Appunti Psicobiologia

Psicobiologia

Le neuroscienze e la psicobiologia cercano di collegare funzioni cognitive ed emotive a un substrato fisico, ovvero il cervello (hardware). Le discipline cercano di capire in che modo le cellule nervose lavorano per determinare la comparsa di comportamenti e di stati cognitivi e in che modo le cellule possono essere influenzate dall’ambiente. La spiegazione del comportamento in termini di attività cerebrale è il compito principale delle neuroscienze: le principali domande a cui deve rispondere sono:

• I processi mentali sono elaborati in parti specifiche del sistema nervoso o rappresentano una proprietà che emerge dall’intero cervello?
• Se i processi mentali sono localizzati, qual è la relazione che lega le proprietà anatomiche e fisiologiche di una certa regione con le sue specifiche funzioni percettive, cognitive, motorie?
• Se è possibile comprendere le relazioni tra proprietà anatomiche/fisiologiche e le specifiche funzioni, esaminando ciascuna regione nel complesso o con lo studio di singole cellule nervose?

Il termine neuroscienza viene coniato nel 1976, quando Gazzaniga e Miller si trovano a discutere di come le due discipline che studiavano, la neuroscienza e la psicologia cognitivista, potessero essere unite: vengono studiati i meccanismi alla base del comportamento e il loro substrato biologico.

L’approccio della neuroscienza si basa su tre livelli di analisi:

• Osservazione del comportamento (computational): es. si ricordano 7 numeri;
• Processi psicologici sottostanti (algorithmic): es. si riesce a fare grazie alla memoria di lavoro;
• Base biologica, cervello (implementation): la memoria di lavoro ha una base cerebrale.

Storia

Cartesio propone una netta distinzione tra corpo e mente. Essi potevano influenzarsi reciprocamente (la mente attraverso le passioni) e sosteneva che queste interazioni avvengono nella ghiandola pineale.

Nel 1700 c’è un dibattito filosofico tra gli empiristi (= sostengono che il cervello sia un contenuto vuoto e sono le esperienze sensoriali ad arricchirne il contenuto, tabula rasa) e gli idealisti (= sostengono che la percezione del mondo è determinata dalle strutture innate della nostra mente, forme a priori).

Intorno al 1850 Darwin (pioniere delle concezioni moderne del cervello) dà una spinta verso un’analisi biologica dell’umano: da dibattito filosofico a dibattito scientifico.

Prima di Darwin, Willis scrive un saggio in cui descrive l’anatomia del cervello, anticipando le neuroscienze cognitive perché sottolinea come le lesioni cerebrali possono influenzare il comportamento.

Agli inizi dell’800 Gall cerca di unificare i concetti psicologici e biologici nello studio del comportamento e avanza due ipotesi:

• Il cervello è la sede della mente e tutte le funzioni mentali emanano dal cervello, mente e cervello non sono due entità separate (prima si credeva che il cuore fosse la sede della mente);
• La corteccia cerebrale non funziona come un organo unitario ma comprende molti organi diversi, ciascuno dei quali è deputato a controllare una funzione specifica (modularità o localizzazionismo).

Gall è il padre della frenologia: per identificare quali aree sottendessero delle funzioni, non si basa sul cervello ma sulla forma testa. Se si usa tanto una facoltà mentale, quella parte del cervello si sviluppa di più e sulla testa si forma una protuberanza che sottolinea l’uso importante di quella facoltà: crea una mappa di funzioni mentali e tratti comportamentali che associa a determinate aree del cervello.

Un sostenitore della frenologia in Italia è Lombroso, uno dei pionieri degli studi sulla criminalità. Egli sosteneva che i delinquenti hanno caratteristiche del cranio che ne determinano l’atteggiamento criminale; le sue teorie si basano sul concetto del criminale per nascita, secondo cui l’origine del comportamento criminale è insita nelle caratteristiche anatomiche del criminale, diverso fisicamente dall’uomo normale perché dotato di anomalie e atavismi (= caratteristiche tipiche dell’uomo primitivo, ormai estinto, e che possono ricomparire nei criminali): l’inclinazione al crimine è vista come una patologia ereditaria, l’unico approccio utile è quello terapeutico. Secondo la neuroscienza forense, alcuni aspetti biologici possono predisporre a determinati comportamenti, in determinati contesti.

Negli stessi anni, le teorie di Gall vengono sottoposte ad analisi sperimentale da Flourens, il quale prende degli animali, fa un’ablazione dei centri identificati da Gall per vedere gli effetti sul comportamento: elabora la teoria dei campi cerebrali associati o equipotenzialità, la quale sosteneva che le singole regioni cerebrali non sono responsabili dell’espressione di comportamenti specifici, ma che tutte le regioni cerebrali svolgono un proprio ruolo in ogni funzione mentale: si comprende quindi che il cervello non ha parti specifiche che fanno cose specifiche. La teoria di Flourens rappresenta anche una reazione culturale contro la concezione riduzionistica che la mente umana possa essere un organo biologico, che non esiste un’anima e che ogni processo mentale possa essere ridotto a una serie di attività di regioni specifiche.

Broca, Wernicke e Jackson mettono in discussione tale teoria, evidenziando come alcune funzioni cognitive potessero essere ricondotte ad alcune aree del cervello, studiando difficoltà nel linguaggio a seguito di lesioni cerebrali (la teoria dei campi associati rimane dominante però fino al 1950).

Jackson si occupa di epilessia e osserva che le convulsioni si evolvevano allo stesso modo (dal volto, al braccio, alla gamba con certa regolarità): egli deduce che la crisi stimola a livello cerebrale una sorta di mappa prefissata del corpo, attacchi dovuti a scariche elettriche che coinvolgevano zone adiacenti del cervello; una parte del cervello codifica per determinate parti del corpo, l’impulso è mandato nella stessa direzione ad aree adiacenti. Egli ipotizza che la corteccia cerebrale abbia un’organizzazione topografica (ogni area corticale rappresenta una mappa di una regione corporea): tesi a favore del localizzazionismo.

Broca nel 1861 pubblica i risultati dell’autopsia del cervello del paziente Leborgne il quale, dopo un ictus alla corteccia prefrontale, non è più in grado di produrre linguaggio, dice solo TAN. Il cervello del paziente è stato conservato e sottoposto a risonanza magnetica: si è vista la localizzazione della lesione: area di Broca (nel giro frontale inferiore sinistro, corteccia prefrontale) che porta a difficoltà nel produrre il linguaggio. Broca era stato influenzato da Gall, ma usa un metodo scientifico: ha un’intuizione simile a quella della frenologia ma non vengono guardate le protuberanze sul cranio ma il cervello e le lesioni al cervello. Broca fonda così la neuropsicologia: nuova scienza dei processi mentali che egli riteneva dovesse essere distinta dalla frenologia.

Vengono fatti degli studi sulla mappatura delle funzioni cerebrali sugli animali (Fritsch, Hitzig, Ferrier): stimolano aree della corteccia del cervello di un cane e di un macaco per capire cosa muovono gli animali e mappano la corteccia motoria.

Wernicke, influenzato dai lavori di Broca, Fritsch e Hitzig, studia i pazienti con lesioni cerebrali con deficit nel linguaggio (esami post-mortem), pazienti che erano in grado di parlare in modo fluido, erano incapaci di comprendere il linguaggio e usavano frasi senza significato: il soggetto aveva una lesione in una parte esteriore dell’emisfero sinistro tra il lobo parietale e il lobo temporale e scopre che il cervello ha un’area responsabile del linguaggio con significato e della sua comprensione. Wernicke cerca di conciliare le idee del localizzazionismo e dei campi aggregati e sosteneva che le funzioni mentali elementari sono localizzate in aree cerebrali circoscritte, mentre quelle più complesse possono essere mediate da regioni specifiche, interconnesse tra loro: è l’interconnessione che rende possibile queste funzioni: introduce l’idea di analisi distribuita (principio cardine delle neuroscienze), secondo cui c’è una grande modularità ma comunque le funzioni sono inserite in networks.

Negli stessi anni (inizio del XX secolo), sorge in Germania una nuova scuola di pensiero in tema di localizzazioni cerebrali guidata da Broadmann: cerca di distinguere le singole aree funzionali della corteccia cerebrale in base alla diversa struttura delle cellule. Nasce la citoarchitettonica, la quale sostiene esistano aree diverse nel cervello con funzioni diverse perché la composizione cellulare è diversa.

Golgi si sofferma sullo studio della fisiologia dei neuroni, mette a punto un metodo di impregnazione argentica che permette la visualizzazione microscopica della struttura del neurone: scopre che i neuroni hanno un corpo cellulare e due appendici (assoni e dendriti). Cajal usa la tecnica di Golgi e dimostra che il sistema nervoso non è un reticolato di elementi contigui, ma un reticolo di cellule distinte e fornisce le prove sperimentali della dottrina del neurone, principio per cui i singoli neuroni sono componenti elementari da cui nascono i messaggi del sistema nervoso.

Nel 1800 cominciano gli studi sull’elettrofisiologia partendo dagli studi di Galvani (nervi funzionano con impulsi elettrici). Von Helmotz misura la velocità della conduzione nervosa, dell’attività elettrica lungo l’assone delle cellule nervose e mostra che l’attività elettrica di un neurone è in grado di influenzare in maniera prevedibile l’attività di una cellula adiacente, la sinapsi. Egli comprende che la corrente elettrica cellulare è il mezzo che trasporta le informazioni lungo l’assone del neurone.

Negli stessi anni si sviluppa la farmacologia: degli studi francesi, tra cui lo studioso Bernard, mostrano che i farmaci si legano a recettori specifici posizionati sulla membrana cellulare e questa nozione porta alla scoperta che le cellule nervose possono comunicare mediante stimoli chimici, con i neurotrasmettitori.

Nonostante le prove del localizzazionismo, la visione dominante è quella dei campi cerebrali associati; influenti pensatori, tra cui Lashley, avevano questa visione e influenzano gli altri studiosi. Con gli anni, le prove sulla localizzazione divennero schiaccianti grazie a studiosi come Penfield, il quale prende pazienti con gravi crisi epilettiche e in sede pre-chirurgica stimola determinate aree della corteccia e vede cosa muove il paziente e cosa riporta di sentire, in modo tale da distruggere chirurgicamente i neuroni cerebrali che producevano la scarica epilettica: si crea così una mappatura, la mappa dell’Homunculus sensorimotorio.

Prospettiva attuale

I processi mentali sono prodotti finali delle interazioni che si stabiliscono fra unità elementari di analisi localizzate nel cervello. L’accettazione dei processi modulari nelle funzioni mentali è lenta a causa:

• Della frenologia;
• Di difficoltà nel dimostrare quali singole componenti delle operazioni mentali sono rappresentate in una particolare via nervosa o in una certa zona del cervello.

Le neuroscienze cercano di scomporre in processi più semplici per poi capire dove questi processi sono implementati: per certi processi può essere semplice, come per il riconoscimento del volto, per processi come la coscienza è più difficile individuare il substrato neurale.

Una branca delle neuroscienze cognitive sono le neuroscienze cognitive sociali: l’uomo è in continua interazione con gli altri, il nostro cervello e la nostra attività mentale sono in continua modificazione a causa degli altri agenti. Le neuroscienze cognitive sociali studiano gli aspetti sociali del funzionamento cerebrale (come codifichiamo i volti delle altre persone, come proviamo emozioni, come le esprimiamo, come interagiamo con gli altri, come ci fidiamo o meno degli altri).

Metodi di ricerca

Nelle neuroscienze si utilizza il metodo scientifico: si fanno delle osservazioni, si formulano ipotesi, si programma e si esegue un esperimento che possa supportare o rigettare l’ipotesi e si può trarre una conclusione: un altro ricercatore dovrebbe essere in grado di replicare l’esperimento e ottenere gli stessi risultati (in caso contrario si rivede l’intero processo).

Nelle neuroscienze si fa un esperimento per verificare un’ipotesi formulata su un determinato evento che si vuole studiare, solitamente vengono fatti più esperimenti (esperimenti di controllo). Viene calcolato anche il numero di partecipanti per vedere se il risultato è statisticamente rilevante e significativo, usando il metodo statistico. La ricerca viaggia su riviste scientifiche internazionali (riportate anche su motori di ricerca online) dove si possono trovare i risultati delle ricerche. Alcune riviste sono alte, solitamente quelle interdisciplinari come “Nature” e “Science” (hanno un alto impact factor: indica quanto le riviste vengono lette e quanto hanno impatto sulle ricerche successive).

Quando si scrive un lavoro scientifico si decide a che rivista inviarlo, chiedendo all’editor di valutare il lavoro. Esso lo manda a dei reviewers (processo di referaggio) che leggono il lavoro e mandano dei commenti, chiedendo una major o una minor revision (le ricerche possono anche essere rifiutate). L’editor riceve i commenti dei reviewers e chiede allo sperimentatore di rivedere l’esperimento sulla base dei commenti; una volta revisionato, lo sperimentatore rimanda il lavoro all’editor e ai reviewers e poi il lavoro va in pubblicazione.

Negli ultimi anni nasce l’idea dell’open access (articoli accessibili a testo intero a tutti): in questo caso l’articolo viene pagato dai fondi di ricerca e dal ricercatore (costa circa 3000 dollari); alcune riviste come “Frontiers” hanno deciso di pubblicare solo open access e questo porta ad abbassare il livello di queste riviste: si sono moltiplicate ricerche poco controllate e ci sono troppi lavori. Pacchioni scrive dei libri, tra cui “Scienza, quo vadis?” in cui fa un’analisi sullo stato della scienza oggi, mettendo in evidenza come a volte nelle ricerche si falsificano i dati e sottolinea che la ricerca va troppo veloce e che debba rallentare per avere dei lavori di alta qualità. Un altro problema è il fatto che diventa molto difficile per le persone capire quali ricerche siano valide e quali no.

Psicologia cognitiva e metodi comportamentali

La psicologia cognitiva studia l’attività mentale in termini di elaborazione delle informazioni: si identificano i processi interni che sottostanno al comportamento osservabile: si sottopongono a verifica le ipotesi avanzate sulle operazioni mentali analizzando le informazioni in entrata che, attraverso un processo, creano un dato comportamento. Alla base dell’approccio cognitivo c’è il concetto che:

• L’elaborazione delle informazioni dipende dalle rappresentazioni mentali;
• Le rappresentazioni mentali sono soggette a trasformazioni interne: è necessario che le rappresentazioni delle percezioni si traducono in rappresentazioni in azioni.

Uno degli approcci di ricerca delle neuroscienze è il metodo comportamentale, in cui vengono misurate le prestazioni del soggetto; la variabile dipendente è l’accuratezza nella prestazione e i tempi di reazione (o cronometria mentale: permette di capire il processo sottostante all’azione). Alcuni esempi di test sui tempi di reazione:

• Compito di associazione di lettere: bisogna premere un tasto (“uguale” o “differente”) in base al fatto che le lettere siano entrambe vocali, entrambe consonanti, o una vocale e una consonante: a seconda del tipo di stimolo i tempi di reazione cambiano;
• Stroop test: bisogna dire il più velocemente possibile il colore in cui sono scritte le parole (verde, blu, rosso, blu, verde, ecc.): questo compito riguarda la molteplicità delle rappresentazioni mentali e richiede di inibire una risposta automatica per attivarne un’altra;
• Compito di confronto mnemonico: riconoscere se una lettera fa parte di un insieme di lettere presentato precedentemente, cercando di capire se si tratta di un processo simultaneo o seriale: emerge che all’aumentare delle lettere presenti nelle stringhe, aumentavano i tempi di reazione e quindi si tratta di un processo seriale;
• Effetto di superiorità della parola: i soggetti sono più accurati nel riconoscere la presenza di una lettera in una parola piuttosto che in una stringa di lettere senza senso; si tratta di un processo simultaneo.

Abituarsi a guardare il cervello

Parlando del cervello si fanno riferimento a quattro parti:

• Rostrale: la parte che sta davanti, più anteriore;
• Caudale (coda): la parte posteriore;
• Dorsale: la parte che sta più sopra;
• Ventrale: la parte che sta sotto, inferiore.

Tagli diversi del cervello

• Assiale: “affetto” la testa dall’alto, guardo dall’alto;
• Sagitale: entro dall’orecchia, laterale (più esterna) o più medialmente, verso l’interno del cervello;
• Coronale: entro dagli occhi.

Il nostro cervello è suddiviso in giri e solchi.

Nel cervello inoltre possiamo distinguere:

• La sostanza grigia (gray matter): formata dai corpi cellulari (soprattutto neuroni): parte più esterna;
• La sostanza bianca (white matter): formata da assoni mielinizzati: parte più interna.

La corteccia cerebrale umana

Veduta laterale dell’emisfero sinistro (a) e veduta dorsale del cervello umano (b). Le principali caratteristiche della corteccia comprendono i quattro lobi e alcuni giri di speciale rilevanza. I giri (o circonvoluzioni), tra loro separati da solchi, sono dovuti al ripiegamento della corteccia cerebrale durante lo sviluppo del sistema nervoso.

• Lobo frontale: si sviluppa più tardi nell’uomo, più sviluppato nell’uomo rispetto agli altri primati non umani. Suddiviso in giro frontale superiore, giro frontale medio e giro frontale inferiore;
• Lobo temporale: suddiviso in giro temporale superiore, giro temporale medio, giro temporale inferi