Psicobiologia - appunti

Psicobiologia - Luisa Sartori

Introduzione

Noi studiamo la psicobiologia per comprendere le basi neurali dei processi cognitivi che sono indispensabili per capire il funzionamento della mente. La psicobiologia è l’area di indagine interdisciplinare che abbraccia la psicologia, la biologia, la biochimica, le neuroscienze e altri campi. La mente e il cervello non sono la stessa cosa, essi hanno una relazione biunivoca, bidirezionale: la relazione tra biologia e comportamento è sempre di natura circolare, la mente influenza il cervello e viceversa.

Il mito del 10% è una credenza secondo la quale la maggior parte del nostro cervello non viene sfruttato. Oggi alcuni aspetti del cervello rimangono sconosciuti, tuttavia si conosce ogni singola parte e le funzioni associate. Sarà Barry Beyerstein a confutare il mito sottolineando che:

• Ogni area del cervello, se danneggiata, produce danni alle capacità dell’individuo (Teoria della Localizzazione delle Funzioni).
• Il cervello assorbe il 20% del fabbisogno energetico di un essere umano. Mantenere un 90% inutilizzato sarebbe controproducente.
• Tutte le parti del cervello sono attive anche durante il sonno.
• Analisi microstrutturali effettuate con elettrodi nel cervello non hanno evidenziato neuroni inutilizzati, infatti la selezione naturale avrebbe eliminato la parte inutilizzata per effetto del Decadimento neuronale (le cellule cerebrali non utilizzate decadono).

Le forme di dipendenza più comuni sono: il cibo; il gioco d’azzardo (gambling); il lavoro (workaholic); lo shopping; TV; sport; internet; video games; le sostanze stupefacenti (es. droghe, alcool, caffè, tabacco); amore. Queste diventano sostanze che portano alla dipendenza perché stimolano il sistema di ricompensa: i circuiti cerebrali della ricompensa hanno sede nel tronco encefalico e nel nucleo accumbens, questi stimolano il rilascio di dopamina in risposta a certe sostanze. In questi anni si sta scoprendo che le onde elettromagnetiche possono ridurre le dipendenze.

Rapporto tra mente e cervello

Le conoscenze del corpo e del cervello partono dal papiro chirurgico egiziano, esso influenzò i Greci che videro il cervello come l’organo delle sensazioni. Di questi Cartesio fu una figura importante: definì nel 600 il dualismo mente-corpo. Per lui: “La mente è separata dal corpo, non è un’entità fisica e quindi non può essere studiata con gli strumenti delle scienze fisiche”. Il corpo per lui funzionava come una macchina e segue un modello idraulico, nel caso dei riflessi per esempio, si pensava che dal cervello uscissero dell’entità incorporee che si diramano attraverso condutture cave fino a provocare la reazione dell’arto.

Sarà grazie alle numerose scoperte scientifiche tra cui: la legge di Bell-Magendie secondo cui la trasmissione delle informazioni lungo i nervi avviene solo in una direzione, o al fatto che l’informazione da e per il cervello viene veicolata da segnali elettrici, scoperto grazie agli studi sulle rane di Luigi Galvani; che si supererà questa visione. Dal 1800 a oggi infatti vi sarà il monismo che considera la mente come il prodotto dell’attività del cervello e del sistema nervoso. In questo caso la mente e il cervello sono strettamente collegati. Questo pensiero nasce con la neuropsicologia, quando si facevano delle operazioni post morte.

A questa visione si collega la teoria della localizzazione della funzione, ideata da Gall e Spurzheim, secondo cui determinate funzioni cerebrali sono localizzate in particolari aree del cervello. Sappiamo infatti che quando udiamo una domanda questa passa prima nell’area primaria uditoria, poi nell’area di Wernicke (si comprendono i suoni), poi all’area di Broca (si formano le frasi) e infine all’area motoria, che permette di dare una risposta. Un altro esempio è il caso di Phineas Gage che, a causa di un incidente al cervello, cambiò il suo comportamento, non aveva freni inibitori.

Questi scienziati proposero che la struttura del cranio di un uomo è in relazione con le sue caratteristiche e abilità personali andarono a definire la frenologia. Visione errata. Oggi il cervello è visto come una rete elettrica, e si può dimostrare la sua natura circolare grazie alla TMS: si utilizza una bobina che genera un campo magnetico che attraversa lo scalpo. Senza un'operazione chirurgica possiamo far arrivare le onde al cervello e queste attiveranno le parti superficiali. Essa dunque ci permette di dare un impulso al cervello in una particolare area, bloccando il circuito finché non cessa la stimolazione.

Nel 1990 la nascita del progetto Genoma Umano, definito come la mappatura del DNA, aveva creato molte aspettative. Ad esempio quella di individuare i geni responsabili di molte malattie. Tuttavia, con il progredire e il completamento del Progetto, nel 2003, si è visto che in molti casi i fattori contestuali possono incidere in modo altrettanto determinante sui geni. Tramontata questa idea ne nasce una nuova nel 2010: il Progetto Connettoma varato dal National Institute of Health statunitense. Si cerca ora di creare una mappa dei circuiti cerebrali, quindi delle connessioni sinaptiche.

Dal 2013 in poi Human Connectome Project ha reso accessibile online, alla comunità scientifica, l'analisi dei circuiti cerebrali di migliaia di persone adulte e in salute sottoposte a risonanza magnetica del cervello e diffusion imaging. La connettomica considera il cervello come un organo plastico, che muta in termini quantitativi e qualitativi nel corso della vita. Si modifica quindi in base all’esperienze.

Il corpo calloso è una commissura interemisferica del cervello presente tra i due emisferi che collega i 4 lobi, garantendo il trasferimento delle informazioni. Il suo spessore indica il numero di connessioni che attraversano le due parti, e quindi quanto sono collegati i due emisferi.

Tecniche di neuro visualizzazione

I metodi di ricerca utilizzati in psicobiologia partono dall’istologia, cioè lo studio delle strutture e dei tessuti a livello microscopico, e dall’autopsia, cioè l’esame post mortem. Questi metodi sono stati sostituiti da più innovativi: le tecniche di neurovisualizzazione. Sono delle tecniche che ci permettono di osservare il cervello in vivo, mentre è impegnato in processi cognitivi o emozionali, e quindi di analizzarlo. Esse sono possibili grazie alla scoperta di Röntgen nel 1896 dei raggi X.

Esistono 2 tipi:

• Strutturali: immagini in bianco e nero che mostrano solo la struttura. Sono:
  • La TAC = Tomografia Assiale Computerizzata, deriva dal greco ‘tòmos’ (fetta) e ‘grafìa’ (scrittura, descrizione). In questa uno scanner con un campione di circa 1000 fasci di raggi X attraversa la testa del paziente a 360°. Il tessuto li assorbe in maniera differenziale in base alla densità, i raggi in uscita di diversa intensità vanno a impressionare una pellicola fotografica. Il computer elabora e ricompone i vari campionamenti costruendo un’immagine 2D o 3D della sezione. Essa permette di identificare dei danni cerebrali derivanti da traumi.
  • La MRI = Risonanza Magnetica per Immagini. I campi magnetici fanno orientare gli atomi di idrogeno presenti nell’acqua corporea. Avvenuto ciò uno scanner invia degli impulsi di frequenze radio che inducono negli atomi di idrogeno del cervello una rotazione (‘risonanza’). Quando gli atomi tornano ad orientarsi nella direzione naturale diventano dei radiotrasmettitori che emettono un impulso rilevato dallo scanner. Studia l’anatomia del cervello.
• Funzionali: immagini colorate, mostrano le funzioni e le zone più attive in un determinato momento. Mostrano l’attività cerebrale. Vi è una visualizzazione indiretta dell’attività cerebrale. Sono:
  • La PET = Tomografia a emissione di positroni. Ad una persona vengono fatti assorbire dei traccianti (ossigeno o glucosio radioattivo). Viene posta in una gamma camera, un dispositivo che rileva i raggi rilasciati dai positroni degli atomi radioattivi in decadimento. Ogni raggio gamma viene identificato dal computer, che risale al punto d’origine e assegna un colore, rosso e giallo per le aree attive, blu e nero per quelle meno attive. E scansioni mostrano le attività cerebrali, sono però invasive e costose.
  • Il fMRI = risonanza magnetica funzionale. Registra una serie di immagini in un breve periodo di tempo attraverso le quali è possibile osservare le variazioni di ossigeno e del flusso sanguigno nel cervello; grazie a ciò è possibile risalire alle aree cerebrali maggiormente attive. Studia le funzioni cerebrali.

Sia PET che fMRI sono studi indiretti. Possono essere indirette, si basano sulla deduzione, oppure dirette, cioè basate sulla registrazione di segnali elettrici. Ogni neurone genera delle cariche elettriche e questa attività può essere registrata grazie ad elettrodi posti sul cuoio capelluto o nel tessuto cerebrale. Queste tecniche sono la EEG, PE e MEG.

• Elettroencefalogramma (EEG): richiede il posizionamento di elettrodi sul cuoio capelluto (Sistema 10-20) e misura l’attività (potenziale di campo) di un elevato numero di cellule, in particolare dei neuroni corticali. Fornisce informazioni esatte circa l’attività cerebrale, ad alta risoluzione spaziale e temporale. Utile per studiare il sonno e per la diagnosi dell’epilessia. Studio funzionale.
• Potenziali Evocati (PE): vengono registrati con elettrodi di superficie posizionati sulla testa. Mentre l'EEG descrive l’attività elettrica cerebrale di base, i potenziali evocati consistono nella reazione elettrica della corteccia sensoriale a determinati stimoli. Studio funzionale.
• Magnetoencefalografia (MEG): corrisponde alla registrazione dei campi magnetici generati dai neuroni attivi tramite l’uso di un elmetto a 155 sensori (SQUID). I sensori convertono l’energia magnetica in impulsi elettrici, più facili da registrare ed analizzare. Questi risultati vengono poi sovrapposti a immagini 3D ottenute con MRI, con ciò abbiamo sia attività che anatomia. Studio funzionale.
• Registrazione da singolo neurone: grazie ad un impianto chirurgico: si toglie una parte della calotta e si inseriscono degli elettrodi nel tessuto cerebrale, permettendo così di misurare il segnale elettrico di un solo neurone. Oltre a valutare gli eventi extra- e intracellulari generati dal neurone. Tecnica più diretta ma anche più invasiva. Fornisce informazioni circa l’attività cerebrale ad altissima risoluzione spaziale e temporale. Studio funzionale.

L’intervento di stimolazione cerebrale profonda del nucleo subtalamico prevede l'impianto, in sede permanente, di vari elettrodi nel subtalamo, grazie all'innesto di un pacemaker che invia impulsi al cervello. I due fili vengono inseriti da sopra la calotta cranica e innestati nel cuore del cervello. Viene utilizzata per trattare malattie che riguardano il movimento dell'individuo, come la malattia di Parkinson. Le tecniche di stimolazione artificiale di una particolare area permettono di osservare il comportamento risultante. Penfield facendo questo riuscì a mappare il cervello.

Anatomia del sistema nervoso

Assi direzionali

Gli assi anatomici ci servono per definire la posizione di una struttura rispetto ad un'altra. Sono molteplici:

• Dorsale-Ventrale
• Rostrale (sx o anteriore) - Caudale (dx o posteriore).
• Il nevrasse, la linea immaginaria che corre lungo midollo e cervello, si piega di 90°.
• La linea mediana è la linea immaginaria che divide il corpo in due metà uguali, in modo simmetrico. Questa permette di definire le strutture come prossimali, significa vicino al centro, oppure distali, lontano dal centro. Oppure mediali e laterali. Inoltre le strutture che si trovano sullo stesso lato rispetto alla mediana sono ipsilaterali. Mentre le strutture che si trovano sui lati opposti rispetto alla mediana sono controlaterali.

Piani anatomici

Sono di tre tipi:

• Piano sagittale: è parallelo alla linea mediana. Il piano sagittale mediano divide il cervello in due metà uguali. Le sezioni di questo tipo hanno un’osservazione laterale.
• Piano orizzontale: la sezione divide il cervello in una porzione superiore e una inferiore.
• Piano coronale: è perpendicolare alla linea mediana. Le sezioni dividono il sistema nervoso in una porzione anteriore e posteriore. Il punto d’osservazione è frontale.

Sistema nervoso centrale

Il SNC comprende tutto quel materiale rivestito di tessuto osseo, quindi il cervello e il midollo spinale. Il cervello viene suddiviso in:

• Prosencefalo che comprende il telencefalo e il diencefalo. Il primo comprende gli emisferi cerebrali e i gangli della base. Il secondo comprende il talamo che funge da stazione di passaggio: raccoglie i segnali provenienti dai sistemi sensoriali e li ritrasmette alla corteccia cerebrale per una ulteriore elaborazione; e ipotalamo funge da centro di regolazione per l’alimentazione, l’attività sessuale, i ritmi circadiani, le risposte di lotta o fuga (sistema nervoso autonomo), e il controllo della temperatura, quindi il comportamento base dell’uomo. Rileva le discrepanze tra il valore atteso e quello reale. È inoltre collegato con l’ipofisi, che rilascia gli ormoni.
• Rombencefalo che è costituito dal bulbo o midollo allungato, dal cervelletto, dalla formazione reticolare e dal ponte. Quest’ultimo connette il cervello al bulbo. Il cervelletto è responsabile della coordinazione dei movimenti volontari e dell’equilibrio posturale. Riceve segnali dal midollo spinale sulla posizione del corpo nello spazio e dalla corteccia motoria sul movimento che si ha intenzione di eseguire. Il midollo allungato collega il cervello con il midollo spinale, esso è formato da dei nuclei, insieme di corpi cellulari. La formazione reticolare svolge un ruolo importante nella regolazione del sonno e dello stato di attivazione fisiologica, oltre a contenere un complesso aggregato di nuclei: vestibolare, del rafe e cocleare. Il primo riceve l’informazione relativa alla posizione della testa rispetto alla forza di gravità e ci permette così di mantenere l’equilibrio. È responsabile dei capogiri e della cinetosi, questo perché si fa ingannare da accelerazioni inconsuete o percezioni visive contrastanti. Il nucleo cocleare invece riceve l’informazione sonora.
• Mesencefalo che contiene il tetto e il tegmento. Esso e il rombencefalo costituiscono il tronco encefalico.

La corteccia è lo strato esterno degli emisferi cerebrali, ed è caratterizzata da un solco centrale, dalla scissura interemisferica o longitudinale, che li divide, e da frastagliature (numerosi giri = protuberanze, e solchi = introflessioni posizionate tra i giri che dall’alto vengono visti come linee, un solco largo viene definito scissura o fessura). Questa conformazione accresce l’area della superficie cerebrale. La corteccia viene definita rugosa e si pensa che il grado di rugosità (entità dei giri) sia correlato al grado di sviluppo evolutivo della specie.

Le cellule della corteccia cerebrale sono organizzate in 6 strati paralleli alla superficie del cervello che variano per organizzazione, numero e grandezza: il primo è quello più esterno, gli strati II e IV contengono cellule granulari; gli strati III e V contengono cellule piramidali (inviano messaggi alle altre parti del sistema nervoso); lo strato VI contiene neuroni che prolungano gli assoni nella sostanza bianca sottocorticale. La corteccia cerebrale si divide in 4 lobi cerebrali, per ogni emisfero, che corrispondono: al lobo frontale; lobo parietale, che è diviso dal primo dal solco centrale (scissura di Rolando); lobo occipitale e lobo temporale (si separa dal parietale dalla scissura di Silvio), che giace sotto l’osso temporale del cranio. La corteccia inoltre viene suddivisa in tre categorie in base alla loro funzione: sensoriale, motoria e associativa, questa ha un ruolo di connessione e integrazione delle prime.

Il midollo spinale è una struttura racchiusa nella spina dorsale, di forma allungata, formata da tessuto nervoso che si estende al midollo allungato fino alla prima vertebra lombare. La sua funzione principale è quella di trasmettere le informazioni dalla periferia (pelle, giunture e muscoli) al cervello, e viceversa: comunica con il corpo attraverso i nervi spinali (sistema nervoso periferico). Danni al midollo spinale portano alla perdita delle sensazioni e del movimento, si parla di paraplegici quando il danno è a livello lombare; tetraplegici se il danno è a livello cervicale. Esso è composto da:

• Sostanza bianca, larghi fasci di assoni formati dalla mielina, da il colore bianco. Questa è una sostanza isolante che accresce la velocità di trasmissione delle informazioni nelle fibre nervose. La sostanza bianca grazie agli assoni trasmette le informazioni.
• Sostanza grigia, è formata da corpi cellulari, a forma di ‘H’ o di farfalla. Ha due corna: dorsali, dove i neuroni sensoriali ricevono gli input sensoriali dal corpo; e ventrali, dove i neuroni motori inviano ai muscoli i comandi per il movimento o prendono parte ai riflessi spinali.
• Canale centrale o ependimale, che contiene il liquido cerebrospinale.

Sistema limbico

Il sistema limbico è responsabile del controllo di numerosi comportamenti emotivi e motivazionali ed è formato dall’amigdala (paura), dall’ipotalamo (lotta o fuga) e dall’ippocampo (memoria, stress).

Sistema ventricolare

Il sistema ventricolare corrisponde all’insieme delle cavità e dei canali del cervello.