Appunti di Psicologia cognitiva

Appunti di psicologia cognitiva

Domande favorite: ultimi capitoli, funzioni esecutive

6 giugno, 20 giugno, 4 luglio

I principi rilevanti della psicologia cognitiva

Temi principali della psicologia cognitiva

La differenza sostanziale tra la scuola comportamentista e cognitivista: la prima si sviluppa in Nord America e ha il suo apice intorno agli anni '50, con forti connessioni alla riflessiologia russa di Pavlov. Per il comportamentismo (1910-1950), l'oggetto di studio è la relazione fra stimolo e risposta. C’era una sorta di annullamento e non riconoscimento della mente come oggetto di studio. Skinner la considerava una Black Box.

Alcuni autori che si definivano comportamentisti avevano già "piantato i semi" del cognitivismo, dimostrando che si poteva entrare dentro questa "Black Box", come per esempio Tolman con le mappe cognitive. Il paradigma comportamentista si sgretola ad un certo punto perché cominciano ad emergere metodi di studio per accedere alla mente, basati su studi precedenti al comportamentismo.

Tolman esperimento mappe cognitive: permetteva a degli animali di esplorare il labirinto. Nella fase test, a un certo punto chiudeva il percorso 1, e l'animale non utilizzava il 50%-50% degli altri percorsi, ma usava il percorso 2 che era quello più corso dopo l'1; solo se chiudeva anche il 2 utilizzava il percorso più lungo, il 3. Questo esperimento ci fa capire che l'animale non usa a caso le conoscenze apprese nella fase studio, ma le usa in modo consapevole, utilizzando il percorso più efficace per arrivare alla sua meta. Quindi è un metodo per capire come l'animale crea le rappresentazioni mentali dell'ambiente, le mappe cognitive.

Altre novità sono stati gli studi del linguaggio di Chomsky: il bambino inizia ad assemblare una frase, se compresa dall'adulto di riferimento, ciò indica che l'ha usata in modo corretto; questa è un'idea del comportamentismo. Ma per un'operazione come il linguaggio è difficile pensare che ci sia un rinforzo complessivo per ciascuna frase. Quindi evidentemente ci deve essere qualcosa di più significativo. Gli studi di Chomsky hanno dimostrato che c'è un sistema in qualche modo innato, un pull di cellule evolutive per acquisire informazioni importanti per la socialità dell'individuo. Ci sono infatti delle aree specializzate nel cervello per la comprensione linguistica, come l'area di Broca e di Wernicke. Ancora molti studi confermano la specializzazione linguistica. L'impatto con l’ambiente è fondamentale; bambini deprivati di stimoli ambientali in fasi critiche possono avere problemi nello sviluppo del linguaggio.

La scuola della Gestalt

Un'altra scuola molto importante è la Gestalt, considerata una scuola pre-cognitivista, perché cerca di indagare il processo cognitivo, in particolare quello percettivo. Ci troviamo qui in area europea intorno agli anni '30. I gestaltisti hanno formato alcune leggi sulla formazione percettiva, come la legge della prossimità, legge della chiusura, legge della costanza d’oggetto, ecc. L’organizzazione percettiva trascende la struttura fisica degli stimoli e non necessita di apprendimento. Non è necessariamente legato alla struttura fisica dello stimolo; il nostro sistema percettivo interpreta gli stimoli fisici a volte andando oltre lo stimolo fisico stesso.

Oltre che in ambito percettivo, la Gestalt lavora molto nell’ambito dell’apprendimento, trovandosi in una posizione opposta a quella del comportamentismo. Test di Dunker: su un tavolo sono poste delle puntine in una scatola, una candela e dei fiammiferi. Lo scopo è posizionare la candela sul muro per illuminare maggiormente la stanza. Con le puntine inchiodo la scatola al muro e la uso per metterci la candela. È divergente utilizzare la scatola per un uso diverso dal solito. Le persone tipicamente mostrano una fissità funzionale, dimostrando che siamo ancorati a usi tipici degli oggetti. Per risolvere alcuni problemi, dobbiamo astrarci da questo.

Studi in ambito cognitivo negli anni '60

Negli anni '60, studi in ambito cognitivo, come il problema della rappresentazione interna degli oggetti esterni, si chiedono quale sia il formato con cui formiamo gli oggetti esterni in interni. Abbiamo una rappresentazione analogica o molto più economica e simbolica degli oggetti interni? Che risorse cognitive/cerebrali attiviamo? Le stesse che usiamo quando guardiamo quell’oggetto, o abbiamo un codice simbolico che attiviamo? Tutti questi processi necessitano di un codice interno. Per alcuni c’è un codice simbolico, per altri un codice analogico. Il tempo di reazione aumentava in base alla differenza dell’angolo di rotazione dei due stimoli, dimostrando che possiamo indagare il processo interno, che c’è un codice analogico e non verbale.

Se si osserva con fMRI, si nota che si attivano le stesse aree che si attivano quando guardiamo quell'oggetto. Cronometria mentale: compito di Sternberg:

• Serie mnemonica di 1-6 cifre, che dopo poco scomparivano, e ricompariva solo un numero in cui il soggetto doveva dire se era tra le prime cifre o meno.
• 1 cifra target: era o no nella serie?

Risultati: TR (tempo di reazione) aumenta (~40ms) con l’aumentare delle cifre. 4 stadi di elaborazione: ogni compilazione richiede ~40ms. Ma è necessario postulare un’elaborazione seriale? (poco compatibili con i tessuti nervosi). Il soggetto impiegava circa 40-50ms per ogni stimolo, confrontandolo con un'immagine interna della serie precedente dei numeri. Questa metodica permette di fare ipotesi sul funzionamento della MBT (memoria a breve termine), dove probabilmente c’è un meccanismo che confronta questa comparazione (c’era o non c’era) e questo meccanismo dura circa 50ms.

Un’evoluzione della psicologia cognitiva è lo sviluppo dell’intelligenza artificiale. Non solo si cerca di capire la Black Box, ma di trovare un modello che la imiti.

Percezione

• Consapevolezza cosciente degli ambienti interni ed esterni, generata dall’elaborazione neurale condotta dal sistema sensoriale umano:
  • Visione: brillantezza, colore, forma, profondità, movimento
  • Uditiva: volume, tono, dolore
  • Tatto: pressione, dolore
• La percezione non coincide necessariamente con le caratteristiche fisiche dell’oggetto percepito. Dipende anche da:
  • Stato fisiologico del percipiente (ad es. alcol, droga)
  • Altri stimoli co-occorrenti (ad es. effetto McGurk)
  • Stato motivazionale (ad es. oggetti dietro vetro smerigliato)
  • Esperienza precedente o contesto di stimolazione

La percezione non coincide con le caratteristiche fisiche dell’oggetto.

• Proprietà fisiche degli stimoli - misura oggettiva
• Conseguenze percettive degli stimoli (percetti, rappresentazioni interne) - aspetto soggettivo, non misurabile direttamente
• Psicofisica (1860): Fechner, Weber, Stevens - relazione tra intensità dello stimolo e stimolazione
• Soglia assoluta:
  • Minima stimolazione energetica in grado di evocare una risposta percettiva
  • Paradigma di scelta forzata (percettivo: si/no) con stimoli di valore random
  • Soglia per convenzione al 75%
• Soglia differenziale:
  • Entità di cambiamento fisico necessaria per generare cambiamento percettivo
  • Frazione (o costante) di Weber

La psicofisica ha dato un grande contributo alla comprensione delle differenze individuali nella percezione di questi compiti. Weber ha individuato delle costanti che sono tutt'oggi valide. Ad esempio, nel peso ci deve essere almeno il 10% di differenza tra un peso ed un altro. È sempre una questione probabilistica, ma ci permette di studiare questi processi.

Attenzione

• Focalizzazione delle 'risorse di elaborazione' mentali su un particolare stimolo fisico, compito, sensazione, o altro contenuto mentale.
  • Enfasi sul tipo di stimolo (esogeno vs endogeno)
  • Enfasi sulla capacità selettiva (effetto del cocktail party)
  • Enfasi sul livello in cui l’attenzione influenza l’elaborazione dello stimolo (ascolto dicotimico e shadowing)

Ci sono condizioni in cui posso avere un buon processamento del mondo circostante e l'attenzione viene dopo, o altri casi in cui il processo attentivo viene prima. Posso decidere volontariamente (endogenamente) di porre la mia attenzione da qualche parte; c’è poi un’attenzione esogena, che viene esternamente (es. un rumore improvviso), in cui interromperò la mia attenzione volontaria e mi focalizzerò sullo stimolo esterno che ha catturato la mia attenzione indipendentemente dalla mia volontà. La selettività dell’attenzione mi permette di focalizzarmi selettivamente su uno stimolo riducendo il resto degli stimoli irrilevanti per noi (effetto cocktail party). Ascolto dicotico e shadowing: nell’ascolto dicotico vengono indirizzati due stimoli diversi per orecchio, e al soggetto viene detto di prestare attenzione solo allo stimolo di un solo orecchio. Una volta chiesto, il soggetto ricordava quello che aveva ascoltato solo dall’orecchio in cui veniva detto di ascoltare. Nel corso degli anni evidenze hanno dimostrato che era troppo semplicistico. Infatti, se nell’orecchio sinistro (durante esperimento) viene presentato uno stimolo esogeno diverso (per esempio voce uomo cambia in voce donna), il soggetto a fine esperimento si accorge della differenza. Ciò significa che il filtro non è così selettivo. Ho comunque una certa somma di risorse attentive sullo stimolo esogeno.

Memoria

Un altro processo strettamente legato a percezione e attenzione è la memoria. Studi dimostrano che la probabilità di ricordare qualcosa è in funzione di quanto abbiamo posto attenzione a quella determinata cosa.

Modello modale di Atkinson e Shiffrin: si ipotizza che ci sono 3 magazzini di memoria:

• Memoria sensoriale
• Memoria a breve termine
• Memoria a lungo termine

L’informazione che entra nella memoria sensoriale avrà una buona probabilità di essere memorizzata nella MLT.

L'esplorazione dei processi cognitivi in termini neurali

• Due approcci principali:
  • Cambiamento dei processi cognitivi in seguito a deficit (lesioni cerebrali):
    • Permanenti: ictus, traumi cranici, malattie (es. tumori, malattie neurodegenerative, ecc.)
    • Temporanee (sperimentali): alterazioni elettro-magnetiche, farmacologiche
  • Misurazione dell’attività cerebrale durante esecuzione di compiti cognitivi:
    • Tecniche di visualizzazione: EEG e fMRI

Tecniche delle correlazioni cliniche-patologiche tra comportamento del paziente in vita ed autopsia cerebrale post-mortem: limiti

• Variazione del deficit prima dell’autopsia
• Diversità della lesione per pazienti diversi
• Relazione tra area e processo (es. confini vascolari più che funzionali nell’ictus)

L’avvento del neuroimaging permette di risolvere molti dei problemi suddetti. Gli studi moderni tendono a confermare quanto fatto dalla neurologia classica. Oggi, grazie al neuroimaging, è possibile visualizzare quello che accade in un disturbo cognitivo anche in pazienti vivi.

Ci sono varie tecniche anatomiche o strutturali:

• Anatomica: permette di ricostruire in vivo la struttura anatomica dell’encefalo, ci permette di distinguere tra sostanza grigia e sostanza bianca e il liquor, e permette di ricreare una mappa colorata della struttura cerebrale di quel soggetto.

Con la TAC, le informazioni sulla differenza di radiodensità dei diversi tessuti estrapolate da molteplici angolazioni e convertite in variazione di livelli di grigio. È possibile distinguere alcune strutture, ma la qualità dell’immagine non è elevata.

Strutturale, per esempio in MRI, le immagini sono meglio distinguibili.

Approccio causale

La risonanza magnetica non dovrebbe riportare nessun danno nel tempo. La risonanza magnetica è una grossa calamita che sfrutta molecole già presenti nel nostro corpo, in particolare protoni degli atomi d’idrogeno del cervello, allineati con il forte campo magnetico dello scanner. Sono onde radio a certe frequenze che sono in grado di perturbare la posizione dei protoni, che oscilleranno e poi si riallineeranno al campo magnetico. Rilevando queste oscillazioni, l’MRI mette in luce la diversa densità protonica dei vari tessuti cerebrali, che vengono poi convertiti in livelli di grigio. Qui non abbiamo raggi X, ma radiofrequenze.

Tempo di rilassamento: quanto il protone ci mette a tornare nella sua posizione originaria. Cambia anche a seconda della densità dei tessuti. Tessuti molto duri avranno un tempo di rilassamento molto breve, rispetto al tessuto opposto che avrà tempi molto lunghi come il liquor. Il magnete è capace di rilevare questo tempo di rilassamento, e può essere tradotto in una scala di grigi; più è bianca la struttura, più è dura. Si ha quindi una maggiore risoluzione: 3T sotto il mm. Non è per nulla invasiva: niente raggi, e niente mezzi di contrasto.

• Induzione di lesioni chirurgiche in animali sperimentali (inclusi primati non-umani):
  • Pro: controllo su estensione del danno e corrispondente area funzionale
  • Contro: questioni etiche, addestramento e valutazione del comportamento a seguito della lesione

Molti studi in neuroscienze dimostrano che alcuni comportamenti non derivano da singole aree, ma da circuiti, e questo è un limite in questi studi, poiché rompo delle aree funzionali e non dei circuiti. I laboratori che fanno questi studi sono sempre meno.

• Farmacologiche
  • Sostanza psicoattiva (es. cocaina, caffeina, antidepressivi) che agiscono sulla fisiologia sinaptica:
    • Agonisti dei neurotrasmettitori: agiscono sui recettori in modo simile ai neurotrasmettitori (si legano con essi)
    • Antagonisti dei neurotrasmettitori: bloccano i recettori alterando la neurotrasmissione
  • Due approcci:
    • Uso e abuso di sostanze: dipendenza, alterazione e deterioramento dei processi cognitivi
    • Studi controllati su animali sperimentali: effetto globale della sostanza somministrata; difficoltà di distinguere gli effetti su un processo cognitivo o un altro

• Stimolazione intra-cranica
  • Stimolazione elettrica diretta di una regione cerebrale (già a fine ‘800)
  • Elettrodi posizionati:
    • Stabilmente (impianto) nel cervello di animali sperimentali
    • Temporaneamente in pazienti umani durante interventi neurochirurgici (es. trattamento per rimozione di foci epilettogeni o di tumori; mappaggio corticale per compromissione minima delle funzionalità cognitive superiori)
  • Grado di stimolazione:
    • Lieve: eccitazione dell’area stimolata (es. sistema motorio o verbale)
    • Forte: interruzione della funzionalità, lesione temporanea
• Stimolazione extra-cranica
  • Stimolazione magnetica transcranica (TMS)
    • Forte campo magnetico transitorio generato dal passaggio di corrente elettrica attraverso due bobine (coil)
    • Compromissione temporanea dell’elaborazione neurale dell’area sottostante al coil (come stimolazione intracranica diretta, ma molto meno invasiva)
    • Può comportare anche facilitazione comportamentale, a seconda dell’area stimolata e del compito
    • Svantaggi: dimensione area stimolata; solo corteccia; zone dolorose (trigemino o muscolo temporale); crisi epilettiche

Posso avere effetti eccitatori o inibitori, a seconda delle aree che vado a stimolare. La TMS permette di agire sul processo prima che sia messo in atto; se io lo inibisco e non riesci a fare il compito, posso vedere il vincolo causale, ovvero che senza quell’area non riesci ad eseguire quel compito.

Approccio correlazionale

Un’altra cosa è monitorare quello che accade, cercando di affinare sempre più tecniche che permettano di leggere l’attività cerebrale. Sono tecniche che rientrano nell’approccio correlazionale.

• Registrazione elettrofisiologica diretta dai neuroni
  • Elettrodi di tungsteno o acciaio inseriti in profondità, rivestiti di materiale non conduttore eccetto la punta: potenziali d’azione generati dai neuroni maggiormente vicini
  • Possibilità di fare più impianti: attività simultanea di più regioni
• Grafico a matrice di punti
  • Ogni riga la presentazione di uno stimolo, ogni punto, un potenziale d’azione
  • L’istogramma in basso somma per colonna
• Svantaggi:
  • Solo su animali
  • Tempo di addestramento
  • Costo di mantenimento
  • Processi cognitivi di base (percezione, attenzione e memoria) ma non quelli più astratti

L’analogo nell’uomo è la classificazione:

• Elettrodi di superficie su cuffia
  • Conduttanza garantita da gel conduttore o pasta salina
  • Amplificatore differenziale: aumenta la differenza di voltaggio tra ciascun elettrodo e quello di riferimento (es. mastoideo)

Registrano una differenza di potenziali d’azione di elettrodi attaccati su zone silenti. Differenza di potenziale vuol dire che, quel compito che il soggetto sta facendo richiede l’uso delle risorse cognitive.