizione sperimentale e condizione di controllo, riportando al

problema, già discusso, della non esaustività del set di ipotesi disponibili.

• →

Errore di affermazione del conseguente errore logico che si verifica quando, avendo stabilito

in precedenza una covariazione tra stato fisiologico e stato psicologico (es. maggiore dilatazione

pupillare ↔ maggiore arousal), si inferisce che il riscontro della medesima variazione

fisiologica implichi automaticamente il medesimo stato psicologico originariamente osservato.

Nel momento in cui è applicato ai segnali psicofisiologici guadagna dei vantaggi. Applicato ai dati

fisiologici, il metodo sottrattivo non si limita a rilevare che esiste una differenza tra condizioni, ma

consente di specificarne anche:

la localizzazione (a livello cerebrale);

• la collocazione temporale (temporale/cronometrica).

•

Fornisce quindi una specificazione qualitativa delle differenze, oltre alla loro semplice rilevazione

quantitativa: un vantaggio distintivo rispetto alle sole misure comportamentali.

3. Le relazioni tra stati psicologici e stati fisiologici: un modello concettuale

Per formalizzare il rapporto tra piano psicologico e piano fisiologico è utile un esercizio concettuale

basato su due insiemi:

Psy: l'insieme di tutti i processi cognitivi/psicologici;

• Phy: l'insieme di tutti gli eventi fisiologici.

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Presupposto di partenza: ogni elemento dell'insieme Psy possiede un qualche referente in Phy;

ovvero, ogni processo cognitivo ha un substrato fisiologico (la mente ha un correlato fisico). Assunto

il presupposto precedente, sono ipotizzabili cinque tipologie di relazione tra i due insiemi:

Tipo di relazione Descrizione

Relazione nulla Nessuna associazione tra elementi psicologici e

fisiologici

Relazione 1:1 Un elemento psicologico è associato a uno e un

solo elemento fisiologico

Relazione 1:molti Un elemento psicologico è associato a un

sottoinsieme di elementi fisiologici

Relazione molti:1 Due o più elementi psicologici sono associati

allo stesso elemento fisiologico (es. rabbia e

paura che condividono lo stesso correlato)

Relazione molti:molti Due o più elementi psicologici sono associati

agli stessi molteplici elementi fisiologici

Delle cinque tipologie, solo due (1:1 e molti:1) consentono di effettuare un'inferenza tra evento

fisiologico osservato ed evento psicologico sotteso. Questo perché, metodologicamente, si registra un

solo evento fisiologico per volta: la relazione 1:molti è pertanto inosservabile nella pratica

sperimentale, mentre nella migliore delle ipotesi si può accedere a una relazione 1:1 (un elemento

psicologico → uno specifico correlato fisiologico).

Da queste due relazioni (1:1 e molti:1) derivano gli strumenti metodologici già trattati: logica

ipotetico-deduttiva e metodo sottrattivo di Donders.

Quando si osserva una differenza tra due eventi fisiologici (ad esempio in dati EEG o di

neuroimaging) attribuibile, tramite metodo sottrattivo, a una funzione cognitiva, tale differenza è di

per sé indicativa di una relazione molti:1 (n processi implicati). Tuttavia, esiste una tendenza

interpretativa sistematica a ridurre tale relazione a una relazione 1:1 — ossia ad assumere che quella

specifica differenza fisiologica sia indicativa in modo esclusivo di quella specifica differenza

psicologica. Esempio: giro fusiforme e percezione dei volti. Studi di tipo lesionale o di stimolazione

(TMS) che mostrano un decremento nel riconoscimento dei volti a seguito della perturbazione

dell'area target tendono ad essere interpretati secondo un'associazione 1:1. Questo approccio riflette

un'impostazione localizzazionista (concettualmente affine alla frenologia storica): un'area cerebrale

→ una funzione psicologica.

Principio metodologico fondamentale: la relazione 1:1 non va data per assunta, ma deve essere

verificata empiricamente come si verifica un'ipotesi. I dati suggeriscono, come punto di partenza più

prudente, una relazione molti:1. →

Esempio: Neuroimaging/correlazionale Si osserva una differenza fisiologica in funzione di un

compito (metodo sottrattivo) e si inferisce la relazione con una o più funzioni cognitive. L'inferenza,

che dovrebbe essere molti:1, viene spesso erroneamente interpretata come 1:1.

→

Esempio: Lesionale/perturbativo Si danneggia o interferisce con un'area cerebrale e si osserva

l'effetto sulla funzione psicologica. Il rischio è che si assume che il cambiamento cognitivo dipenda

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esclusivamente dalla regione lesionata, ignorando la plasticità cerebrale: un deficit osservato potrebbe

derivare da fenomeni di riorganizzazione plastica, non dalla sola perdita di funzione locale

Per chiarire la direzionalità delle inferenze psicofisiologiche, è utile un'analogia: una casa dotata di

condizionatore, dove il sistema fisiologico è rappresentato dal condizionatore (Phy) e l'insieme

psicologico dalla temperatura ambientale (Psy).

→

- Approccio bottom-up (Phy → Psy) Corrisponde metodologicamente agli studi lesionali o

di TMS: si manipola direttamente il sistema fisiologico (si accende/spegne il condizionatore)

e si osserva l'effetto sulla variabile psicologica (temperatura). La probabilità di osservare un

cambiamento di temperatura do