Psicobiologia

Psicobiologia programma

Introduzione alla Psicobiologia:

• Cellule del SN
• Trasmissione sinaptica
• Neurotrasmettitori
• Cenni sull’anatomia del SN
• Metodi in Psicobiologia
• Memoria e Apprendimento
• Droghe e dipendenza
• Stress: biologia, adattamento, patologia
• Psiconeuroimmunologia e brain-gut axis (Luca Carnevali)
• Psiconeuroendocrinologia e brain-heart axis

Seminari: Leonardo Fogassi, I neuroni specchio.

Articolo per psicobiologia dello stress: Koolhaas JM, …Sgoifo A, et. al. Stress revisited: a critical evaluation of the stress concept. Neuroscience & Biobehavioral Reviews 35:1291-1301, 2011.

Prova orale: presentazione in gruppo di dati sperimentali e bibliografici (da 7/10 in poi Gennaio 2022…1/3 del punteggio) + prova scritta di 2 domande aperte (⅔ di punteggio).

Dati - file Excel - statistica - ppt + dati da articolo PubMed simile.

Quanti neuroni? Quante cells della glia?

1’300 g… Quanti neuroni? Quante cells della glia?

86 miliardi Gi Ne R (rapporto cellule glia su neuroni)=1.5 → 100’000 miliardi.

Numero neuroni presenti:

• Fruit fly: 100.000 neurons
• Cockroach: 1.000.000
• Rat: 200.000.000
• Cat: 1.000.000.000
• Chimpanzee: 7.000.000.000
• Elephant: 23.000.000.000

Il cervello ha prestazioni di alto contenuto cognitivo raffinato.

Libro: la mente dipinta.

Temi ricorrenti del corso: apprendimento critico, interdisciplinarietà, sottofondo evolutivo, implicazioni cliniche.

Darwin è riconosciuto come progenitore di questa disciplina.

Il padre della Biopsychology (Behavioral Neuroscience) ad oggi viene considerato D.O. Hebb.

I fenomeni psicologici più complessi sono il risultato dell’attività cerebrale.

Anche i fenomeni. Per lungo tempo, la ricerca sulle basi neurobiologiche delle emozioni… un tabù.

Carattere elusivo delle emozioni.

«Non si può quantificare i sentimenti».

«Non abbiamo strumenti per misurare la coscienza».

«Gli animali non posseggono una vera coscienza».

«Gli animali non provano vere emozioni».

La psicobiologia come disciplina integrativa

Che assembla informazioni provenienti da …

La P. è una disciplina integrativa:

• Neuroanatomia, struttura del sistema nervoso
• Neurochimica, basi biochimiche dell’attività del sistema nervoso
• Neuroendocrinologia, integrazione tra sistema nervoso e sistema endocrino
• Neurofarmacologia, effetti delle “drugs” sull’attività nervosa
• Neurofisiologia, funzioni del sistema nervoso (a livello cellulare, di circuito e di rete)
• Neuropatologia, disordini del sistema nervoso

...e le applica allo studio dei substrati biologici del comportamento.

Approcci alla ricerca psicobiologica

• 1. Soggetti umani e non umani
• 2. Procedure sperimentali e non sperimentali
• 3. Ricerca pura e applicata

Soggetti umani e non umani

1… soggetti umani: seguono istruzioni, riferiscono le esperienze soggettive (nb. non corrisponde sempre al vero, non è univoca), sono i meno costosi!

Soggetti non umani: cervello e comportamento (relativamente) più semplici, approccio comparativo.

Esempio pratico nella disfunzione cardiocircolatoria, problemi: standardizzazione dei fattori di stress, scala temporale delle patologie cardiovascolari, questioni etiche. Per questi motivi si preferisce utilizzare il modello animale.

NB: aspetti etici.

Per verificare l’influenza dello stato di stress è stato condotto un esperimento in topi con la fibrosi ed è emerso che: (controlli=no stress). Animale stressato aumenta il tasso di fibrosi nell’ordine di 6 volte. La densità dei foci fibrotici è 4 volte maggiore nell’animale stressato rispetto quello lasciato residente nella sua gabbia senza ulteriori stress.

Solo lo stress cronico per 2 settimane in un animale sperimentale produce un danno cardiaco. Si vedono aree di discontinuità tissutale cardiaca e qui c’è più probabilità di eventi extrasistolici o aritmici più complessi. Qui riesco a standardizzare lo stress, a differenza del caso umano perché qui allevo il topo in modo uguale.

Procedure sperimentali

2… procedure sperimentali. Il metodo sperimentale: che cosa causa che cosa.

• Variabile indipendente - tipo di stress: la differenza tra le condizioni sperimentali in esame ES: stressor fisico e stressor mentale
• Variabile indipendente - parametro ormonale: la variabile misurata per verificare l’effetto della variabile indipendente ES: cortisolo salivare
• Confounded variables. ES: ritmo cardiaco del parametro ormonale → il momento del giorno influisce molto nell’andamento circadiano, ha un suo ritmo.

Devo eliminare tutte le variabili che possono confondere il risultato e renderlo inutilizzabile.

Posso agire in 2 modi: between subjects design. Confronto 2 animali diversi che hanno fatto le 2 tipologie di stress che voglio confrontare, quindi un po’ e un po’.

Within subjects design: stessi animali sottoposti alle stesse condizioni di stress.

Procedure non sperimentali

2… procedure non sperimentali.

Nell’uomo limitazioni etiche ad uno studio sperimentale controllato.

Es: studi quasi sperimentali.

Acker 1984: effetti alcol sul SNC ha confrontato ex alcolisti vs non bevitori. Prende in considerazione questi 2 gruppi. C’è stata una assegnazione non random perché l’alcolista era in quel gruppo, non poteva passare a non alcolista.

Riscontra: negli alcolisti una scarsa performance in test di abilità percettiva, motoria e cognitiva.

Sottoponendo a TAC si osservano danni strutturali.

Le confounded variables erano numerose che se non tenute in conto rischiano di sfalsare.

Per esempio sono: suscettibilità e traumi, consumo di altre droghe, diete povere.

Conclusione corretta dello studio: esiste una correlazione (non un rapporto causa-effetto) tra alcol e danno strutturale/funzionale.

Studi non sperimentali si chiamano case studies e sono incentrati su una singola osservazione. C’è una scarsa generalizzabilità. Da qui studi più dettagliati e i case studies restano fonti di ipotesi molto utili.

Ricerca pura e ricerca applicata

3… contenzioso ricerca pura e ricerca applicata.

RP= è detta fine a se stessa. Le applicazioni derivano dalla comprensione dei meccanismi di base.

RA= miope scorciatoia perché si guarda solo obiettivo pratico senza tenere conto di aspetti pratici e rigori che una Ricerca richiede. Ricadute pratiche, questo è un punto a favore nella scelta di finanziamento economico.

Non c’è una parte giusta, bisogna fare entrambe le fasi, prima pura e poi applicata. Questo è il compromesso più logico ed efficace per ottenere un finanziamento.

Le sei branche principali della psicobiologia

Psicologia fisiologica, Psicofarmacologia, Neuropsicologia, Psicofisiologia, Neuroscienze cognitive, Psicologia comparata.

Psicologia fisiologica (Physiological Psychology)

Studia le basi neurali del comportamento mediante la manipolazione diretta (elettrica, chirurgica) del SNC in condizioni sperimentali controllate.

Soggetti: animali di laboratorio.

Tradizione nella ricerca pura: contributo allo sviluppo di teorie sul controllo nervoso del comportamento.

Psicofarmacologia (Psychopharmacology)

La manipolazione del SNC e del comportamento mediante “drugs” (molecole con proprietà psicoattive) in esperimenti controllati.

Soggetti: animali di laboratorio, successivamente soggetti umani.

Soprattutto ricerca applicata (sviluppo di nuovi farmaci).

Neuropsicologia (Neuropsychology)

Studio degli effetti psicologici-comportamentali di un danno cerebrale.

Soggetti umani: pazienti con deficit neurologici (es. mnestici) (patologie, traumi, interventi neurochirurgici).

X lo + case studies e quasi esperimenti.

Ricerca applicata: ausilio nella diagnosi e nella terapia.

Psicofisiologia (Psychophysiology)

Studio della relazione tra attività fisiologica e processi psicologici.

Soggetti: umani (misure non invasive) es.: correlati fisiologici delle emozioni.

• EEG
• Tensione muscolare
• Misure di attività del sistema nervoso vegetativo (HRV, SC)

Neuroscienze cognitive (Cognitive neurosciences)

Studio delle basi neurali delle funzioni cognitive.

Cognizione = processi superiori (pensiero, linguaggio, memoria, apprendimento).

Soggetti di studio: x lo + umani e primati non umani.

Metodi utilizzati in questa branca: es. functional brain imaging (registrazione di immagini dell’attività cerebrale in vivo).

Psicologia comparata (Comparative Psychology)

Descrive il fenotipo comportamentale (più che i meccanismi che lo determinano) in condizioni controllate di laboratorio.

Genetics, evolution and adaptiveness of behavior.

Etologia: studio del comportamento animale (nell’ambiente naturale).

“...The biology in psychobiology should include, besides the latest in physiological methods, complete of ethology, ecology, evolution… the complete and thoughts, the whole-animal approaches psychobiologist should use whatever explanatory power can be found with modern physiological techniques, but never lose sight of the problems that got us going in the first behavior of the whole, functioning, adapted organism…” place: the integrated (Dewsbury,1991).

Bad science

In questa disciplina si verificano dei bad science ovvero studi che non rispettano e interpretano correttamente i risultati finali, originando così fake news.

La psicobiologia è molto ricca di bad science.

Due esempi di “bad science” in psicobiologia

1. Josè Delgado (1915-2011)

Controllo dell’aggressività. Introduce elettrodo nel nucleo caudato (gangli della base), viene stimolato a distanza questo elettrodo e questa stimolazione veniva fatta quando l’animale stava caricando il torero. Provoca un arresto della carica dell’animale che torna indietro. Questo esperimento conclude che ha individuato il centro della mansuetudine (taming).

Morgan’s canon (1852-1936) “…in no case is an animal activity to be interpreted in terms of higher psychological processes, if it can be fairly interpreted in terms of processes which stand lower in the scale of psychological evolution and development…”.

Applicando il canone di Morgan hanno iniziato ad obiettare che la stimolazione potrebbe avere indotto: nausea, deficit sensoriali, sonnolenza, cecità temporanea, ecc..... causando variabili confondibili.

Analisi accurata del videotape.

La carica aggressiva si arrestava poiché l’animale era forzato a virare in una direzione…. Più plausibile che la stimolazione attivasse un pathway neurale coinvolto nel movimento…

2. Egas Moniz (1874-1955) Lobotomia prefrontale.

Lobotomia prefrontale è la resezione delle connessioni talamo-corticali come trattamento delle malattie mentali.

Scimpanzè - frustrazione da errori in un task di ricompensa alimentare - lesione bilaterale dei lobi prefrontali. La versione italiana prevede l’ingresso dall’orbita, transorbitale.

Lobotomia prefrontale analisi del caso

Basato su una singola osservazione in un singolo contesto, diversità individuale - diversità tra specie.

Primi report positivi basati su valutazioni degli stessi chirurghi che eseguivano gli interventi.

Beneficio terapeutico variabile.

Effetti indesiderati: ridotta emozionalità, scarsa percezione del rischio, attacchi epilettici.

Premio Nobel 1949.

Pratica abbandonata dopo 40'000 interventi (soltanto negli USA).

“Some regard sound scientific methods as unnecessary obstacles in the paths of patients seeking treatment and therapists striving to provide it. However, the practice of prefrontal lobotomy should caution us against abandoning science for expediency. Only by observing the rules of science can scientists protect the public from wrong scientific claims” (Carroll 1984).

P.S.: Moniz fu reso paraplegico da un proiettile conficcatosi nel midollo spinale…. ...e sparatogli da uno dei suoi pazienti.

Modello psicobiologico sulla biologia del comportamento

La componente epigenetica è molto presente in questo concetto.

L'epigenetica (ἐπί, epì = "sopra" e γεννετικός, gennetikòs = "relativo all'eredità familiare") studia i cambiamenti che influenzano il fenotipo senza alterare il genotipo…

Epigenetica

Descrive le modificazioni ereditabili che variano l’espressione genica, ma senza alterare la sequenza del DNA. Si occupa dei fenomeni ereditari nei quali il fenotipo è determinato non tanto dal genotipo ereditato in sé, quanto dalla sovrapposizione al genotipo stesso di "un'impronta" che ne influenza il comportamento funzionale.

Un segnale epigenetico è un qualsiasi cambiamento ereditabile che, senza alterare la sequenza nucleotidica di un gene, ne modifica l’attività. È lo studio delle modificazioni fenotipiche ereditabili causate da meccanismi diversi dai cambiamenti nella sequenza genomica, ovvero lo studio di meccanismi molecolari mediante i quali l'ambiente altera il grado di attività dei geni senza tuttavia modificare l'informazione in essi contenuta, ossia senza modificare le sequenze di DNA.

Semplificando i meccanismi molecolari:

• Metilazione della citosina a livello del DNA… inattivazione
• Acetilazione delle proteine dell’istone… attivazione

Nell’ontogenesi del comportamento fattori genetici ed esperienza interagiscono.

Esempio del caso ratti “maze bright” e “maze dull”.

MSTRA, studio in Minnesota sui gemelli cresciuti separatamente.

Depressione.

Ratti “maze bright” e “maze dull”

Tryon (1934)…. in controtendenza…. dimostrò che i caratteri del fenotipo comportamentale possono essere sottoposti a selezione mirata (= simili messi con la tipologia di topi esattamente apposto). Si mette il topo davanti a un problema, labirinto vero il cibo compiendo il minor numero possibile di errori.

È riuscita a produrre dei topi molto bravi e altri molto poco bravi nello svolgere questo compito.

Grafico esplicativo: inizio distribuzione equa nelle varie fasce d’errore, ho una distribuzione tipica di frequenza.

Alla quarta generazione di allevamento selettivo si ottiene una separazione in 2 sottopopolazioni con margine di sovrapposizione ma c’è trend definito alla 8 generazione dove i topi bravi si sono distinti da quelli scarsi.

Si vede questa separazione al procedere delle generazioni in termine di errori commessi al procedere nel labirinto.

Possibile obiezione che si può fare: manca il cross fostering di controllo, ovvero prendo i piccoli dalla pancia di una madre e li metto sotto la pancia di un’altra. Sto eliminando la componente ambiente materno, così si evita la possibilità che alcuni siano più bravi perché la madre ha fatto più cure parentali nei loro confronti. Questo viene fatto e si verifica che la componente genetica è cruciale. Poi da qui si sono fatte altre successive selezioni mirate es ansia, aggressività…

È importante manipolare l’ambiente in cui si prendono i topi, si prende un ambiente arricchito da oggetti, tunnel, rampe. Facendo uno studio con topo che è cresciuto in un ambiente arricchito la differenza tra topo intelligente e non intelligente non cambia, si equiparano. …contributo dell’esperienza!

Genetica delle differenze psicologiche nell’uomo

Studio: quanto dell’intelligenza dipende dai geni e quanto dall’esperienza?

Gli effetti dei geni e dell’esperienza sullo sviluppo di un comportamento o di una caratteristica psicologica non sono separabili (%G + %E).

Sono separabili: gli effetti dei geni e dell’esperienza sulle differenze individuali per un comportamento.

Genetisti del comportamento: in che proporzione la variabilità tra soggetti dipende da differenze genetiche e da fattori esperienziali → per fare questo studio la popolazione preferenziale usata sono stati i gemelli monozigotici.

Studio fatto su gemelli monozigotici e dizigotici dati in adozione a gemelli diversi. Fatti da The Minnesota Study of Twins Reared Apart (Bouchard - Science 1990 e 1994).

Studio su 59 coppie di gemelli monozigotici e 47 di gemelli dizigotici cresciuti separatamente.

Controllo: gemelli mono- e dizigotici cresciuti insieme.

Fatto poi il test di personalità e intelligenza (IQ).

Gli elevati coefficienti di correlazione dei gemelli monozigotici suggeriscono che le differenze genetiche rappresentano un fattore importante nella determinazione delle differenze individuali di QI. Qui il controllo erano gemelli cresciuti nello stesso ambiente e insieme.

Coefficiente di correlazione= se prendo 6 coppie di gemelli ognuno ha asse a gemello e b gemello, tipo retta di regressione sulle coordinate cartesiane e ho un coefficiente che se è 1 → quando gemello A prende 80, anche gemello B.

In statistica, l'indice di correlazione di Pearson tra due variabili statistiche è un indice che esprime un'eventuale relazione di linearità tra esse.

MSTRA: considerazioni

Distorsione dei risultati da parte dei media…. ”il 70% dell’intelligenza è ereditaria”.

• Enfasi sulle similarità, per concludere che Bob e Bob sono virtualmente identici
• Falsa impressione che il MSTRA fornisca un’indicazione sul contributo relativo di geni ed esperienza allo sviluppo delle facoltà intellettive

Lo studio fornisce indicazioni sul contributo delle differenze genetiche alle differenze fenotipiche tra soggetti, in particolare alle differenze di QI. Ma nulla conclude riguardo al contributo relativo di geni ed esperienza allo sviluppo dell’intelligenza umana.

• Scarsa variabilità della componente esperienza
• Tuttavia, gli studi sui gemelli umani e su modelli animali indicano che non esiste virtualmente alcuna differenza psicologica che non abbia una significativa base genetica
• Le differenze genetiche promuovono le differenze psicologiche