Riassunto esame Neuroscienze cognitive, Prof. Pellicciari Maria Concetta, libro consigliato Neuroscienze, Esplorando il cervello, Bear, Connors, Paradiso

PARTE I - FONDAMENTI

NEUROSCIENZE: PASSATO PRESENTE E FUTURO - Cap 1

neuroscienze = studia la relazione tra uno specifico comportamento / processo psicologico / attività cognitiva

ed i suoi substrati biologici / fisiologici.

disturbo mentale = implica alterazioni clinicamente significative nella sfera del pensiero, nella regolazione

delle emozioni e del comportamento di una persona (quindi colpisce il funzionamento dell’individuo). implica

anche una disfunzione dei processi psicologici, evolutivi e/o neurobiologici che sottendono il funzionamento

mentale. comporta anche forme di disagio personale (es: nelle relazioni sociali o nell’attività lavorativa).

psicochirurgia:

- Egas Moniz: neurologo che ha ideato un innovativo metodo di terapia psichiatrica: la leucotomia (o

lobotomia) prefrontale. consiste nell’entrare nello scalpo passando dall’encefalo, così da bloccare le

connessioni cerebrali. tuttavia, questo metodo comportava un elevato rischio di infezioni.

Per questo Jackson Freeman: ha ideato la lobotomia transorbitale, tecnica che consente l’accesso ai lobi

frontali attraverso le orbite oculari, così da bloccare le connessioni delle fibre mielinizzate cerebrali.

Origini delle neuroscienze:

Già dalla preistoria, i nostri antenati si resero conto dell’importanza del cervello per la vita.

Infatti, già 7000 anni fa gli uomini praticavano dei fori nei crani di altri, nel tentativo di curarli da mal di testa /

disturbi mentali.

Anche gli egizi (5000 anni fa), che dapprima ritenevano che il cuore fosse la sede dell’anima e della memoria,

riconoscevano la corrispondenza tra lesioni cerebrali e variazioni di comportamento. In alcuni scritti compaiono

anche per la prima volta altre strutture cerebrali (tra cui meningi, ovvero materiale di protezione del cervello, e

fluido cerebrospinale).

Nel primo millennio a.C., gli antichi greci svilupparono diverse credenze sulle funzionalità del cervello. In

particolare:

- Ippocrate: riteneva che il cervello fosse sì coinvolto nella sensazione, ma soprattutto che rappresentasse

anche la sede dell’intelligenza (idea encefalocentrica).

- Aristotele: non si trovava d’accordo con Ippocrate. Infatti, riteneva che fosse il cuore il centro dell’intelletto, e

che il cervello servisse per raffreddare il sangue surriscaldato dal cuore in ebollizione. Per cui, il temperamento

razionale dell’uomo sarebbe dovuto alla capacità di refrigerazione del cervello.

- Erofilo: attraverso la dissezione di corpi umani, compie importanti progressi sul SN. In particolare:

-​ individua i nervi spinali (che dai muscoli e dalla pelle raggiungono il midollo spinale). Ogni regione

del corpo poi è collegata a differenti gruppi di nervi (come i nervi del SNPeriferico).

Durante il primo millennio d.C., alcuni antichi romani fanno importanti passi nel campo anatomico e fisiologico

del cervello:

- Galeno: studia l’organizzazione del cervello e valuta per la prima volta come le lesioni cerebrali possono

indurre cambiamenti nei comportamenti. Studiando il cervello, poi, nota che ci sono 2 porzioni principali

dell’encefalo: cervello (che essendo più molle, permette che le sensazioni vi siano impresse), e cervelletto

(che è più duro, per cui controlla il movimento).

Inoltre, si chiede come facesse il cervello a ricevere sensazioni e a muovere gli arti, per cui apre il cervello e si

rende conto che è cavo (identifica gli spazi cavi come ventricoli). Dentro la cavità cerebrale fluisce il fluido

cerebrospinale (N.B.: quando il fluido si accumula nel cervello, le strutture si restringono, causando

idrocefalia). Egli ipotizza quindi che sia cavo perché il cervello funziona come una pompa che attrae il

pneuma psichico (spirito) dagli organi di senso nei ventricoli e poi li spinge verso i muscoli per contrarli

(dottrina pneumo-ventricolare).

Questa visione del cervello fu considerata vera fino al 1500 (circa).

Dal 1500 cambia la visione del cervello:

- Leonardo da Vinci: studia il funzionamento del corpo umano, e ne abbozza le basi del disegno anatomico.

Infatti, inserendo della cera nel cervello riesce a calcare i ventricoli cerebrali, i nervi ottici e il globo

oculare.

- Cartesio: convinto che la mente fosse un’entità spirituale che riceveva sensazioni e comandava i movimenti

tramite la comunicazione con il cervello (attraverso l’epifisi, o ghiandola pineale). Inoltre, propone il concetto di

riflesso spinale (inteso come un flusso di attività nervosa) e di via neurale:

-​ il contatto con il fuoco provoca un flusso di attività nervosa che corre lungo il nervo cavo fino al

cervello.

-​ nel cervello l’attività nervosa viene riflessa e ritorna ai muscoli della gamba, muscoli che si contraggono

allontanando il piede dal fuoco.

-​ ERRORE nella teoria: Cartesio ritiene che l’info del dolore passa per una sola via, ma in realtà ce ne

sono due! (guarda sotto).

Si scoprì poi che i riflessi sono risposte rapide, prevedibili e involontarie agli stimoli, coinvolgendo strutture sia

del SNC sia del SNP. Ci sono 2 tipi di riflessi:

-​ somatici: stimolano i muscoli scheletrici.

-​ Vegetativi: (o autonomi) regolano l’attività della muscolatura liscia, del cuore e delle ghiandole.

Regolano inoltre funzioni dell’organismo quali la digestione, l’eliminazione dei prodotti di rifiuto,

pressione del sangue e sudorazione.

Fine 1700: avvengono vari esperimenti di dissezione completa del SN e la descrizione dettagliata della sua

anatomia:

- SN ha una porzione centrale (comprende cervello e midollo spinale, o SNC) e una porzione periferica

(formata da rete di nervi che percorrono il corpo, o SNP).

- notato che il tessuto cerebrale è suddiviso in due parti: sostanza grigia (costituita dai corpi cellulari degli

assoni non mielinizzati e i dendriti); e sostanza bianca (costituita dagli assoni mielinizzati e fibre di

connessione a livello encefalico, che comunicano tra loro tramite il corpo calloso). L’interno del cervello è

costituito principalmente da sostanza bianca. Possiamo classificare gli assoni della sostanza bianca in:

-​ fibre associative: connettono aree situate nello stesso emisfero. Divise in:

-​ fibre arcuate: quelle più corte, in quanto si incurvano ad arco per passare da una

circonvoluzione all’altra;

-​ fascicoli: più lunghe, es: f.longitudinale connette lobo frontale con lobi dello stesso emisfero

-​ fibre commessurali: collegano e consentono la comunicazione tra gli emisferi cerebrali; costituiscono

infatti il corpo calloso e la commessura anteriore.

-​ corpo calloso = lamina interposta tra i due emisferi cerebrali, costituita da fasci di fibre

mieliniche che collegano tra loro aree corrispondenti nei due emisferi. Permette infatti

l’unificazione dell’info elaborata in maniera diversa da ciascun emisfero, realizzando la

complementarità tra le due metà della corteccia cerebrale. Le fibre callose costituiscono delle

connessioni tra aree corticali correlate a funzioni periferiche motorie e sensitivo-sensoriali.

Interviene anche nel coordinamento dei movimenti e nel linguaggio.

-​ fibre di proiezione: (insieme chiamato capsula interna) connettono il cervello con centri sottostanti

del SNC (diencefalo, tronco encefalico, cervelletto e MS). Tutte devono passare per il diencefalo, dove

le fibre che trasportano info sensitive, che terminano poi nella corteccia, decorrono accanto alle fibre

che originano dalla corteccia motoria.

- osservato che ognuno ha la stessa distribuzione generale di protuberanze (o giri) e avvallamenti (o solchi e

fessure) sulla superficie del cervello.

- Galvani: nervi sono fili in grado di condurre segnali elettrici al cervello e dal cervello.

- Bell e Magendie: nervi sono composti da 2 fibre: fibre afferenti sensoriali (che raccolgono le info

dall’esterno e le portano al cervello) e fibre efferenti motorie (che mandano la risposta

motoria dal cervello ai muscoli) (legge di Bell e Magendie). Quindi le info esterne vengono

captate dalle fibre afferenti sensoriali di un nervo per mandarle alla parte dorsale del

midollo spinale, il quale poi comunica al cervello. Una volta che quest’ultimo elabora la

risposta, questa viene mandata come comando motorio tramite la fibra efferente motoria

dello stesso nervo, il quale esce dalla parte ventrale del midollo spinale.

Nel 1800 inizia la localizzazione funzionale e la mappatura cerebrali:

- Gall: padre della frenologia, sostiene che le specifiche funzioni psichiche dipendono da una singola regione

del cervello (ragionamento ERRATO, in quanto una particolare funzione si sviluppa in varie regioni cerebrali).

Inoltre, ritiene che la grandezza di alcune aree cerebrali comportassero incredibili capacità cognitive (anche

questo ERRATO).

- Lombroso: riprende la teoria di Gall riguardo la valutazione di particolari morfologia del cranio, e crede che da

questa valutazione si potrebbe giungere a delle qualità psichiche dell’individuo e alla sua personalità. Scrive

poi “l’uomo delinquente” (prima tappa della criminologia studiata con metodo scientifico), in cui ritiene che se

una persona abbia una particolare area cerebrale più grande, potrebbe diventare un criminale (ERRATO).

- Flourens: applica il metodo di ablazione sperimentale sul cervello di animali, e dimostra che diverse regioni

del cervello svolgono funzioni differenti (teoria della localizzazione cerebrale).

- Broca: nota una lesione in una particolare area del cervello di un paziente che

soffriva di epilessia e perdita del linguaggio (chiamato “paziente Tan”, in quanto

era in grado di riprodurre solo questa sillaba). La lesione si trovava nella terza

circonvoluzione (o giro) frontale o fronto-parietale inferiore, area situata nell’

emisfero sinistro che verrà poi chiamato Area di Broca (o area 44).

Se danneggiata, compromette la produzione del linguaggio (ma può comprenderlo). (afasia espressiva).

- Wernicke: scopre che una lesione nella porzione posteriore della circonvoluzione temporale

postero-superiore causa un altro tipo di afasia: il paziente parla correttamente ma produce

frasi senza senso logico (in quanto è compromessa la comprensione del linguaggio).

(afasia recettiva).

Gli studi di Broca e Wernicke portano ad importanti conclusioni, ovvero che

le aree corticali sono differenziate per funzione e che gli emisferi cerebrali

sono lateralizzati.

- Hitzig: conduce esperimenti su alcuni pazienti che avevano perso una

parte del cranio in battaglia, e ne stimola elettricamente la superficie esposta. Così nota che

questa stimolazione elettrica è in grado di evocare movimenti diversi, e che regioni diverse

controllavano parti diverse del corpo (avvalendo la tesi della localizzazione cerebrale e della specificità

anatomica degli effetti).

- Brodmann: elabora una suddivisione della corteccia cerebrale in 52 regioni, distinguendole per caratteristiche

di citoarchitettura (ovvero, la suddivisione è fondata sulla distribuzione dei vari tipi di cellule).

- Economo: riprende lo studio di Brodmann trova 107 aree corticali (sempre seguendo criteri citoarchitettonici).

- Penfield: egli effettua una mappatura del cervello tramite l’elettrostimolazione, così da permettere la

rimozione di un tessuto nervoso malato senza ledere regioni circostanti con funzioni importanti. Questo

metodo, inoltre, consentiva di verificare l’organizzazione del cervello sulla base delle illusioni interpretative. Si

vide, inoltre, che la stimolazione di alcune regioni produceva sensazioni o movimenti. Grazie a questo, si

riuscirono ad individuare la corteccia motoria e la corteccia sensoriale. Queste hanno una

rappresentazione somato-topica, ovvero tutti i campi recettivi presenti sul nostro organismo, sono

rappresentati in maniera precisa su ogni punto della corteccia. (≠ rappresentazione tonotopica che si focalizza

su un solo campo recettivo, come il sistema uditivo).

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Il neuroscienziato utilizza il metodo scientifico per effettuare le sue ricerche:

1.​ Osservazione: compiuto durante esperimenti progettati epr testare una particolare ipotesi, oppure

osservando attentamente il mondo circostante o casi clinici, o ancora tramite l’introspezione

2.​ Replicazione (sia a livello sperimentale che clinico): ripetere l'esperimento su soggetti differenti, o fare

osservazioni simili su pazienti differenti, per un numero di volte sufficiente a escludere che

l’osservazione sia stata fatta per caso.

3.​ Interpretazione: una volta appurato che l’osservazione sia corretta, bisogna interpretarla. Le

interpretazioni dipendono dal livello di conoscenza del momento, e dalle idee dello scienziato (con la

sua predisposizione mentale). Per questo, le interpretazioni non sempre resistono alla verifica del

tempo, oppure spesso accade che la corretta interpretazione venga effettuata molto tempo dopo le

osservazioni originarie.

4.​ Verifica: significa che l’osservazione è sufficientemente forte da poter essere replicata da qualunque

scienziato che segua in modo accurato il protocollo dell’osservatore originario. Il successo della verifica

porta generalmente ad un’accettazione di fatto dell’osservazione. Tuttavia, non tutte le osservazioni

possono essere verificate, il che solitamente dipende da variabili addizionali (es: temperatura, ora del

giorno, etc.). Dunque, se la verifica ha esito positivo vengono stabiliti nuovi fatti scientifici, mentre se ha

esito negativo occorre suggerire nuove interpretazioni.

Questo metodo viene applicato sia su soggetti umani che su animali, e può avvenire su:

-​ Studi sperimentali: confronti tra o entro i gruppi. Richiede la presenza di 3 tipi di variabile:

-​ Variabile indipendente (che viene manipolata).

-​ Variabile dipendente (che viene misurata).

-​ Variabile confondente (che è da controllare).

-​ Studi quasi sperimentali.

-​ Casi singoli.

I metodi di ricerca per lo studio del comportamento seguono 4 fasi:

1.​ Descrizione del comportamento: si effettuano 2 tipi di descrizione:

-​ analitica /strutturale del comportamento in termini di azioni. Es: quali sono i principali modi di

modifica del comportamento dovuti all’esperienza? / Come sono i suoni di un determinato

linguaggio?

-​ funzionale del comportamento in termini di risultati e funzioni /disfunzioni. Es: in quale modo

specifici comportamenti ottengono una ricompensa o evitano una punizione? / Quale

comportamento è coinvolto nel fare un’affermazione o una domanda?

2.​ Osservazione dello sviluppo del comportamento e le sue caratteristiche biologiche nel corso della vita

Dalla teoria di Darwin emerge la necessità di approfondire 2 tematiche di studio:

-​ Continuità del comportamento e dei processi fisiologici tra specie che hanno antenati comuni.

-​ Differenze specie-specifiche del comportamento e dei meccanismi fisiologici sottostanti, che

si sono evolute in seguito all’adattamento alle richieste dell’ambiente. Es: come possono le

diverse specie essere confrontate per tipo e per velocità di apprendimento? / Come si è evoluto

il linguaggio nell’uomo?

Inoltre, studiando l’ontogenesi (=processo attraverso cui un individuo cambia nel corso della vita,

cresce e invecchia) è possibile avere indicazioni sulle funzioni ed i meccanismi che determinano un

comportamento. Es: come cambiano l'apprendimento e la memoria nel corso della vita? / Come

imparano i bambini a parlare?

3.​ Studio dei meccanismi fisiologici del comportamento: per conoscere i meccanismi del comportamento

di un individuo è necessario studiare l'organismo ed i suoi principali componenti, dal punto di vista

anatomo-funzionale (es. cellule nervose: neuroni). Es: quali cambiamenti anatomici e chimici del

cervello mantengono i ricordi? Quali aree del cervello sono specificamente coinvolte nel linguaggio?

4.​ Studio delle possibili applicazioni della neurofisiologia nelle disfunzioni del comportamento umano:

utilizzare le scoperte ottenute con la ricerca per migliorare la salute ed il benessere dell’uomo e

comprendere le cause delle disfunzioni cerebrali. Es: la terapia genetica e la terapia comportamentale

potenziano la memoria in alcuni pazienti senili / La terapia del linguaggio in relazione a un trattamento

a base di anfetamine velocizza il recupero del linguaggio dopo un ictus.

Le neuroscienze utilizzano 3 metodi sperimentali per studiare la relazione tra cervello e comportamento:

a.​ Intervento somatico: si modifica una struttura o una funzione cerebrale o del corpo, per valutare gli

effetti di questo cambiamento sul corpo.

b.​ Intervento comportamentale: si interviene sul comportamento di un organismo, e si osservano i

cambiamenti che ne risultano nella struttura e nelle funzioni corporee e cerebrali.

c.​ Intervento correlazionale: mira a trovare in che misura si ha una variazione somatica /fisiologica in

conseguenza di un determinato cambiamento nel corpo.

Le neuroscienze hanno dato un grande contributo nella comprensione delle malattie psichiatriche, soprattutto

nell’individuare meccanismi coinvolti in tali disturbi e nel trovare strategie di trattamento delle disfunzioni che

coinvolgono il cervello.

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Il paziente H.M. Soffriva di epilessia farmaco-resistente, malattia che da molti fu attribuita ad un incidente in

bicicletta che il paziente aveva subito all’età di 9 anni.

Fu poi visitato dal dottor Scoville per un trattamento. Scoville riuscì a localizzare l'origine dei suoi attacchi

epilettiformi nel lobo temporale mediale, suggerendo l'ablazione chirurgica dello stesso come terapia.

(Effettuò dunque l'asportazione di parte di entrambi i lobi temporali del cervello del paziente e di strutture come

l’ippocampo, amigdala, e corteccia paraippocampale).

Dopo l'operazione H.M. cominciò a soffrire di una grave forma di amnesia anterograda: non riusciva ad

accumulare, preservare o recuperare nuovi ricordi. Tuttavia, la memoria procedurale rimase intatta (poteva

apprendere nuove abilità motorie, pur non riuscendo a ricordare esplicitamente di averle apprese).

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Cartesio utilizzò una teoria fluido-meccanica per spiegare il funzionamento del cervello.

("Se il fuoco &egrav