Fondamenti di neuroscienze cognitive e comportamentali - preparazione esame

ANALISI MULTIVARIATA

Tra i vari approcci di analisi dei da> esiste l’approccio mul>variato: Mul;voxel pa2ern analysis, MVPA

• No basata su singoli voxel

• Si basa su paRern di a;vazione e quindi su algoritmi di pa2ern-classifica;on = aBvità integrata di voxel mul>pli.

• Possiamo fare una decodifica dell'informazione presente in un pa7ern di aBvazioni

• Questo approccio è più sensibile rispe7o ai metodi univaria>. 27

Alcuni esempi:

1. aree visive

Nell’iden>ficazione delle aree visive riguardo la decodifica del colore: presentare due condizioni (condizione in cui si

percepiscono s>moli in movimento vs. s>moli sta>ci) e osservare ciò che succede all’interno del cervello in diverse aree visive.

• Corteccia visiva primaria = per la presentazione di s>moli in movimento e sta>ci c’è un’equivalente aBvazione: non si

riporta nessuna specificità nelle due condizioni. La corteccia primaria visiva elabora sia gli s>moli sta>ci, che quelli in

movimento

• Area visuo-temporale = maggiore specificità per gli s>moli in movimento. Si osserva un aumento del segnale BOLD alla

presentazione degli s>moli in movimento e non a quella degli s>moli sta>ci. Quindi, l’area MT (V5) sembra essere

sensibile all’elaborazione degli s>moli in movimento. La specificità dell’area dipende dall’aBvazione delle aree limitrofe

(se soltanto l’area V5 codifica questa informazione, posso dire che essa è l’area per la codifica del movimento)

2. Memoria

Ci si può chiedere ad esempio se i meccanismi di memoria, ossia la capacità di ricordare le info, è legata al momento di recupero

o di codifica delle informazioni.

• Recupero: la capacità di ricordare o meno è legata al modo in cui estraggo le info dai magazzini di memoria.

• Codifica: nel momento in cui elaboro l'info iniziale mi influenza il modo in cui io ricordo questa info potrei ipo>zzare

è

che la fase iniziale di memorizzazione sia fondamentale per il ricordo.

Wagner et al. (1998): studiato se la capacità di memorizzare info sia legata alla fase di codifica

Ai soggeB venivano presenta> degli s>moli all’interno dello scanner e veniva loro richiesto di memorizzarli. Successivamente, al

di fuori dello scanner, sono sta> ripresenta> gli stessi s>moli e è stato chiesto ai soggeB se fossero sta> presenta> o no, quindi se

ricordavano di averli già vis> oppure no.

In questo modo gli sperimentatori hanno potuto categorizzare/suddividere gli s>moli in base al ricordo dei soggeB: s>moli

presenta> suddivisi in s8moli ricorda8 vs dimen8ca8.

Dopodiché è stata fa7a un’analisi dei da> di fMRI in base a questa suddivisione: da> di risonanza acquisi> durante la

presentazione degli s>moli.

Hanno osservato se si potessero notare delle differenze tra gli s>moli che successivamente saranno ricorda> rispe7o a quelli che

saranno dimen>ca> differenze in due aree cerebrali = giro frontale superiore sinistro e giro para- ippocampale fusiforme.

è

C’è un andamento temporale del segnale BOLD diverso per i due >pi di s>moli: aBvazione maggiore per gli s>moli ricorda> nelle

due aree.

Non si osservano queste differenze nel decorso temporale del segnale nell’aree della corteccia visiva sinistra né nella corteccia

motoria destra.

Quindi, è stato possibile concludere che ci sono almeno due aree nel cervello che, durante la codifica di s>moli che

successivamente verranno ricorda>, mostrano un diverso livello di aBvità. Il giro frontale superiore sinistro e l’area para-

ippocampale sono rilevan> nella fase di codifica dell’informazione.

3. Mappe somatotopiche a 3 T

Mappatura somatotopica: nella corteccia motoria e somatosensoriale esistono delle mappe che iden>ficano delle aree coinvolte

nell’elaborazione motoria e delle informazioni somatosensoriali

Es. se chiedo ad un sogge7o di muovere la mano, so che si aBverà una determinata zona della corteccia motoria // allo stesso

modo, se effe7uo una s>molazione sensoriale sulla mano, so quale zona della corteccia somatosensoriale si aBverà.

Mappe o7enute tramite la s>molazione ele7rica da Penfield negli anni 60 (metodologia invasiva, era necessario inserire degli

ele7rodi all’interno del cervello, sulla superficie della corteccia); hanno permesso di trovare questa organizzazione all’interno

della corteccia motoria e sensoriale di diversi segmen> motori.

A7raverso la fMRI si è voluto testare se ci fosse una corrispondenza con le mappe originali di Penfield.

Si è richiesto ai soggeB una delle due condizioni:

• Eseguire movimen> con determina> segmen> corporei

• S>molata l’area a livello taBle/periferico in determinate posizioni del corpo per vedere se aBvavano differen> porzioni

della corteccia somatosensoriale 28

Osservarono l’esistenza di una specifica mappatura a livello somatotopico a livello sia della corteccia motoria, sia di quella

somatosensoriale la risonanza magne>ca funzionale ha permesso di verificare l’esistenza delle mappe somatotopiche.

è

La corrispondenza tra le due mappe non sembra essere del tu7o confermata: negli studi di fMRI, le aree sembrano essere più

rido7e rispe7o agli studi con s>molazione ele7rica.

Queste differenze potrebbero sì indicare una diversa rappresentazione somatotopica a livello cerebrale rispe7o a quella che si

pensava esistesse, ma potrebbero anche essere legate ad una diversa metodologia u>lizzata per arrivare a ques> risulta>.

BRAIN MAPPING

• Risoluzione temporale: EEG, MEG, fMRI

• Risoluzione spaziale: fMRI, MRI 29

SPECIALIZZAZIONE EMISFERICA

Sappiamo che dal punto di vista anatomico-stru7urale i due emisferi sono speculari: le stesse regioni sono contenute sia

nell'emisfero sinistro, sia in quello destro.

Su questo tema esistono vari preconceB e luoghi comuni sulle funzioni dei due emisferi: esiste vasta le7eratura non scien>fica,

hanno concluso erroneamente che l’emisfero sinistro fosse deputato alle funzioni matema8che e anali8che, mentre l’emisfero

destro al pensiero crea8vo.

Non è così: sono state riscontrate sì evidenze rela>vamente ad aspeB all’interno del pensiero crea>vo, ad es. l’elaborazione

visuo-spaziale, che sembrano essere maggiormente lateralizza> sull’emisfero destro rispe7o a quello sinistro. Allo stesso tempo,

alcuni aspeB rela>vi al pensiero matema>co sembrano essere associa> maggiormente all’emisfero sinistro. Tu7avia, non si può

dire che i due emisferi siano completamente indipenden> falsa credenza

è

Ricerche

Myers & Sperry negli anni '60 sulla percezione visiva e taBle in gaB e scimmie in seguito a resezioni del corpo calloso è

interruzione del canale di comunicazione tra i 2 emisferi (Nobel 1981).

I loro studi dimostrano che effeBvamente c'era una specializzazione dei due emisferi per cui le funzioni portate avan> dall'

emisfero sinistro rispe7o a quello destro erano dis>nte.

Michael Gazzaniga (studente di Sperry; ha eseguito esperimen> simili ma sull’uomo) inves>gò dei pazien> so7opos> alla

resezione del corpo calloso chiama> split-brain = pazien> in cui l'emisfero sinistro (a livello cor>cale) è indipendente rispe7o

l'emisfero destro.

Ques> studi evidenziarono:

• le funzioni erano lateralizzate = non significa che l'emisfero sx abbia delle funzioni esclusive rispe7o al destro in

è

realtà i due emisferi collaborano

• dominanza emisferica

Già negli anni '50 esisteva un test: TEST DI WADA (Wada Rasmussen) che voleva verificare la lateralizzazione del linguaggio, in

par>colare il fa7o che questo fosse lateralizzato a sinistra.

Già al tempo si sapeva che l’area di Broca è l’area deputata alla produzione del linguaggio e lateralizzata a SX, mentre l’area di

Wernicke, deputata alla comprensione del linguaggio, era anch’essa lateralizzata a SX.

Il test di Wada perme7eva di addormentare l'emisfero sx a7raverso la somministrazione, a7arverso l’arteria caro>dea, di un

aneste>co, l'Amobarbital, che perme7e di rendere silente/inaBvo l'emisfero sx.

Dopodiché veniva presentato al campo visivo di sinistra del sogge7o un certo ogge7o.

Nel momento in cui l'effe7o dell'aneste>co decadeva, si chiedeva al sogge7o cosa gli era stato presentato ma il sogge7o non

sapeva rispondere, in quanto l'emisfero sinistro non aveva ricevuto l'info visiva che comunque era presente nell'emisfero destro

e poi trasferita in quello sx, per cui il sogge7o non era in grado di rispondere verbalmente in modo corre7o.

Tu7avia avendo l'emisfero destro processato l'informazione e controllando i movimen> della mano sinistra, il sogge7o era

comunque in grado di indicare quale ogge7o era stato presentato.

Questo test cercava di dimostrare che le funzioni linguis>che in quel sogge7o erano lateralizzate nell'emisfero sx il paziente è

è

in grado di disegnare lo s>molo visivo nel campo visivo destro con la mano sinistra, ma non è in grado di verbalizzarlo.

PAZIENTI SPLIT-BRAIN

L’intervento neurochirurgico di dissezione del corpo calloso su pazien> split brain era gius>ficato perché essi mostravano un

danno neurologico importante causato da un’epilessia molto marcata e refraRaria all’u>lizzo di farmaci (si osservava un

trasferimento focus epileBco interemisferico).

L’intervento sul corpo calloso perme7eva di interrompere un’estensione del focus epileBco ad entrambi gli emisferi =

è

interruzione della comunicazione tra i due emisferi

Numero di pazien> che hanno subito tale intervento molto rido7o: i pazien> studia> sono un numero esiguo. In par>colare, un

paziente studiato da Gazzaniga in modo esteso ha portato ad importan> risulta>

CORPO CALLOSO = stru7ura che si estende dal lobo frontale verso il lobo occipitale e perme7e la

connessione tra le stru7ure cor>cali tra l'emisfero sinistro e quello destro.

Sono fasci di connessione di materia bianca, che si distendono in modo trasversale tra i due emisferi.

Sono parallele (così è possibile ricostruire a7raverso metodiche di neuroimmagini la stru7ura del corpo

calloso).

Il corpo calloso con>ene più di 250 milioni di fibre, che conne7ono tu7e le stru7ure cerebrali cor>cali:

frontali, motorie, sensoriali, visive…

Queste fibre hanno un diverso diametro, associato alla velocità di comunicazione: 30

• fibre anteriori con diametro più piccolo: informazioni sopra7u7o di >po associa>vo, con un tempo di trasmissione più

lento

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