Psicobiologia

Introduzione alla psicobiologia

Introduzione Psicobiologia_PATTO Psicobiologia Prof. Andrea Mazzatenta, PhD

Introduzione storica

Il termine Psicobiologia compare nel ventesimo secolo anche se la nascita della disciplina viene fatta risalire ad Avicenna (980-1037), un medico persiano, che aveva intuito il ruolo della psicologia fisiologica nel trattamento delle patologie legate alle emozioni.

Avicenna aveva sviluppato un sistema di correlazione tra cambiamenti delle pulsazioni e lo stato emotivo, così come i cambiamenti della frequenza respiratoria collegati alla felicità.

Avicenna ha dato anche la spiegazione ad alcune malattie psicosomatiche.

La Psicobiologia si è formata dalla fusione dalle domande della tradizione psicologica con le scienze biologiche.

Cartesio aveva già intuito la necessità di dare una spiegazione biologica al comportamento umano e animale. Cartesio considerò la ghiandola pineale quale struttura mediana e impari dell’encefalo come il punto di contatto tra “mente e corpo”.

Nel libro “The Principles of Psychology” di William James (1890) sostiene che lo studio scientifico della psicologia si deve basare sulla comprensione dei meccanismi biologici:

“Bodily experiences, therefore, and more particularly brain-experiences… Our first conclusion, then, is that a certain amount of brain-physiology must be presupposed or included in Psychology.”

Dai lavori di Claude Bernard, Charles Bell e William Harvey la biologia diventa fondamentale nello studio della psiche. La Psicobiologia nasce ufficialmente nel 1914 quando Knight Dunlap scrive “An Outline of Psychobiology” e fonda “The Journal of Psychobiology” che ha come scopo quello di “...bearing on the interconnection of mental and physiological functions“.

Definizione di psicobiologia

La Psicobiologia o Neuroscienze comportamentali o Psicologia Biologica o Biopsicologia è l’applicazione dei principi biologici allo studio dei meccanismi fisiologici, genetici, molecolari, anatomo-morfologici, percettivi, cognitivi e di sviluppo del comportamento umano e negli animali non umani.

Questa disciplina studia su molteplici livelli e con tutte le tecniche le basi biologiche del comportamento umano e animale, normale e non.

Sistema limbico per memoria → ippocampo

Regolazione ormoni, sonno → ipotalamo

Emozioni → amigdala

Anche gli animali hanno l’amigdala quindi hanno emozioni e quindi sono cose reali, cose fisiologiche. È una cosa scientifica.

I feromoni e il sistema olfattivo sono molto legati alla amigdala.

La biologia e la fisiologia rendono la psicologia dimostrabile. Si usa il metodo scientifico di Galileo. La psicologia soffre della distinzione mente e corpo.

La costruzione di un utensile necessita di una mente ingegneristica. Come fanno le scimmie che creano bastoni appuntiti per infilarlo nei buchi e premere le termiti.

Le formiche allevano gli afidi di pianta in pianta perché poi con la mandibola li spremono e ne ricavano delle gocce di sostanze zuccherine. Quindi anche gli insetti hanno una mente. Le formiche raccolgono materiale vegetale per coltivare i funghi per mangiarli quando non c’è cibo. Sono capacità molto utili.

William James dice che la psicologia deve diventare scientifica. Hanno dimostrato che la biologia è fondamentale per lo studio della psicobiologia. Grazie alla rivista si è capito che la psicobiologia attinge a diverse materie come l’anatomia (amigdala), chimica (neurotrasmettitori), esocrinologia (studio dei feromoni: ormoni trasportati all’esterno), endocrinologia, zoologia, genetica, neurologia, ecc.

È multidisciplinare!

Oggi si chiama anche neuroscienze comportamentali.

Si può studiare a livello di geni e molecole, ma anche a livello di comportamenti.

È ampia come base conoscitiva ma anche in verticale nei vari livelli.

Due foto di una ragazza arrabbiata e un cane impaurito perché è nell’angolo con le orecchie indietro e la bocca chiusa e cerca di ringhiare. Anche se hanno facce molto simili.

I muscoli facciali si controllano con i segnali nervosi che sono regolati dalla acetilcolina, è un motoneurone che vengono controllate dalle aree integrative che loro volta sono controllate dallo stimolo sensoriale e ambientale. Il comportamento è movimento. Ma c’è anche una parte non visibile che è il rilascio di feromoni e ormoni.

Ci sono delle motivazioni per fare alcuni comportamenti. Per esempio la curiosità.

Disabilitare o diminuire le funzioni nervose

1. Lesioni

Questo è un metodo classico che prevede la distruzione e/o la stimolazione di una regione encefalica di interesse per osservare i cambiamenti come una diminuzione o aumento delle capacità in alcune misure comportamentali.

Le lesioni possono essere molto precise e puntiformi grazie l’uso di neuro-atlanti in 3-D dettagliati e l’impiego di coordinate stereotattiche per i microscopi. Tipi di lesioni:

• Chirurgiche - il tessuto nervoso è distrutto per incisione, cauterizzazione o asportazione;
• Elettriche - il tessuto nervoso è distrutto per l’applicazione di shock-trauma elettrico;
• Biochimiche - il tessuto nervoso è distrutto dall’infusione di una neurotossina;
• Temporanee - il tessuto nervoso è temporaneamente disabilitato dal raffreddamento o dall’uso di un anestetico.

Per studiare alcune cose posso stimolare delle parti o staccare degli arti e creare lesioni per studiare e capire come funziona, ma sono molto invasive.

Poi la chirurgia per asportazione, poi si crea uno shock elettrico che comunque provoca una lesione.

Lesioni biochimiche.

Sapori = sono infiniti, se io danneggio l’olfatto non li sento più.

Gusti = umami, amaro, acido, salato, dolce, sapore burroso.

Sono diversi!!

L’anestesia è una lesione temporanea del sistema nervoso, che va via quindi posso accettarla.

2. Stimolazione magnetica transcranica (TMS)

È una tecnica che impiega spirali magnetiche applicate sullo scalpo, le quali provocano una attività elettrica non sistematica nei vicini neuroni corticali. Questa attività può essere sperimentalmente analizzata come una lesione funzionale.

Si mettono delle spirali magnetiche sulla testa che riescono a disabilitare i neuroni corticali, si disattiva l’attività del cervello grazie al magnetismo.

Quindi l’attività nervosa è qualcosa di fisico, è un passaggio elettrico.

Riesco a modificarla perché è qualcosa di fisico.

È una lesione funzionale, perché se tolgo le spirali poi torna come prima.

3. Manipolazione psicofarmacologica

Un antagonista di un neurotrasmettitore induce diminuzione dell’attività neuronale per interferire con la neurotrasmissione.

Gli antagonisti possono essere somministrati sistematicamente es. da una iniezione intravenosa o localmente (intracerebralmente) attraverso microiniezione diretta o micropompe installate in loco, es. l’AP5 è l’antagonista dell’NMDA inibisce l’inizio della LTP (long term potentiation) della trasmissione sinaptica eccitatoria vitale nei meccanismi di apprendimento e memoria.

Con nicotina e acetilcolina, sono antagonisti, si fa una manipolazione psicofarmacologica del sistema neuromotorio.

Chi fuma dimagrisce perché accelera il proprio metabolismo.

Gli antagonisti del sistema nervoso li posso somministrare in diversi modi come venosa, orale, iniettato sotto il tessuto oppure si usano i composti delle gabbie.

4. Inibizione optogenica

Una proteina inibitoria viene espressa nella cellula di interesse attivata dalla luce.

Una frequenza luminosa appropriata trasmessa da fibre ottica o LED impiantati inducono l’attivazione di una molecola o aumentano la concentrazione di un substrato enzimatico ecc. inibendo così una via di trasduzione o una regolazione cellulare, es. le alorodopsine, le pompe protoniche sono due classi proteiche usate in questa inibizione.

Composto nelle gabbie o cage compounds.

Metto una molecola con attività biologiche dentro un’altra molecola, ma non succede nulla perché viene smaltita con reni feci ecc., ma se do uno stimolo luminoso con una certa lunghezza d’onda la gabbia si rompe e c’è la molecola con attività biologica.

Recettori metabotropici = no canale ma è associato con la proteina G che è interna, la parte esterna è quella dove premo il pulsante, la proteina G, dopo aver fatto la cascata trasduzionale che farà aprire i canali ionici, attiva una molecola chiamata secondo messaggero il più famoso è l’AMP ciclico che deriva dall’ATP grazie all’adenatociclasi che la ciclizza → si può dare l’AMP ciclico con questi composti nelle gabbie, non ho bisogno dello stimolo, basta questo composto per stimolare una via nervosa che poi andranno smaltiti quindi non è pericoloso per l’animale, è una via molto più potente.

Recettori ionotropici = quando si lega lo stimolo il recettore apre il canale ionico, sono transmembrana.

Aumentare le funzioni nervose

1. Stimolazione elettrica

È un metodo per aumentare l’attività neurale dall’applicazione di piccole correnti elettriche.

2. Manipolazione psicofarmacologica

Un antagonista di un neurotrasmettitore aumenta l’attività neuronale per aumentare la neurotrasmissione.

Gli agonisti possono essere somministrati sistematicamente es. da una iniezione intravenosa o localmente (intracerebralmente) attraverso microiniezione diretta o micropompe installate in loco.

3. La stimolazione con TMS

Per gli studi sulla corteccia motoria può stimolare (invece che produrre lesioni).

4. Eccitazione optogenetica

Es. la Channelrhodopsin-2 (ChR2), è un canale cationico attivato dalla luce, es. caged compounds.

Misurare l’attività nervosa

1. Tecniche ottiche

Queste tecniche si basano sull’impiego di metodi che modificano le proprietà ottiche dei neuroni in risposta ad eventi cellulari associati a potenziali d’azione o rilascio di neurotrasmettitori:

• Voltage Sensitive Dyes (VSDs) sono un metodo per visualizzare i potenziali d’azione, diventano fluorescenti in risposta ai cambiamenti di voltaggio dei neuroni;
• Calcium imaging si basa sull’impiego di dyes o proteine codificate geneticamente che fluorescono se legano il Ca²⁺ che è presente transientemente durante un potenziale d’azione;
• Sinapto-pHluorina è una tecnica basata sulla fusione di una proteina di membrana delle vescicole sinaptiche con una proteina fluorescente sensibile al pH. Quando c’è l’esocitosi la proteina chimerica è esposta ad un pH differente.

Basta mettere un colorante che reagisce con la variazione della concentrazione di calcio.

Si può fare con cellule piccole o grandi.

Per ricostruire una via nervosa posso fare una iniezione con una sostanza colorante e fluorescente e fare una radiografia per studiarla.

2. Single-unit recording

Prevede la registrazione delle correnti generate da un singolo neurone:

• Registrazioni extracellulari e intracellulari;
• Patch clamp: current clamp, voltage clamp.

3. Multielectrode recording

Prevede l’uso di più elettrodi per registrare l’attività simultanea da più neuroni anche più di cento con i M.E.A. (multielectrode array).

Posso prendere dei neuroni olfattivi dal naso, senza dare troppo fastidio all’animale.

Oppure sistemare alcune cellule con dei lettini multielettrici che creano una rete nervosa, si possono addestrare le cellule a conoscere anche l’alfabeto.

4. fMRI

L’imaging via risonanza magnetica funzionale che visualizza cambiamenti nel flusso ematico cerebrale che indica l’attività neurale su larga scala (migliaia di neuroni).

Risonanza magnetica un tipo è quella funzionale che registra il sistema nervoso quando fa qualcosa, così si vedono le aree del cervello per esempio quando ascoltiamo la musica o vediamo qualcosa.

5. Elettroencefalografia (EEG)

L’EEG e le tecniche derivate di event-related potentials, in cui elettrodi sullo scalpo per registrare l’attività neuronale in corteccia.

Oppure c’è il caschetto con gli elettrodi: EEG. Serve anche per studiare il comportamento.

6. Functional neuroanatomy

È opposta alla Frenologia, si basa sull’impiego o la rilevazione di marker es. genetici che sono indice di attività neurale o il tracing anterogrado o retrogrado con dyes fluorescenti o radioattivi marcano una via neurale.

7. MEG

La Magnetoencefalografia mostra il funzionamento dell’encefalo misurando l’attività elettromagnetica prodotta dai campi magnetici creati dai potenziali d’azione.

8. Manipolazione genetica

• QTL mapping misura l’influenza di un gene in un comportamento usando inbred strains di topi, cani, ecc;
• Selective breeding in genere topi vengono selezionati per creare delle linee peculiari in grado di esprimere del DNA ad es. ricombinante o modificato;
• Ingegneria genetica consiste nella manipolazione del genoma es. topi knockout o knockin possono perdere o acquisire l’espressione di un dato gene questi animali si definiscono transgenici;
• L’uso di virus per reinserire un gene perso nel knockout es. storia dell’OMP.

Posso introdurre nel genoma una proteina esterna come la verde fluorescente delle meduse che viene iniettata nei topi, serve per studiarli e non gli fa nulla.

Green fluorescent protein: GFP.

Knock in: se aggiungo una proteina.

Knock out: se tolgo una proteina, di solito la OMP una proteina dell’olfatto, serve per amplificare la risposta olfattiva, è stato un esperimento in cui si è rotta questa proteina si sono aggiunte delle basi per alterne la funzione quindi i topi quindi non sentono gli odori, hanno iniettato l’adenovirus (il virus dell’influenza) ha inserito dentro il virus l’RNA messaggero della proteina, è venuto raffreddore ai topi a causa del virus, ma grazie al genoma della proteina si è creata la proteina per sentire gli odori.

Topic areas in behavioral neuroscience

• Sensation and perception;
• Motivated behavior (hunger, thirst, sex);
• Control of movement;
• Learning and memory;
• Sleep and biological rhythms;
• Emotion;
• Language;
• Reasoning and decision making;
• Consciousness;
• Mental disorders;
• Ecc.

Nobel laureates in psychobiology

Charles Sherrington (1932), Edgar Adrian (1932), Walter Hess (1949), Egas Moniz (1949), Georg von Bekesy (1961), George Wald (1967), Ragnar Granit (1967), Konrad Lorenz (1973), Niko Tinbergen (1973), Karl von Frisch (1973), Roger W. Sperry (1981), David H. Hubel (1981), Torsten N. Wiesel (1981), Eric R. Kandel (2000), Arvid Carlsson (2000), Richard Axel (2004), Linda B. Buck (2004).

Video e comportamento animale

Video 1

Il maremmano abruzzese è l’unico cane che fa da cane custode. Lavora senza pastore. È l’unica razza che fa così. Lui protegge gli agnelli e custodisce tutto il gregge. Ha delle peculiarità scritte anche nei geni. Sono legati al loro branco che sono le pecore che è il suo nucleo familiare. C’è una comunicazione avanzata tra pecore cane e il pastore. Questa è una simbiosi. C’è un interesse simbiotico per le pecore a stare con l’uomo, per il cane a stare con l’uomo e le pecore e anche per l’uomo a stare con gli animali.

Comportamento istintivo, innato e appreso. Sono diversi!!

Video 2

Se i cuccioli giocando creano sottomissione e dominanza riusciranno a farlo anche da adulti, ed è il modo giusto.

Video 3

Da cuccioli ognuno impara il suo ruolo. Si vede un cucciolo che ruba il cibo a un altro e quando capisce la lezione gli chiede scusa e si scrolla.

Video 4

I cani all’inizio con il cancello abbaiano e sono molto agitati, quando il cancello si apre sono più tranquilli e vanno via ignorandosi. Il cancello per noi è sottile, per i cani diventa molto più distante quindi il loro comportamento di difesa si amplifica. Quando si apre i cani si ricompongono perché hanno individuato il proprio territorio. Gli animali arrivano a lottare solo in casi estremi.

Video 5

Dei gatti che si passano la ciotola del latte. Fanno come si comportano i bambini. I comportamenti dei mammiferi hanno radici comuni.

Video 6

Il gatto che fa la pasta a un cane. È un gesto vestigiale di massimo rilassamento che faceva quando era cucciolo quando era molto tranquillo per ciucciare il latte. Fa anche le fusa. Queste vibrazioni servono per gratificare la mamma quando ciucciano il latte. È un gesto per gratificare la madre è un gesto di reward. I gesti di rilassatezza sono segnali comuni.

Tutti gli animali se noi ci avviciniamo alla testa con le mani o con degli oggetti reagiscono difendendosi e potrebbero anche mordere. È un’azione istintiva. Ha una parte codificata nei geni. In natura ci sono molte situazioni che potrebbero spaventare l’animale ecco perché è nei geni questo. I cani dopo un po’ si abituano al fatto che gli uomini li accarezzano dalla testa. Ma ogni cane è diverso.

Il sistema nervoso è molto plastico. Un cane domestico può fare un esercizio con dei giocattoli di plastica, ma il lupo non la trova ma riesce comunque a trovare il cibo per esempio sotto a un sasso.

Ogni animale ha una sua soggettività come gli uomini.

Lez1-Storia Psicologia_PATTO

Animale deriva da anima infatti ha un’origine nobile.

Gall aveva avuto questa intuizione in cui diverse aree del cervello avevano funzioni diverse, ma era stato un po’ superficiale.

Il cervello è fatto da circonvoluzioni (pieghe) serve per aumentarne la superficie, per avere più neuroni, anche nel naso ci sono i turbinati per avere più tessuto olfattivo.

Wundt dice che bisogna sperimentare.

James ha scritto il libro.

Calkins la prima donna che studia le funzioni della memoria.

Freud.

Platone.