Approcci e metodi in scienze e neuroscienze cognitive

Approcci e metodi in scienze e neuroscienze cognitive

Cenni storici

Epoca Antica: In tutte le civiltà antiche l’attività psichica aveva una sede somatica, un luogo fisico. Ma il cervello, invece, non è sempre stato tenuto in grande considerazione (es. Aristotele pensava che il pensiero fosse nel cuore). Il primo scritto in cui c’è qualcosa che c’entra col cervello è un papiro egizio antico, il più antico trattato di medicina di Edwin Smith. In questo papiro sono descritti 48 casi clinici, fra cui 27 traumi cranici trattati. Viene nominato per la prima volta il cervello (7 volte) e si descrivono le meningi, il midollo, il liquor ecc. Si menzionano alcuni organi come sede fisica di alcune facoltà cognitive e comportamentali.

Trattato di medicina cinese dell’Imperatore Giallo (2698-2598 a.c.) il Nei Ching: Un altro tentativo nel dare una localizzazione fisica, nel cuore lo spirito vitale e nei visceri altre caratteristiche psicologiche (es. nei reni la paura, nel fegato la collera, nei polmoni il dolore).

Ippocrate: Mette insieme psicologia e fisiologia. Il vero inizio di una scienza che mette insieme queste due discipline. Propone la dottrina caratteriologica: esistono rapporti, una corrispondenza tra componenti interne dell’organismo, cioè tra gli umori e il carattere. La salute o la malattia dipendevano da questi equilibri o squilibri tentativo di localizzare alcuni aspetti della psiche. (Umore Sangue = Carattere Sanguigno; Umore Bile Gialla = Carattere Collerico). Anche se la teoria è stata disconfermata, testimonia il tentativo di localizzare la psiche in qualche punto del corpo.

Dal Medioevo al Rinascimento: Il pensiero medievale arriva quasi a negare la possibilità di studiare l’uomo perché questo (come il mondo) ha una sua struttura gerarchica e una origine decisa da Dio. Nel rinascimento comincia lentamente un nuovo interesse per lo studio dell’uomo.

Il periodo Cartesiano: Divisione tra Res Cogitans (la mente, la parte spirituale) e Res Extensa (il corpo fisico). Il corpo rispetta le leggi fisiche ed è studiato dalle scienze naturali, la mente è immateriale ed è studiata dalle scienze umane. Segna una suddivisione netta tra ciò che può essere studiato tramite leggi della fisica e ciò che non può essere studiato come le scienze umane; le indagini sul corpo materiale, ad esempio l’anatomia, e veto delle indagini sulla mente, in quanto non assoggettabile ad approcci scientifici, quindi può essere studiata solo con il metodo introspettivo.

Empirismo Inglese e Ideologi Francesi: Gli empiristi inglesi per la prima volta pongono l’attenzione sui processi cognitivi e di strutturazione dell’esperienza consapevole: non esistono idee innate, la mente è una tabula rasa, e tutta la conoscenza si acquisisce tramite i sensi e l’esperienza. Gli ideologi aggiungono all’esame dei processi di costruzione della conoscenza quello dei suoi substrati nervosi (studio scientifico dell’uomo sia sul piano biologico che mentale). Nasce un po’ l’idea come la psicologia una branca della biologia.

XIX e XX secolo: Agli inizi dell’800 comincia realmente lo studio scientifico del rapporto mente-cervello, ciò avviene grazie al contributo di scienze molto diverse tra loro.

• Bell & Magandie scoprirono la differenza tra sistema motorio e sistema sensoriale come due funzioni separate da un punto di vista anatomo-funzionale. Scoprirono che le radici anteriori e posteriori del midollo avevano due funzioni differenti. Per la prima volta viene studiato un danno al sistema nervoso che ha un effetto sul comportamento.
• Gall (1825) Frenologia come corrispondenza tra zone del cervello e attività mentali. Propone idea della localizzazione. L’idea è che certe caratteristiche morfologiche del cranio, la forma e le sue caratteristiche fisiche, spiegano certi tipi di comportamenti. Individua 27 zone, alcune in comune con gli animali. Ovviamente non esiste nessun rapporto tra la dimensione di un osso e la personalità, ma è interessante la correlazione anatomo-clinica. Riuscii a trovare la corrispondenza con il linguaggio, pur localizzandola nell’osso anziché nella materia grigia.
• Caso di Phineas Gage (1848): Operaio delle ferrovie americane ha un incidente in cui una esplosione accidentale un ferro attraversa la parte anteriore del cranio. Sopravvive ma ciò ne consegue in un cambio di personalità, diventando irritabile, senza inibizioni e asociale: da questo evento casuale cambia il modo di pensare le funzionalità.
• Von Helmholtz (1856): Fa una scoperta importantissima: la qualità degli impulsi che un nervo trasmette non dipende dalla natura della stimolazione ma da quella del nervo (ad esempio il nervo ottico trasmette impulsi visivi anche se stimolato meccanicamente).
• Darwin: Teoria biologica dell’evoluzione: Anatomia, fisiologia e comportamenti degli esseri viventi si costruiscono e si modellano dentro una storia naturale, secondo regole precise.
• Fechner (1860): Relazioni tra l’intensità di stimoli fisici e la percezione dell’intensità (psicofisica). Distingue tra soglia assoluta (minima intensità percepibile dello stimolo, percepiamo uno stimolo solo se supera una certa soglia) e differenziale (minima variazione d’intensità percepibile, ha una valenza soggettiva) concetto importante perché quando si va a valutare, attraverso un test clinico, si ha bisogno prima di trovare la soglia assoluta del soggetto.
• Broca (1861): Primo caso di correlazione anatomo-clinica corretta nascita della Neuropsicologia. Caso di Lois Victor Leborgne il quale riporta problemi di epilessia durante la giovinezza perdendo di colpo la parola a 30 anni. Fino alla sua morte pronuncia solo le parole “Tan Tan”. Broca esegue l’esame autoptico trovando un danno al piede della terza circonvoluzione frontale dell’emisfero sinistro.
• Lombroso (1861): Riprendendo le idee di Gall propone l’idea che il comportamento criminale dipenda da caratteristiche anatomiche del cervello.
• Donders (1865) propone due idee:
  • Equazione personale: osservazione di altri astronomi poiché per misurare il movimento dei corpi celesti si metteva sul telescopio un reticolo e vedevano come i corpi si muovevano e notano movimenti diversi. Da questa teoria di base Donders si rende conto che esiste quindi sempre un errore soggettivo, per qui in ogni misurazione vi è un bias per essere quello che si è, un bias soggettivo.
  • Metodo Sottrattivo: alla base di tutti i metodi funzionali e di correlazione è il metodo sottrattivo, che viene applicata allo studio del comportamento es. Reaction Time Semplice A (premi il pulsante quando arriva uno stimolo), Reaction Time Complesso B (premi quando compare quello stimolo preciso). B-A = decisione in cui non sta eseguendo un’azione ma la sta pianificando.
• Wernicke (1874): Scopre un’afasia diversa, di produzione per un danno al giro temporale superiore.
• Wundt 1875, primo laboratorio a Lipsia. Da un punto di vista storico, l'Italia era un paese molto all'avanguardia per quanto riguarda la psicologia; a Padova e a Torino c'erano ricercatori di rilievo che avevano lavorato con i Gestaltisti. A Firenze nel 1903, nasce il primo laboratorio di psicologia sperimentale in Italia, grazie a Francesco De Sarlo, Enzo Bonaventura e Alberto Marzi. Nel 1905, a Roma si tiene il primo congresso di psicologia.
• Watson 1913: Nasce il comportamentismo rifiuto della mente. Le uniche cose che si possono studiare sono gli stimoli (ambientali) e le risposte (comportamentali). Questo approccio, nonostante le critiche, ha in realtà avuto un sacco di pregi poiché ha conferito un carattere scientifico allo studio del comportamento umano. Non era un approccio esclusivamente riduzionista, poiché non tutti negavano l'esistenza di un qualcosa oltre lo stimolo e la risposta, ma era una conseguenza a quello che studiavano.
• Molaison (1953): Uomo che soffriva di una grave forma di epilessia resistente ai farmaci. Il focolaio è localizzato nel lobo temporale mediale e si procede alla sua asportazione chirurgica. Dopo l’operazione, riporta una grave amnesia anterograda e una moderata memoria retrograda e intatte la memoria procedurale e a breve termine disturbo selettivo all’interno della stessa funzione cognitiva, vi sono quindi delle dissociazioni.
• Boulder 1955: Nasce il cognitivismo. Si entra nella blackbox, dando forse troppa importanza al costruttivismo e a come noi guardiamo il mondo. Metafora cervello-computer. Durante la 2ª guerra mondiale nascono nuove tecnologie (es. radar) e, quindi, servono decisioni più veloci e accurate. Studi sulla percezione, sull’attenzione, sulla memoria come evento costruttivo.
• OGGI: Le scienze cognitive hanno lo scopo di capire come sistemi intelligenti siano costruiti e come funzionino allontanandosi dalle basi biologiche per privilegiare lo studio dei modelli computazionali tecnologici. In realtà, questo approccio non ha mai portato da nessuna parte poiché spesso nella simulazione si facevano cose che in natura non accadevano. È nata dall'analogia tra mente e computer anche se è stata parecchio criticata. Si studiano le funzioni cognitive di base (es. percezione, memoria, attenzione) o di alto livello (es. coscienza).

1971: Prima TAC usata per vedere le lesioni, anche per motivi non clinici in senso stretto, ha fatto in modo che le neuroscienze entrino a far parte delle scienze cognitive.

1972: RMN Applicazione della risonanza su distretti anatomici.

Lezione 2

Principi della ricerca sperimentale

La ricerca sperimentale usa il laboratorio, ciò permette un alto controllo delle variabili e alto livello di costrizione. Composta da fasi diverse:

• La domanda: È la parte più difficile perché non tutti hanno grandi intuizioni. Interessi specifici, eventi casuali, sforzi di risolvere problemi, nuove ricerche (esame letteratura) fanno emergere una contraddizione nel noto che genera una spiegazione anticipatoria. La complessità del fenomeno va ridotta in una o più variabili (proprietà misurate), che possono essere quantitative (es. altezza), qualitative (es. sesso), continue (es. altezza) discontinue (alcuni valori es. sesso), su scala nominale (es. sesso), ordinale (titolo studio) a intervalli (es. temperatura) o a rapporti (es. altezza).
• Due variabili: Possono avere un rapporto causale o non averlo, e quindi essere:
• Studi di correlazione: Ipotizzo la compresenza di due variabili e ne studio il movimento congiunto. Ma non ipotizzo relazioni di causa-effetto e manipolo variabili. Vi è solo osservazione e registrazione.
• Correlazione lineare negativa: Se x aumenta, y diminuisce: vanno in senso opposto.
• Correlazione lineare positiva: Se x aumenta, y aumenta: vanno nella stessa direzione.
• Assenza di correlazione: È del tutto casuale.
• Correlazione non lineare: Vanno inizialmente nella stessa direzione però poi la relazione cambia e vanno in direzione opposta. La correlazione non è causazione. Spesso posso trovare una correlazione tra due variabili, ma non è detto che una causa l'altra, perché possono esistere delle variabili nascoste. Gli studi correlazionali sono utili quando voglio studiare molte cose insieme e viene fatto prima di uno studio di causazione, quando si vuole appunto cercare una relazione causale tra le variabili (es: income e life satisfaction per nazione). Questionario fatto in Europa e nel resto del mondo, una ricerca molto vasta che ha cercato di vedere come nel resto del mondo varia il rapporto tra guadagno e soddisfazione per la propria vita.
• Studi causali: Ipotizzo che la variabile indipendente causi i movimenti della dipendente. È importante dimostrare la direzione della relazione causale.
• La ricerca sperimentale deve proteggersi da:
• Strumenti di misura obsoleti
• Scarsa definizione fenomeno che si vuole misurare
• Scarsa operazionalizzazione del fenomeno che si vuole misurare
• Campione non rappresentativo
• Errori statistici
• Strategie di controllo della validità:
• Avere una baseline, una (almeno) condizione di controllo e/o un gruppo di controllo (almeno)
• Limitare l’errore: studi di laboratorio che danno massimo controllo, migliori strumenti di misurazione, pareggiamento per esempio il sesso, essendo differenze di genere per l’empatia (per esempio); introduzione variabili di disturbo se non eliminabili le introduco come variabile indipendente; ripetizione ovvero replica risultati; equidistribuire l’errore residuo; equidistribuzione casuale dei gruppi.
• La ricerca dei fondi: A fronte di una quota stabile negli anni aumenta la parte del settore privato, quindi quello pubblico diminuisce. L’Italia nel 2015 ha speso l’1,27% del PIL (18º posto, molto lontana dalla media UE di 1.92%). Paradosso italiano numero di citazioni pesati per i fondi ricevuti. Quindi gli italiani producono molta ricerca con pochi finanziamenti.
• L’Etica: Redatto Codice di Norimberga, 1947 nell’ambito del processo di Norimberga, segna l’inizio del movimento internazionale dei diritti umani. Stabilisce le norme etiche che regolano la ricerca. È costituito a 10 principi etici fondamentali tra cui l’ineludibilità del consenso volontario alla sperimentazione e il principio di autonomia dell’individuo. Deriva dalla ricerca scientifica effettuata durante il nazismo. Dichiarazione di Helsinki, 1964: La più nota e linea guida etica sulla ricerca medica. Si cerca un equilibrio tra necessità di ottenere nuove conoscenze e necessità bisogno di proteggere il partecipante alla ricerca. Viene ribadita la questione del consenso informato e divisione ricerca a scopo terapeutico distinta da quelle a scopo non terapeutico.
• Revisione dichiarazione di Helsinki:
  • A Tokio nel 1975 si pone l’accento su rispetto ambiente/animali e protocolli valutati da un comitato indipendente.
  • A Venezia nel 1983 aggiunto il consenso informato per i minori.
  • A Hong Kong nel 1989 si precisa che il comitato deve essere indipendente dal ricercatore/finanziatore.
  • South Africa 1996, Edimburgo 2000, Washington 2002, Tokyo 2004, Seoul 2008, Fortaleza 2013
• Principi e norme:
  • Autonomia: rispetto della libertà dell’individuo;
  • Beneficialità: anche in modo indiretto, bisogna promuoverlo;
  • Giustizia: equità oneri/benefici tra partecipanti;
  • Competenza: operare solo su ciò che si conosce;
  • Integrità: promuovere integrità della scienza;
  • Responsabilità: mantenere alti livelli di condotta morale;
  • Consenso informato: comunicare natura ricerca, la possibilità di non partecipare/ritirarsi (per minori serve l’autorizzazione);
  • Riservatezza: codifica e anonimizzazione dell’identità;
  • Debriefing: Le informazioni omesse per non minacciare la validità interna all’inizio per la buona riuscita della comunicazione vanno comunicate quanto prima, dopo.
  • Protezione soggetti;
  • Danno possibile: se vi è un danno lieve (per esempio studi su nocicezione) deve esserci assenza di rischio e informazione senza l’inganno.
  • Diffusione risultati: pubblicazione, accessibilità dati e procedure;
  • No frode/falsificazione
• Comitato Etico: Organismo indipendente fatto di esperti che valuta eticamente e metodologicamente la sperimentazione e, eventualmente, la approva. Ogni ricerca necessita di un comitato etico ad hoc ed essi valuteranno il rispetto di tutti i principi e delle norme presentate prima, questo rappresenta una forma di tutela sia per il ricercatore che per i partecipanti. Negli anni 70 in Canada nascono le “commissioni morali”. Il primo comitato etico nasce nel 1976 in U.S.A. su richiesta della corte suprema del New Jersey, poi a seguire Australia, Giappone, Europa (1983), Italia (1990). Il titolare dello studio (sponsor o ricercatore) scrive i dettagli del protocollo (scopi, numero pazienti, criteri d’inclusione/esclusione, disegno sperimentale, rischi/benefici per il paziente, riservatezza dei dati ecc.).
• Il disegno: In un disegno sperimentale ho a che fare con le variabili dipendenti e indipendenti: una viene manipolata e l'altra su cui si osservano gli effetti della prima.
  • I fattori sono le variabili indipendenti (ogni esperimento ha almeno 1 fattore);
  • I livelli, o condizioni, o trattamenti sono i valori che assume ogni fattore (almeno 2, altrimenti non sarebbe una variabile).
• Esistono due tipi di disegni sperimentali, i disegni entro i soggetti (within subjects) e i disegni tra i soggetti (between subjects) entro cui è fondamentale attuare strategie di controllo della validità, in particolare avere una condizione di controllo ed equidistribuire l'errore residuo. Ciò significa che se in un esperimento si assegnano i soggetti casualmente, è sicuro che l’errore presente sia dato dal caso: se invece vengono scelti dallo sperimentatore ci saranno anche errori dovuti a bias.
• Disegni entro i soggetti: Tutti i soggetti sono sottoposti a tutte le condizioni in modo che ognuno sia confrontabile con sé stesso. Disegno per eccellenza, ma non sempre possibile. Ad esempio: per costruire un disegno entro i soggetti è necessario avere un’ipotesi, una condizione di controllo e una condizione sperimentale (che può avere diversi livelli), la quale sarà uguale per tutti i soggetti.
• Disegno tra i soggetti: I soggetti sono sottoposti a condizioni diverse. Ad esempio: per costruire un disegno entro i soggetti è necessario avere un’ipotesi, una condizione...