Psicobiologia e psicologia fisiologica

Psicobiologia e psicologia fisiologica

Mod. 1 – Fondamenti di psicofisiologia del sistema nervoso

Mod. 1.1 - Introduzione alla psicobiologia e alla psicologia fisiologica

Origini dello studio di cervello e comportamento

Il cervello umano è un organo di straordinaria complessità, composto da circa novanta miliardi di cellule chiamate neuroni. Questi inviano e ricevono segnali elettrochimici e sono interconnessi attraverso una vasta rete di connessioni. La complessità del cervello è fondamentale per sostenere ogni aspetto del comportamento umano: dalla percezione dell'ambiente circostante, al movimento, fino alle funzioni cognitive più sofisticate come le emozioni, la memoria, l'apprendimento, il pensiero e il ragionamento. Grazie al cervello, siamo in grado di creare e apprezzare opere d'arte, nonché di elaborare e realizzare progetti complessi e ambiziosi.

Una delle più grandi sfide che il cervello umano affronta è quella di comprendere il proprio funzionamento e il modo in cui tale funzionamento si traduce in processi psichici e comportamentali. Oggi è ampiamente accettato che il sistema nervoso controlli il comportamento, ma per giungere a questa comprensione, il pensiero umano ha dovuto evolversi nel corso di millenni.

Le testimonianze archeologiche risalenti all'epoca preistorica mostrano che il cervello era già ritenuto un organo cruciale per la vita umana. Crani datati circa 7000 anni fa presentano tracce di trapanazione, ovvero una primitiva pratica chirurgica che consisteva nel praticare fori nei crani di individui viventi. Si ritiene che tale procedura fosse intesa come cura per mal di testa o per i disturbi mentali, permettendo agli spiriti maligni di abbandonare la testa del paziente.

Nell'Antico Egitto, gli scritti medici di 5000 anni fa testimoniano che le conseguenze devastanti di un danno cerebrale erano già conosciute. Tuttavia, si pensava che il cuore fosse la sede del pensiero, delle emozioni e della memoria. Durante il processo di mummificazione, il cuore e altri organi venivano conservati, mentre il cervello veniva rimosso e scartato. Questa convinzione era condivisa anche nelle antiche civiltà indiane e cinesi.

Nell'Antica Grecia, la convinzione dominante era che il cuore fosse responsabile delle funzioni psichiche. Il filosofo Aristotele sosteneva che il cuore fosse la sede delle capacità mentali e che il cervello avesse il compito di raffreddare il sangue riscaldato dal cuore a causa delle passioni, permettendo così agli individui un comportamento razionale. Al contrario, il medico Ippocrate, considerato il padre della medicina occidentale, affermava che fosse il cervello la sede delle funzioni mentali e il principale responsabile del controllo del comportamento.

Durante l'Epoca Romana, il medico greco Galeno (130-200 d.C.) mostrò grande rispetto per Aristotele, ma contestò alcune sue teorie. Galeno si dedicò allo studio del cervello, sezionando e analizzando i cervelli di vari animali. Osservando gli effetti delle ferite sui gladiatori, descrisse le conseguenze delle lesioni spinali e cerebrali e le collegò ai cambiamenti comportamentali. Galeno sostenne che lo spirito fosse un fluido contenuto nel cervello e che influenzasse il comportamento attraverso i nervi, i quali agivano come tubi.

Nell'epoca medievale, lo studio dell'uomo come parte della natura era considerato empio. Tuttavia, nel Rinascimento, a partire dal XIV secolo, gli studi sull'uomo ripresero.

Nel XVII secolo, il filosofo e matematico francese Cartesio (1596-1650) introdusse importanti novità riguardo al cervello e alle capacità mentali. Cartesio concepiva il mondo come una macchina divinamente creata e suddivideva la realtà in res cogitans (realtà psichica) e res extensa (realtà fisica). Secondo Cartesio, gli animali erano organismi meccanici, il cui comportamento era controllato da stimoli ambientali. La stessa concezione si applicava al corpo umano, che funzionava come una macchina. Cartesio fu il primo a suggerire un legame tra la mente umana e il cervello, proponendo una concezione dualistica.

L'uomo, a differenza degli animali, possedeva uno spirito pensante (la res cogitans), fatto di sostanza immateriale, che controllava le azioni non automatiche. La res cogitans riceveva informazioni dagli organi sensoriali del corpo e ne controllava i movimenti, interagendo con esso tramite la ghiandola pineale (l'epifisi), situata nella profondità degli emisferi cerebrali. Cartesio credeva che, una volta decisa un'azione, la res cogitans ruotasse la ghiandola pineale, permettendo al fluido contenuto nelle cavità ventricolari di raggiungere i muscoli e controllarne i movimenti. Secondo questa concezione, il fluido sarebbe passato attraverso i nervi.

Il dualismo cartesiano separò il corpo materiale dalla sostanza spirituale, ma li tenne uniti tramite la ghiandola pineale. Questo permise lo studio della parte fisica dell'uomo e aprì la strada a ulteriori ricerche sul rapporto tra cervello e comportamento.

Luigi Galvani dimostrò che la contrazione muscolare poteva essere indotta mediante stimolazione elettrica di un nervo, smentendo l'ipotesi di Cartesio sulla pressione idraulica. Nel XIX secolo, Johannes Peter Müller ampliò le conoscenze sul rapporto tra cervello e comportamento, introducendo un approccio sperimentale alla fisiologia. Müller sviluppò la dottrina delle energie nervose specifiche, suggerendo che i nervi trasmettessero messaggi elettrici simili, ma le sensazioni fossero diverse a causa della destinazione dei messaggi nel cervello. Ciò portò all'idea di aree funzionali specializzate nel cervello.

Franz Joseph Gall diffuse la frenologia, che collegava la struttura del cranio ai tratti di personalità e alle abilità cognitive. Secondo la frenologia, le protuberanze del cranio erano associate a specifiche aree del cervello responsabili di particolari tratti o abilità. Questa teoria contribuì a sviluppare l'idea che specifiche funzioni mentali fossero localizzate in specifiche aree della testa.

Il fisiologo francese Marie Jean Pierre Flourens (1794-1867) condusse esperimenti di ablazione, rimuovendo specifiche aree del cervello animale, dimostrando che queste aree supportavano funzioni specifiche. Flourens osservò come il comportamento degli animali variava dopo l'asportazione di un'area cerebrale, inferendo la funzione della parte mancante. Scoprì le aree del cervello che controllavano il battito cardiaco, la respirazione, i movimenti finalizzati e i riflessi visivi e uditivi.

Anche il neurologo francese Paul Broca (1825-1880) giunse a conclusioni simili studiando pazienti con lesioni cerebrali e disturbi funzionali specifici. Broca descrisse un paziente che aveva perso la capacità di parlare ma non di comprendere il linguaggio a seguito di un ictus. Dopo la morte del paziente, Broca osservò una piccola lesione nell'emisfero sinistro del cervello, dimostrando che specifiche aree cerebrali supportano funzioni particolari. Con queste scoperte, la separazione tra corpo e mente stabilita da Cartesio fu superata, aprendo la strada allo studio del cervello in relazione al comportamento, oggetto dei moderni studi psicobiologici.

Nel XX secolo, numerose ricerche portarono alle attuali conoscenze sulla struttura e le funzioni del cervello. In particolare, la pubblicazione nel 1949 del libro "L'organizzazione del comportamento" dello psicologo canadese Donald Olding Hebb (1904-1985) ha svolto un ruolo determinante nello sviluppo degli studi psicobiologici. Hebb spiegò come un comportamento complesso potesse basarsi sull'attività neuronale e come connessioni inizialmente casuali potessero organizzarsi per permettere un funzionamento ottimale nell'ambiente. Hebb unì studi sugli animali a studi sull'uomo, superando l'idea che lo studio del cervello fosse troppo complesso da affrontare.

Definizione di psicobiologia e psicologia fisiologica

La psicobiologia e la psicologia fisiologica sono discipline che si focalizzano sulla relazione tra comportamento e processi corporei, in particolare quelli legati all'attività cerebrale. Questi campi di studio indagano le basi biologiche e fisiologiche dei processi psichici e comportamentali umani e animali. A volte, tali discipline vengono chiamate semplicemente psicobiologia o neuroscienze comportamentali.

Le neuroscienze comportamentali sono una branca delle neuroscienze, l'insieme di discipline che studiano il sistema nervoso. La psicobiologia e la psicologia fisiologica, dunque, si concentrano sulla relazione tra il sistema nervoso e il comportamento, cercando di comprendere come le strutture e le funzioni del cervello influenzino le nostre azioni, emozioni e pensieri.

Gli studi in psicobiologia e psicologia fisiologica possono includere ricerche su come specifici neurotrasmettitori, aree cerebrali o circuiti neurali influenzino il comportamento e le funzioni cognitive, come la memoria, l'apprendimento, l'attenzione e la percezione. Queste discipline possono anche esplorare come fattori genetici, ormonali o ambientali influenzino lo sviluppo e il funzionamento del sistema nervoso e, di conseguenza, il comportamento.

Oggetto di studio della psicobiologia

La psicobiologia esplora diversi ambiti di studio, che comprendono:

• Descrizione del comportamento: La psicobiologia si dedica all'analisi e alla descrizione sistematica dei comportamenti, scomponendo la loro struttura e funzione in termini di caratteristiche essenziali ben definite. In ogni ricerca scientifica, è fondamentale descrivere accuratamente l'oggetto di studio. Nel caso della psicobiologia, il comportamento viene analizzato in termini di caratteristiche essenziali misurabili, come ad esempio i movimenti degli arti, che possono essere suddivisi in posizioni o contrazioni muscolari.
• Evoluzione del comportamento: Gli studi psicobiologici esaminano la continuità tra le specie in relazione a specifici processi cerebrali e comportamentali, permettendo di studiare fenomeni importanti per l'essere umano anche in altre specie. Inoltre, questi studi indagano le discontinuità specie-specifiche di comportamenti e processi cerebrali che sono il risultato dell'adattamento a diversi ambienti.
• Sviluppo del comportamento: La psicobiologia studia le variazioni delle funzioni cerebrali nel corso della vita di ogni specie. Ad esempio, nei roditori giovani, si osserva una grande capacità di apprendimento, ma una memoria meno efficace rispetto ai roditori più anziani, poiché la memoria a lungo termine richiede tempo per svilupparsi. Questo evidenzia che apprendimento e memoria hanno substrati neuronali differenti e permette di acquisire conoscenze sui meccanismi di tali funzioni attraverso lo studio dello sviluppo del comportamento e delle funzioni cerebrali.
• Meccanismi biologici: Un obiettivo fondamentale della psicobiologia è l'indagine dei meccanismi biologici che supportano i processi psichici e le diverse manifestazioni comportamentali. È quindi importante comprendere i circuiti alla base dei vari aspetti del comportamento e i processi biochimici ed elettrofisiologici coinvolti.
• Applicazione delle conoscenze: Oltre all'acquisizione di conoscenze teoriche, la psicobiologia si prefigge come obiettivo l'applicazione di queste conoscenze al fine di migliorare le condizioni di vita delle diverse specie. Questo permette di affrontare e trattare i vari disturbi che colpiscono il sistema nervoso centrale e periferico, che possono avere conseguenze significative sul funzionamento degli individui di ogni specie.

Principali branche della psicobiologia

Definire i confini della psicobiologia può essere complesso, poiché la disciplina coinvolge ricercatori provenienti da molteplici campi che utilizzano diverse metodologie. Tuttavia, è possibile identificare alcune aree principali di studio:

• Psicologia fisiologica: Si concentra sui meccanismi neurali alla base del comportamento attraverso la manipolazione cerebrale diretta in contesti sperimentali controllati, rispettando specifiche leggi e linee guida etiche. Questi studi si basano prevalentemente su metodologie chirurgiche e di stimolazione elettrica in modelli animali.
• Psicofarmacologia: Esamina i meccanismi neurali alla base dell'attività cerebrale e del comportamento, utilizzando la somministrazione di farmaci per indagare i loro effetti. Gli studi vengono condotti su modelli animali e, se permesso, su soggetti umani in fase avanzata di sperimentazione, quando sono stati dimostrati gli effetti benefici del farmaco.
• Neuropsicologia: Si occupa degli effetti del danno cerebrale sulle funzioni cerebrali in soggetti umani, analizzando le conseguenze di patologie o traumi cerebrali.
• Psicofisiologia: Studia la relazione tra attività fisiologica e processi psicologici in soggetti umani, utilizzando tecniche non invasive per registrare l'attività psicofisiologica, come l'elettroencefalogramma o la misurazione di parametri psicofisiologici quali movimenti oculari o battito cardiaco.
• Neuroscienze cognitive: Si concentra sulle basi biologiche dei processi psichici di livello superiore, come attenzione, memoria e pensiero. Gli studi, condotti principalmente su soggetti umani, utilizzano tecniche non invasive, come la neuroimmagine durante l'esecuzione di compiti cognitivi.
• Psicologia comparata: Confronta il comportamento di diverse specie per esplorare l'evoluzione, gli aspetti adattivi del comportamento e le influenze genetiche su di esso. Le ricerche possono essere condotte sia in laboratorio che in contesti naturali.

La psicobiologia si avvale delle conoscenze e delle competenze di ricercatori provenienti da vari campi, tra cui psicologi, biologi, medici, fisici, chimici, statistici, matematici e informatici. Questa collaborazione interdisciplinare è fondamentale per affrontare gli obiettivi specifici di ciascuno studio e per applicare le diverse tecniche utilizzate.

I livelli di analisi nell’indagine psicobiologica

La spiegazione scientifica può assumere due forme principali: generalizzazione e riduzione. Tutti gli scienziati, inclusi gli psicologi, lavorano con la generalizzazione, ad esempio spiegando comportamenti specifici attraverso leggi generali derivate da esperimenti, come il condizionamento classico.

Tuttavia, l'indagine sulle basi biologiche e fisiologiche dei processi psichici e del comportamento riguarda spesso fenomeni complessi, e in questi casi, un approccio riduzionista è spesso adottato. Il riduzionismo scompone un problema complesso in parti sempre più piccole, permettendo un'indagine sistematica per una comprensione globale.

Nella psicobiologia, i livelli di indagine sono:

• Livello molecolare: Esamina le molecole che costituiscono e mediano le funzioni del sistema nervoso, come i neurotrasmettitori e altre molecole importanti nelle funzioni cerebrali.
• Livello cellulare: Studia le caratteristiche e le proprietà delle cellule specifiche che compongono il sistema nervoso, come i neuroni e le loro interazioni.
• Livello sistemico: Si concentra sui circuiti tra le cellule del sistema nervoso che insieme svolgono funzioni semplici, come la visione, l'udito e l'olfatto, e anche il movimento.
• Livello comportamentale: Esamina come i sistemi neurali integrano le loro funzioni nell'esecuzione di comportamenti complessi, come le emozioni e l'attività onirica.
• Livello cognitivo: Indaga i meccanismi neurali alla base degli aspetti più complessi dell'attività mentale umana, come il ragionamento, la formazione di immagini mentali e il linguaggio.

Le neuroscienze comportamentali non possono limitarsi a spiegazioni riduzioniste, poiché comportamenti simili possono verificarsi per diverse ragioni e quindi essere scatenati da diversi meccanismi fisiologici. È importante comprendere le ragioni "psicologiche" di un comportamento prima di poter capire gli eventi fisiologici che lo hanno prodotto. Ad esempio, i topi costruiscono un nido a causa della bassa temperatura esterna o durante la gravidanza. Sebbene i meccanismi che controllano i movimenti per la costruzione del nido siano gli stessi, questi meccanismi vengono attivati da regioni cerebrali diverse a seconda delle circostanze.

La neuroplasticità

È importante sottolineare che la psicobiologia non considera il sistema nervoso come una struttura stabile e immutabile che sostiene i processi psichici e il comportamento. Al contrario, bisogna tener conto del fatto che il comportamento e l'esperienza influenzano attivamente il cervello. La neuroplasticità è il fenomeno per cui il cervello è in grado di subire modificazioni strutturali e funzionali in risposta all'esperienza. Questo concetto è stato studiato in profondità da Donald Hebb, tra gli altri.

Ogni esperienza viene tradotta in attività dei circuiti neurali. Questa attività porta a modificazioni strutturali e funzionali nel cervello, mediate da numerosi agenti molecolari e cellulari che agiscono in modo coordinato. La capacità del cervello di adattarsi in base all'esperienza è fondamentale per il nostro adattamento funzionale all'ambiente in tutte le fasi della vita, dall'infanzia fino all'età adulta e matura. La neuroplasticità è cruciale in ogni tipo di interazione con l'ambiente, sia in situazioni fisiologiche (normali) che patologiche (di danno). Quando il cervello deve affrontare un danno, la neuroplasticità permette di mantenere la sua funzione a un livello ottimale di adattamento all'ambiente e di promuovere un comportamento adattivo il più possibile.

Mod. 1.2 - Le cellule del sistema nervoso

Introduzione allo studio delle cellule del sistema nervoso

Il sistema nervoso è composto da due compartimenti principali: il Sistema Nervoso Centrale (SNC), costituito da cervello e midollo spinale situati all'interno delle ossa craniche e della colonna vertebrale; e il Sistema Nervoso Periferico (SNP), che include i nervi e alcuni organi sensoriali al di fuori delle ossa sopramenzionate. Per capire come il sistema nervoso controlli il comportamento, è fondamentale comprendere l'anatomia cellulare microscopica e il funzionamento delle cellule che lo costituiscono.

Il sistema nervoso è composto principalmente da due tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali. La nostra conoscenza attuale del...