Psicologia Fisiologica

Psicologia fisiologica

Capitolo 1, la psicologia biologica

Introduzione

La psicologia biologica è il settore che mette in relazione il comportamento con le attività cerebrali. Poiché lo studio del cervello è conosciuto come neuroscienze, la psicologia biologica è nota come neuroscienze comportamentali. La psicologia biologica si propone di migliorare la condizione umana.

Confronto tra specie e studio dell’evoluzione del cervello e del comportamento

La teoria di Darwin sull’evoluzione per selezione naturale ha un ruolo centrale per la biologia. La proprietà conservativa della natura fa sì che le modificazioni corporee o comportamentali, una volta comprese, possano essere mantenute per milioni di anni e possano essere osservate in animali per il resto molto diversi. Per esempio, l’impulso nervoso è essenzialmente lo stesso in una medusa, in uno scarafaggio e nell’uomo. Anche alcune delle sostanze chimiche che portano messaggi attraverso il flusso sanguigno – gli ormoni – sono le stesse nei diversi animali. Le specie condividono le caratteristiche conservate.

Il corpo e il comportamento si sviluppano durante tutta la vita

L’ontogenesi è il processo attraverso il quale un individuo cambia nel corso della sua vita, cioè cresce e invecchia. Osservando il modo in cui un particolare comportamento cambia durante l’ontogenesi si possono avere indicazioni sulle sue funzioni e sui meccanismi che lo determinano. Per esempio, nei roditori la capacità di formare a memoria a lungo termine è alquanto in ritardo rispetto alla maturazione della capacità di apprendimento. I roditori giovani imparano bene, ma dimenticano più velocemente di quelli vecchi; da questo si deduce che l’apprendimento e la memoria coinvolgono processi neurali diversi.

Tre metodi sperimentali per correlare cervello e comportamento

Gli psicobiologi usano tre metodi per capire le relazioni tra cervello e comportamento: intervento somatico, intervento comportamentale e correlazione.

• Intervento somatico: i ricercatori modificano una struttura o una funzione del cervello o del corpo per vedere come questo cambiamento modifichi il comportamento. In questo caso l’intervento somatico è la variabile indipendente e l’effetto comportamentale è la variabile dipendente. I vari tipi di intervento somatico sono:
  • Si somministra un ormone ad alcuni animali e non ad altri.
  • Si stimola elettricamente una parte del cervello e vengono osservati gli effetti sul comportamento.
  • Si taglia la connessione tra due parti del sistema nervoso e si valutano i cambiamenti del comportamento.
• Intervento comportamentale: con questo metodo gli scienziati intervengono sul comportamento di un organismo e osservano i cambiamenti che ne risultano nella struttura e nelle funzioni corporee. In questo caso il comportamento è la variabile indipendente e il cambiamento è la variabile dipendente.
• La correlazione: metodo per studiare le relazioni cervello-comportamento; consiste nel trovare in che misura si ha una variazione nel corpo in conseguenza di un determinato cambiamento nel comportamento.

Plasticità neurale: il comportamento può modificare il cervello

Ci sono numerosi esempi, quasi tutti relativi agli animali, che dimostrano come l’esperienza abbia modificato il numero o la dimensione dei neuroni, oppure il numero o la dimensione dei collegamenti tra neuroni. La capacità del cervello di essere modificato, sia durante lo sviluppo che nell’adulto, dall’ambiente e dall’esperienza è chiamata plasticità neurale. La parola “plastico” significa flessibile, malleabile. Nel 1980, William James descrisse la plasticità, come la capacità di una struttura di essere abbastanza debole da cedere a un'influenza, ma abbastanza forte da non cedere all’improvviso.

La relazione tra psicologia biologica e sociale

Altre persone possono modificare la struttura fisica del nostro cervello. Il motivo per cui uno studente si reca in aula, è avere un insegnante che attraverso parole e figure ne “modifichi” il cervello, in modo da poter recuperare quell’informazione in futuro (gli sta insegnando qualcosa). Perciò lo studio dei meccanismi dell’apprendimento e della memoria è importante per comprendere il comportamento sociale. Esempio: in un esperimento selezionarono dei piccoli ratti, appena svezzati dalla madre, e li divisero in due gruppi: alcuni maschi vennero allevati da soli, in gabbie singole, mentre altri sistemati con altri per poter giocare. È emersa una sola differenza tra i due gruppi: la parte del cervello relativa al riconoscimento degli odori era più piccola nei maschi cresciuti da soli. Qualunque sia la ragione, la socializzazione ha comunque effetti su questa particolare struttura del cervello. Anche negli esseri umani si può talvolta dimostrare che l’esperienza influenza il funzionamento cerebrale.

I vari livelli di analisi in psicologia biologica

Negli studi sul comportamento spesso si applicano metodologie che utilizzano diversi livelli di analisi biologica, dove le unità di ogni livello sono più semplici nella struttura e nell’organizzazione di quelle del livello precedente. Uno scienziato può cercare di comprendere il comportamento osservando molecole, cellule nervose, aree del cervello o esperienze sociali o la combinazione di questi livelli di analisi. Es. riduzionismo: metodologia scientifica che riduce un sistema complesso in parti sempre più piccole al fine di poterlo capire completamente.

L’anatomia e la fisiologia del cervello nel Rinascimento

Nel 1963 Cartesio scrisse un autorevole libro nel quale cercò di spiegare come il comportamento degli animali e quello dell’uomo, potesse essere paragonato al lavoro di una macchina. Cartesio sosteneva che se le persone non erano nulla più di un’intricata macchina, esse potevano avere tanta libertà quanto un orologio da taschino e non avevano, quindi, la possibilità di fare quelle scelte morali che erano così importanti per la chiesa. Egli sostenne, però, che l’uomo, oltre ad un corpo fatto di materia ha anche un’anima immateriale. Questa nozione di dualismo lasciò agli altri filosofi il compito di scoprire come un’anima immateriale potesse influenzare un corpo e un cervello fatti di materia. Gli psicobiologi rigettano il dualismo e sostengono che tutti i processi della mente possano in teoria, essere compresi come puri processi fisici nel mondo materiale, nello specifico nel cervello.

La coscienza: una questione spinosa

Analizzando le teorie della coscienza, Adam Zeman osserva che quasi tutti gli studiosi sono concordi su alcuni aspetti della coscienza:

• La coscienza ci permette importanti ragionamenti, come prevedere mentalmente cosa potrebbe accadere in futuro.
• La coscienza è in qualche modo collegata con le attività del cervello.
• Non si è del tutto consapevoli delle attività del proprio cervello e di conseguenza alcuni comportamenti sono inconsci.

Capitolo 2, il sistema nervoso e il comportamento

Il sistema nervoso è composto da cellule

Il sistema nervoso è formato da cellule, le più importanti delle quali sono i neuroni. L’assemblaggio di queste unità cellulari in circuiti è ciò che sta alla base del nostro talento e delle nostre abilità, dalle più semplici alle più complesse. Ogni neurone riceve ingressi da parte di molte altre cellule nervose, integra questi ingressi e poi ridistribuisce le informazioni elaborate ad altri neuroni. Questo è il compito vitale che il nostro cervello deve svolgere: l’integrazione e l’analisi delle informazioni.

La dottrina del neurone definisce i neuroni e le loro connessioni

Da vari studi emerse una nuova prospettiva - la dottrina del neurone - la quale postulava che:

• Il cervello è composto di neuroni separati e altre cellule che sono indipendenti strutturalmente, metabolicamente e funzionalmente.
• L’informazione è trasmessa da cellula a cellula attraverso minuscoli spazi. L’esistenza di questi spazi può dimostrare in seguito da sir Charles Sherrington che li chiamò sinapsi.

Le cellule nervose sono separate le une dall'altre. Un’altra importante classe di cellule presenti nel sistema nervoso è costituita dalle cellule gliali. È sempre più evidente che le cellule della glia partecipano in modo determinante all'elaborazione delle informazioni, ma dato che i neuroni sono generalmente più grandi e producono segnali elettrici facilmente misurabili, ci sia molto di più su di loro che sulle cellule gliali.

Il neurone ha quattro sezioni strutturali specializzate per l’elaborazione dell’informazione

Il tipico neurone raccoglie segnali da diversi punti, integra le informazioni e le ridistribuisce elaborate ad altre cellule attraverso i propri segnali elettrochimici in uscita. I neuroni contengono i normali componenti cellulari che sono comuni a tutte le cellule del corpo, inclusi i mitocondri che producono energia, il nucleo cellulare, che contiene le istruzioni genetiche, e i ribosomi con il relativo macchinario che traduce le informazioni genetiche in proteine. Inoltre, tutti neuroni condividono alcune particolari parti strutturali che sono direttamente correlati all’elaborazione dell’informazione. Queste parti rappresentano quattro zone funzionali:

• Zona di ingresso. Estensioni cellulari chiamate dendriti servono come una zona di ingresso, che riceve le informazioni da altri neuroni. I dendriti possono essere ramificati in modo elaborato, per agevolare i contatti che arrivano da molti altri neuroni. Una regione di corpo cellulare (o soma) che contiene nuclei cellulari, può ricevere i contatti sinaptici aggiuntivi.
• Zona di integrazione. La zona di integrazione è tipicamente il monticolo assonico, ossia, la zona in cui l’assone emerge dal corpo cellulare.
• Zona di conduzione. L’assone protrude dal corpo cellulare e serve da zona di conduzione, trasmette gli impulsi elettrici della cellula lontana dal corpo cellulare.
• Zona di uscita. Rigonfiamenti specializzati nelle parti finali dell’assone, i terminali assoni (detti anche bottoni sinaptici), sono zone di uscita funzionali. Comunicano l’attività della cellula ad altre cellule.

In molti neuroni l’assone è lungo, ma per i neuroni che connettono il midollo spinale al resto del corpo gli assoni possono raggiungere una lunghezza di più di 1 m. Affinché un individuo possa muovere le dita dei piedi, singoli assoni devono trasportare le istruzioni dal midollo spinale ai muscoli del piede. Le lunghe fibre dei neuroni sensoriali, poi, portano indietro il messaggio dalla periferia, per esempio, dalla pelle dei piedi al midollo spinale. I neuroni sono straordinariamente diversi tra di loro. Queste differenze di forma e dimensioni riflettono i diversi modi in cui neuroni elaborano e trasmettono le informazioni.

I neuroni possono essere classificati in base alla forma, alle dimensioni, o alla loro funzione

Ci sono tre tipi di cellule nervose principali, ognuno specializzato per un particolare tipo di elaborazione dell’informazione:

• Neuroni multipolari, hanno molti dendriti e un singolo assone, è il tipo più comune di neurone.
• Neuroni bipolari, questo tipo di neurone è particolarmente comune nei sistemi sensoriali, per esempio nella retina.
• Neuroni monopolari, hanno una singola estensione che si ramifica in due direzioni dopo aver lasciato il corpo cellulare. Un terminale è il polo ricettivo (la zona di ingresso); l'altro, la zona di uscita. Tali cellule trasmettono informazioni sensoriali, per esempio tattili, dal resto del corpo al midollo spinale.

In tutti e tre i tipi di neuroni, i dendriti costituiscono la zona di ingresso; nelle cellule multipolari e bipolari, anche il corpo cellulare è parte della zona di ingresso. Un altro comune modo di classificare i neuroni è in base alle loro dimensioni. Un terzo modo per classificare i neuroni è in base alla loro funzione. Per esempio, i terminali assoni dei motoneuroni si connettono a muscoli o ghiandole, fornendo al cervello o al midollo spinale una via per controllare i movimenti del corpo e la funzione degli organi. Altri neuroni rispondono alla luce, a una particolare odore, o al tatto e sono detti i neuroni sensoriali. I neuroni rimanenti, che costituiscono la grande maggioranza, ricevono e inviano segnali ad altri neuroni, per questo sono chiamati interneuroni.

Alcune cellule gliali sostengono l’attività neurale

Si credeva che le cellule gliali mantenessero coeso il sistema nervoso. Ma le cellule gliali possono anche comunicare le une con le altre e con i neuroni, e possono influenzare direttamente il funzionamento neuronale fornendo ai neuroni materie prime e segnali chimici che alternano la struttura e l’eccitabilità dei neuroni stessi. Le cellule gliali mostrano solo quattro forme basilari. Un tipo, chiamato astrocita, è una cellula a forma di stella con numerosi processi in tutte le direzioni, che si intrecciano tra neuroni e assoni; possono servire come via di passaggio tra il sistema vascolare e il cervello. La segnalazione sinaptica, la formazione di nuove sinapsi e di controllo dinamico del flusso ematico locale sono tutti controllati dal lavoro coordinato di neuroni e astrociti.

Un secondo tipo di cellula gliale è la cellula microgliale. La loro funzione: un numero enorme di microgliali migra verso i siti malati o danneggiati nel sistema nervoso, apparentemente per rimuovere i detriti delle cellule colpite o morte. Il terzo e quarto tipo di cellule gliali: oligodendrociti e cellule di Schwann, svolgono una funzione molto diversa ma vitale per i neuroni.

Alcune cellule gliali si avvolgono attorno agli assoni formando guaine di mielina

Per tutta la lunghezza degli assoni di molti neuroni, cellule gliali adiacenti avvolgono sezioni dell’assone in guaine di mielina, una sostanza lipidica isolante, che danno all’assone la parvenza di una corda di perline sottile. Il processo di rivestimento dell’assone prende il nome di mielinizzazione. Ogni coppia di segmenti mielinizzati c’è un piccolo intervallo in cui la membrana dell’assone è esposta, chiamato Nodo di Ranvier. La guaina di mielina e i nodi di Ranvier aumentano enormemente la velocità di trasmissione dei segnali nervosi. All'interno del cervello e del midollo spinale, la guaina di mielina è formata da un tipo di cellula gliali chiamata oligodendrocita. Un singolo oligodendrocita, solitamente, contribuisce al rivestimento di numerosi neuroni adiacenti, e gli oligodendrociti sono generalmente associati ai corpi cellulari delle cellule nervose.

Negli esseri umani il processo di mielinizzazione continua per molto tempo, anche dopo la nascita e probabilmente per tutta la vita. Per assoni al di fuori del cervello e del midollo spinale, la mielina è fornita da un altro tipo di cellule gliali: la cellula di Schwann. Una singola cellula di Schwan riveste una porzione limitata di un singolo assone. Inoltre il modo in cui le cellule gliali circondano alcuni contatti sinaptici suggerisce che uno dei loro compiti è quello di proteggere e isolare le sinapsi per evitare interferenze.

I corpi cellulari e i dendriti dei neuroni ricevono informazioni attraverso le sinapsi

L’organizzarsi dei dendriti di un neurone riflette la funzione di elaborazione dell'informazione della cellula. Le superfici dei dendriti sono ricoperte dei contatti con gli altri neuroni, le sinapsi. La maggior parte dei neuroni riceve migliaia di contatti sinaptici, attraverso i quali le informazioni sono trasmesse dai neuroni presinaptici al neurone postsinaptico. Una sinapsi ha generalmente tre componenti principali:

• Membrana presinaptica, sul terminale dell’assone del neurone presinaptico.
• Membrana postsinaptica, specializzata sulla superficie del dendrite o del corpo cellulare del neurone postsinaptico.
• Fessura sinaptica, l’intervallo di circa 20-40 nanometri (nm) che separa la membrana presinaptica dalla postsinaptica.

I terminali assonici presinaptici contengono molte piccole sfere, chiamate vescicole sinaptiche. Ogni vescicola contiene una sostanza chimica specializzata, detta neurotrasmettitore, che il neurone usa per comunicare con i neuroni postsinaptici. In risposta all'attività elettrica dell'assone, queste vescicole si fondono con la membrana presinaptica e rilasciano le molecole di neurotrasmettitore nella fessura. Dopo aver attraversato la fessura, il neurotrasmettitore rilasciato produce cambiamenti elettrici nella cellula postsinaptica, che possono essere eccitatori o inibitori.

La membrana postsinaptica contiene un’alta densità di recettori -> le molecole proteiche specializzati che catturano e reagiscono al neurotrasmettitore. Sui dendriti di molti neuroni ci sono protuberanze chiamate spine dendritiche le quali permettono ulteriori contatti sinaptici. Questa proprietà delle spine dendritiche, una forma di plasticità neurale, ha fatto di loro il punto centrale di un intenso lavoro di ricerca. Le variazioni in neuroplastiche delle spine dendritiche possono variare tra fluttuazioni transienti che avvengono sulla scala dei minuti e cambiamenti stabili per tutta la vita.

L’assone è una zona d’uscita specializzata

Un tipico assone ha diverse le regioni distinte. Nei neuroni multipolari l’assone si sviluppa dal monticolo assonico, una proiezione a forma di cono...