Psicobiologia - Domande esame

Interazione geni-ambiente nella determinazione del fenotipo comportamentale: gli esempi dei ratti di Tryon, del MSTA e della depressione

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.

Fattori genetici ed esperienza interagiscono nell’ontogenesi del comportamento.

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

MSTRA, studio in Minnesota sui gemelli cresciuti separatamente, depressione.

“Maze bright” e “maze dull”

Ratti.

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 verso 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.

All’inizio si osserva una equa distribuzione 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.

L’ambiente è importante manipolare 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, cartesiane e ho un coefficiente che se è 1 → tiro retta di regressione sulle coordinate 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 anche influenzando l’esperienza (es: aggressività).

Interazione genes - environment nella depressione

Polimorfismo della regione promoter del gene per il trasportatore della serotonina: cromosoma 17; prevede 2 varianti con delezione/inserzione di 44 bp, chiamati alleli short e long. Questo short long influisce sull’insorgenza di depressione?

Chi ha la variante short: ridotta efficienza nella trascrizione (Lesch 96) < n. molecole di trasportatore < attività di reuptake.

Suscettibilità alla D (= depressione) (in presenza di eventi stressanti).

Ipotesi: variazioni nel gene per il 5HTT (= acronimo di serotonina) modulano il grado di attivazione neurale e neuroendocrina di stress (Caspi 2003).

Studio fatto dal prof e non riscontrati questi risultati. Si vede una chiara differenza sessuale.

Si vede solo per i maschi. Al 30% hanno rischio depressione legato al genotipo ss, ma per le femmine assolutamente non è valida questa cosa.

Visualizzazione del cervello umano

Metodi per lo studio del SNC e del SNP

Registrazione dell’attività psicofisiologica nell’uomo.

• Visualizzazione del cervello umano.
• Metodi fisiologici invasivi.
• Metodi farmacologici.
• Ingegneria genetica.

Metodi per lo studio del comportamento

• Test neuropsicologici.
• Metodi comportamentali delle neuroscienze cognitive.
• Paradigmi psicobiologici del comportamento animale.

Visualizzazione del cervello umano

X-ray photography fotografica: fascio di raggi X attraverso un corpo e quindi su di una lastra. Diverse strutture = diverso grado di assorbimento delle radiazioni (ortopedia: contrasto tra tessuto osseo e tessuti circostanti).

Contrast X-ray techniques: iniezione di una sostanza radio-opaca (che assorbe efficacemente i raggi X). Sistema circolatorio cerebrale infuso in un’arteria.

Angiografia cerebrale: colorante radio-opaco; danno vascolare, dislocazione di vasi in presenza di tumori.

X-ray computer tomography: scansioni di più piani cerebrali orizzontali, combinate a fornire una rappresentazione 3D del cervello (TAC).

CT scan: evidenziato un tumore cerebrale nel lobo frontale sx.

MR magnetic resonance: misurazione di onde elettromagnetiche emesse dagli atomi di H, attivati da onde in radiofrequenza in un campo magnetico.

MRI, bidimensionale, con codice cromatico, sezione midsagittale.

Informazioni sull’attività metabolica del cervello. Carotide.

PET: 2DG radioattivo in task specifico catturato dai neuroni metabolicamente attivi, la lenta degradazione viene individuata dal codice cromatico. Si ha anche un aumento di flusso ematico nelle aree radioattive per il rilascio di NO.

f-MRI: immagini sulla risposta emodinamica (aumento di [O2] nei capillari e nel parenchima).

Vantaggi rispetto alla PET:

• No iniezione sostanza radioattiva.
• Informazioni sia sulla struttura che sulla funzione.
• Migliore risoluzione spaziale.
• Immagini 3D dell’intero cervello.

NB: soggetto che osserva gruppi di lettere e deve specificare quali tra essi rappresentano parole.

Esempio studi pubblicati a riguardo: 2010 PNAS Human Neuroimaging Laboratory - Baylor College of Medicine di Houston.

Esperimento task: vendere e comprare oggetti mediante contrattazione; attivazione di aree neurali importanti nel decision making e nel portare a termine compiti complessi, es: corteccia prefrontale dorsolaterale destra.

“Neuro-marketing” → individuazione di canali di comunicazione diretti ai processi decisionali d’acquisto.

“Neuro-architettura” → impatto degli elementi artificiali prodotti dall’uomo sulla funzione cerebrale.

MEG magnetoencefalografia: tecnica di neuroimaging utilizzata per mappare l'attività funzionale cerebrale mediante la misurazione dei campi magnetici prodotti dall'attività elettrica dell'encefalo.

SPECT: tomografia ad emissione di singolo fotone, tecnica di neuroimaging che utilizza una radiazione ionizzante (raggi gamma). Viene utilizzata una sostanza radioattiva e una telecamera speciale per creare immagini 3D.

Registrazione dell’attività psicofisiologica nell’uomo

Vedi domanda 11.

Misure dell’attività cerebrale (EEG).

Misure dell’attività del S.N. Somatico (tensione muscolare).

Misure dell’attività del S.N. Autonomo (conduttanza cutanea, termografia, attività cardiovascolare).

Scalp electroencephalography (EEG)

Misura globale dell’attività elettrica del cervello. Ogni canale EEG raccoglie la differenza di V tra due elettrodi.

• Misure bipolari: entrambi gli elettrodi su regioni attive.
• Misure unipolari: un elettrodo su regione attiva, l’altro in un punto relativamente silente (es: lobo auricolare).

Segnale EEG = risultante di molti eventi elettrici:

• Potenziali d’azione.
• Potenziali post-sinaptici.
• Segnali elettrici di cute, muscoli, vasi, occhi.

Valore diagnostico: stati particolari di coscienza, patologie cerebrali.

Confronto di segnali simultanei ottenuti da più coppie di elettrodi: indicazioni sull’origine di determinate onde EEGrafiche.

Così ottengo delle info più complete ovvero se ci sono e da dove provengono.

Event related potentials (ERP)

Potenziali evocati derivati da un determinato evento che li ha scaturiti.

Sensory evoked potential: variazione del segnale EEG corticale prodotta dalla presentazione di uno stimolo sensoriale.

2 componenti: 1. Segnale (risposta allo stimolo), 2. Noise (attività EEG di sottofondo).

Problema: background noise spesso tale da coprire il segnale. Soluzione: tecniche di averaging.

Foto registrazioni: si vede a sx il rumore di fondo e averaging consiste nel dividere ogni tratto di secondo in tratti di millisecondi per poi fare la media dei 10 punti in verticale. Alla fine ottengo un tracciato baseline pulito. È una media per ogni millisecondo di questi 10 punti in figura. Idem nella rilevazione di un secondo successivo allo stimolo, click è stimolo sonoro cui segue una risposta elettrofisiologica. Otterrò dei grafici ripuliti come quello qui sotto.

Analisi degli averaged evoked potentials.

FFP = piccole onde, nei msec appena successivi, indipendenti dal significato, lontano dalla cortex (nuclei sensoriali del brain stem). Ogni onda ha: 1. Direzione/verso (positivo o negativo) e ha 2. Una latenza. P300 = onda positiva che compare 300 ms dopo lo stimolo.

P300 si chiama così perché compare picco d'onda a 300 millisecondi dallo stimolo e P si chiama positiva anche se è una deflessione però è codificata come positiva nell’elettroencefalografia.

Misure che consentono di misurare l’attività del SNA

• Il cuore accelera.
• La pressione aumenta.
• I vasi sanguigni dei muscoli si dilatano.
• I vasi dello stomaco, dell’intestino e della cute si contraggono.
• Le pupille si dilatano (x migliore vista).
• La digestione è inibita.
• Aumenta la mobilizzazione di substrati energetici.
• Iniziamo a sudare.

«Fight or flight».

Per misurare le attività del SNA si possono effettuare misure di conduttanza cutanea perché gli stati emozionali sono associati a variazioni di conduttanza elettrica cutanea.

Misurazioni: 1. livello basale di conduttanza (SCL) e 2. Risposta di conduttanza cutanea (SCR).

Boucsein ’92: basi fisiologiche secondo le ghiandole sudoripare diventano attive in contesti emozionali più precisamente nei punti mani, ascelle, piedi, fronte.

Thermal infrared imaging

Tecnica più recente giunta alla neuroscienza. Tramite telecamere ad infrarossi che rilevano la variazione della temperatura del volto si riesce a risalire a emozioni o condizioni che il soggetto sta provando.

Ci sono delle ROIs = regions of interest nel volto dove si verificano eventi di vasodilatazione nel volto e riesco a ricavare meglio se da una situazione baseline si ha una situazione di attivazione.

Mento, punta del naso, zigomi, regione periorbitale e punta della fronte.

Attività cardiovascolare

Sempre tecnica x misurare SNA (molto affidabile).

Attività che risponde velocemente agli stimoli ambientali, questo perché ha ruoli importanti: distribuzione di ossigeno e nutrienti ai tessuti, rimozione di scorie metaboliche, trasmissione di messaggi chimici (ormoni).

Link stati emozionali - funzione cardiocircolatoria.

In psicofisiologia, tre classiche misure dell’attività cardiovascolare: pressione arteriosa, flusso ematico, frequenza cardiaca.

→ Variabilità della frequenza cardiaca (HRV).

Strumento per la misurazione indiretta e non invasiva dell’input neurovegetativo al cuore.

• Respirazione.
• Regolazione della pressione sanguigna.
• Meccanismi di termoregolazione.
• Sistema renina-angiotensina.
• Ritmi biologici (circadiani).
• Stressors fisici e mentali.

L’HRV consente di valutare le variazioni nel tempo dell’intervallo tra picchi R successivi.

Qui si guarda come variano simpatico parasimpatico negli organi e se il loro equilibrio è spostato, una condizione simpatica cronica è rischiosa.

Tacogramma = andamento nel tempo dell’intervallo RR.

Esempi di HRV.

Dal tacogramma posso applicare queste 3 modalità di studio dell’HRV.

4 andamenti nel tempo della distanza tra battiti.

NB: basarsi su DS e intervallo RR tra grafici e per confrontare i vari grafici è fuorviante e dà falsi risultati.

Quindi devo cercare di esplorare la variazione della frequenza cardiaca che siano più informativi di media e DS.

Dominio del tempo - applicazione di semplici metodi statistici

Posso usare metodi statistici che variano nel tempo e sono indici vagali che quantificano le differenze tra battiti adiacenti.

Dire come varia l'intervallo tra battiti tra intervalli tra loro adiacenti. La 2 dalla 3, la 3 dalla 4, la 4 dalla 5. Quindi applico la formula.

Sto quantificando la distanza tra 2 battiti vicini focalizzandomi sulla variabilità del segnale e su come si modifica la frequenza nel brevissimo termine.

Lo si fa perché questo tipo di variabilità tra battiti è prodotta dalla componente simpatica (solo da lei!).

Ci sono molti parametri che si possono usare per fare le misurazioni, oltre quello appena visto c’è la pNN50 (n.2 in foto su). La maggiore differenza tra intervalli RR è indicativa della componente parasimpatica ancora una volta. È parasimpatico perché:

Così con queste misure noi riusciamo a dire che da una condizione basale es. 10 di RMSSD (numero causale) poi va a 7 significa che la parasimpatica si sta ritraendo e la simpatica sta aumentando e simpatico predomina su para. Se da 10 vado a 15 x relax allora aumenta e prevale la componente parasimpatica.

Sulla base di quali criteri i fisiologi si sono basati? Perché dà info a parasimpatico piuttosto che su simpatico?

Per una questione teoretica, parasimpatico a livello cardiaco trasmette acetilcolina con recettori muscarinici.

Se agisce simpatico ho recettori beta adrenergici e una tempistica di risposta del bersaglio diversa.

Sono frequenze rapide, il simpatico non è in grado di farlo a differenza del parasimpatico.

Altra motivazione è quella di usare metodi di stimolazione e inibizione per vedere cosa succede, se somministro agonista parasimpatico il parametro RMSSD è amplificato.

Nel tacogramma si fa un'analisi spettrale.

Analisi spettrale di un segnale (estrazione e quantificazione del contributo di ciascuna componente in frequenza).

Segnale in un minuto.

Al suo interno ci sono varie componenti che lo determinano e sono queste 3: una quella bassa che in un minuto ha un solo evento, ha andamento discesa risalita che è determinata anche dalla freq intermedia di 7 ciclo e dall’altra ancora più frequente con 14 15 cicli in un minuto. La loro combinazione produce questo andamento.

Fatto questo io riesco a quantificare alle 3 frequenze fisiologiche e c