Riassunto esame psicologia fisiologica, prof Cauda, libro Psicologia Fisiologica, Wagner, Silber

Psicologia fisiologica

Tecniche di studio di psicofisiologia

Vi sono diverse tipologie di tecniche:

• Tecniche lesionali
• Tecniche di stimolazione
• Tecniche di registrazione
• Tecniche di neuroimaging
• Tecniche di osservazione del comportamento – (si osserva la relazione fra comportamento e funzione cerebrale)

Il problema dello studio del cervello è dato dalla scala d’analisi scelta.

• Microscala: studio del singolo neurone
• Mesoscala: studio di gruppi di neuroni
• Macroscala: studio dell’intero cervello

Non si può passare da una scala all’altra ed è un problema di cui bisogna tenere conto analizzando i risultati delle ricerche compiute dalle varie tecniche.

Tecniche lesionali

Vivisezione, danneggiamento di aree cerebrali: sezione, uso di scariche elettriche, introduzione di sostanze chimiche via cannula. Mezzi chimici permettono di distruggere selettivamente tessuti o di indurre lesioni temporanee.

Esempio: test di Wada, sostanza blocca una delle carotidi, anestetizzando l’emisfero corrispondente: si osserva il comportamento con un solo emisfero attivo. Non usata sull’uomo, dove viene osservata invece una lesione pre-esistente.

Esempio: Caso di Phineas Gage – gli effetti della sua lesione furono successivamente studiati da più autori.

Studio delle lesioni cerebrali: prodotte da traumi, indotte, conseguenze di interventi. L’obiettivo è osservare le modificazioni del comportamento dopo il danneggiamento. Le lesioni causate da traumi o patologie raramente sono limitate a specifici siti cerebrali; studiare la singola lesione per individuare aree specifiche risulta scorretto. Sintomo è risultato di danni ad aree diverse.

Produrre danni permette lo studio di lesioni piccole e localizzate; si applica negli animali. Nell’uomo sono state studiate alcune lesioni prodotte: ad esempio, diverse funzioni dei due emisferi analizzate in pazienti ove veniva reciso il collegamento tra essi.

Per preservare l'incolumità dei soggetti alcune ricerche possono essere svolte inducendo una lesione temporanea, come ad esempio il “test di Wada” in cui si inietta un barbiturico in una delle due carotidi in modo da anestetizzare temporaneamente il corrispondente emisfero cerebrale.

Apparato stereotassico: strumento che permette di effettuare precise misurazioni prima di procedere alla lesione, permettendo lesioni specifiche e localizzate. L’esatta locazione delle lesioni è descritta post-mortem, via metodi istologici.

Il problema generale consiste nell’interpretazione dei risultati. Spesso nel tempo aree sono state erroneamente identificate studiando la sola lesione. Bisogna verificare che l’area distrutta controlli il comportamento oggetto di studio e non comportamenti essenziali al verificarsi del comportamento.

Lobotomia → lesione intenzionale al cervello per indurre una modificazione del comportamento in pazienti malati di mente. Usato per la cura di malattie psichiatriche. Sarles rimozione di parti dei lobi frontali dopo buchi fatti col trapano. Moniz distruggeva tali lobi grazie a iniezioni di alcool. Freeman sfrutta un punteruolo, tecnica che gli permetteva di compiere anche 20+ lobotomie al giorno. Effetti riportati della lobotomia: modificazioni della personalità, perdita di inibizione, mancanza di motivazione e iniziativa, indolenza, apatia.

Tecniche di stimolazione

Uso di deboli correnti o sostanze chimiche per stimolare specifici punti del cervello e si studiano gli effetti della stimolazione sul comportamento.

• Elettrica – es: Penfield, scopritore delle mappe motorie e mappe sensoriali. Vengono creati nuovi potenziali d’azione della regione.
• Magnetica
• Ottica
• Chimica/biochimica

Deep brain stimulation: individuata come cura per Parkinson e tremori, consiste nell’inserimento di un elettrodo nella profondità del cervello, che emana corrente che modula l’attività del circuito interessato. Permette delle misurazioni su funzioni che si trovano in profondità; misurazioni che vengono però solo fatte su soggetti che necessitano della cura. L’elettrodo è inserito e viene lasciato all’interno, collegato a uno stimolatore di elettricità.

Extradural brain stimulation: impiega un elettrodo che viene posto sulla superficie cerebrale.

Transcranial magnetic stimulation: tecnica non invasiva. Usando un’elettrocalamita sulla superficie della testa, si va a generare un campo magnetico nel cervello, la cui energia provoca diverse reazioni. Può indurre in persone predisposte degli attacchi epilettici. Permette di inibire delle zone e quindi simulare delle lesioni.

TDCS: uso di corrente continua posta sul cervello – non è sfruttata in medicina perché non funzionante. L’elettrodo usato è piccolo e dà poca corrente, non abbastanza per generare un potenziale d’azione ma abbastanza per modulare l’eccitabilità. Può potenziare la plasticità cerebrale.

Tecniche di registrazione

Rilevazione di zone cerebrali attive durante dati comportamenti. Un approccio comporta l’inserzione di microelettrodi nel cervello, che registrano l’attività del neurone; diviene possibile registrare l’attività di singoli neuroni (registrazione di unità singole). Altro approccio comporta posizionare elettrodi sullo scalpo → vedi elettroencefalogramma.

Tecniche di neuroimaging

Si distinguono in due categorie:

• Tecniche morfologiche (che riguardano l’anatomia)
• Funzionali (riguardano il funzionamento dell’area osservata)

Ogni tecnica ha un diverso COSTO BIOLOGICO, a seconda se può fare del male all’individuo o no. Ogni tecnica ha una diversa denominazione di ciò che è chiaro (visibile dalle tecniche) e ciò che è scuro (non visibile) ES: ecografia: ipoecoica/iperecoica, TAC: ipodenso/iperdenso.

Tecniche morfologiche

Radiografia: fu la prima tecnica che permise di osservare all’interno del corpo – ora soppiantata da TAC e RM. Si sfruttano onde elettromagnetiche piccole, con elevata energia → i raggi X. Ha il difetto di non vedere i tessuti molli (tutto ciò che non è osso) ed è solo bidimensionale. Si possono usare mezzi di contrasto per vedere meglio. Costo biologico: i raggi x possono danneggiare tessuti.

Ecografia: sfrutta non radiazioni, ma gli ultrasuoni. Per questo ha un basso costo biologico. Macchinario invia un suono e misura l’eco, provocato dai rimbalzi del suono sulle superfici di separazione. Nel caso del cervello si fa su bambini con un cranio poco sviluppato o su adulti con la tecnica di ecodoppler.

TAC: evoluzione della radiografia, nasce dalla necessità di poter sezionare il visibile dalla radiografia in diverse sezioni assiali. L’avanzamento scientifico ne permette la nascita: mettendo insieme diversi punti di vista di radiografie per creare un’immagine tridimensionale. Grazie a dei mezzi di contrasto può mostrare i vasi. Ha costo biologico per lo sfruttamento dei raggi X. Scansiona con i raggi X il cervello vivente, producendo immagini dettagliate delle lesioni cerebrali. Mostra immagini statiche, non l’attività cerebrale in relazione alla funzione.

Voxel based morphometry: permette di rispondere alla domanda “avendo due popolazioni diverse di cui abbiamo immagini, come capire come il cervello differisce tra le due? (es: tra sani e schizofrenici)”. La tecnica permette di separare sostanza grigia da sostanza bianca e di compiere un’analisi dei voxel (parti che compongono le immagini in 3D). Essa misura la luminosità, che corrisponde alla quantità di sostanza grigia presente. Macchinario segna di quanto differisce un voxel appartenente a un’immagine da un voxel dell’altra.

Cortical thickness: funziona come la VBM ma misura lo spessore della sostanza del cervello.

Symptom lesion mapping: risponde alla domanda “prendendo in esame una patologia e delle persone che hanno danni cerebrali come si può scoprire qual è il danno che provoca la patologia?” Partendo da individui con danni cerebrali diversi, alcuni con la patologia presa in esame e altri senza, vengono analizzati i voxel per vedere quali aree sono danneggiate, per cercare l’area con danno comune alle persone che possiedono la patologia.

Tecniche funzionali

PET: richiede che venga iniettata una sostanza radioattiva (quindi è la tecnica con il costo biologico più alto nel neuroimaging). La sostanza così emette dei raggi permettendo di vedere quali zone stanno sfruttando tale sostanza. La sostanza, detta radiotracciante, può: seguire un percorso da sé / essere agganciata a una seconda molecola per vedere il metabolismo di essa. Il radiotracciante emette due fotoni, con la stessa energia, in due direzioni opposte, per essere localizzato.

fNIRS: permette di vedere il funzionamento cerebrale. Il cervello dopo uno sforzo è infatti più saturo di sangue, quindi cambia colore. La tecnica permette di studiare lo stato del sangue in tale momento, usando una luce che entra e riesce modificata, che permette la visione all’interno.

Elettroencefalogramma: tecnica di misurazione, con basso costo biologico. Registra attività coordinata di un ampio numero di neuroni. Misura i potenziali elettrici tramite degli elettrodi posti sulla testa e sul viso (sul viso vengono messi perché permettono di differenziare cosa avviene o non nel cervello). Misurazione non grafica, ma temporale.

MEG: funziona come EEG ma misura il campo magnetico invece che quello elettrico.

RISONANZA MAGNETICA: il termine indica due cose:

• Il fenomeno della risonanza magnetica (Nuclear Magnetic Resonance)
• La tecnica della risonanza (Magnetic Resonance Imaging)

La tecnica fu sviluppata per poter studiare il fenomeno (Bloch-Purcell). La macchina responsabile della risonanza contiene un magnete fortissimo dotato di amplificatori, che crea un campo magnetico che è in grado di modificare le zone che si vuole osservare. Tecnica rileva la diversa eccitazione dei nuclei di idrogeno nelle molecole prodotta dal campo magnetico.

SPIN NUCLEARE → il campo magnetico del macchinario agisce su dei nuclei di idrogeno contenuti nelle molecole d’acqua. Il campo magnetico di questi nuclei ha una direzione, indicabile con una freccia. Un nucleo di idrogeno non influenzato dal campo magnetico esterno è disposto in senso casuale. Se viene introdotto un campo magnetico esterno forte (come quello del macchinario) esso si orienta parallelo a tale CM. Le frecce della direzione di tali nuclei si orientano (per la maggior parte, non tutte) verso la direzione di questo campo magnetico. Grazie a ciò si potrebbe andare a misurare il campo in teoria di questi nuclei.

Avviene quindi un fenomeno di precessione: interazione tra nuclei di idrogeno con il campo magnetico esterno obbliga gli atomi a essere in grado di cedere e accettare energia. La frequenza di questo fenomeno dipende direttamente dal campo magnetico esterno – più esso sarà forte più il fenomeno sarà veloce. Con delle radiofrequenze (settate alla frequenza di precessione) si dà energia al nucleo, che si trova in una situazione di alta energia e bassa stabilità, situazione che lo forza a rimandare indietro dell’energia.

Il tempo in cui il nucleo rimane nella condizione di precessione e lo stato in cui tale energia viene rimandata indietro sono fattori che danno informazioni sul corpo. Come si va ad avere una visione specifica di un’area del cervello e non una visione generale di esso? Perché ogni parte del cervello ha una diversa frequenza e a tale frequenza ridà l’energia ottenuta. La frequenza permette l’identificazione.

Come si fa quindi ad avere un CM diverso, tarato per la frequenza di ogni diversa zona? Si ha un campo principale, omogeneo, più dei supplementari che hanno diverse gradazioni, a crescere. Vi sono poi diverse antenne di radiofrequenza che trasmettono e ricevono i diversi segnali: l’energia viene data da tali antenne in sequenze ripetute, a seconda della sequenza cambia ciò che si va a misurare.

Esempi di frequenze:

• Densità protonica – misura quanti protoni sono in una data zona.
• T1 – misura info anatomiche.
• T2 – misura info cliniche, permettendo di capire se vi è un danno in date zone.
• BOLD – vedi fMRI

Risonanza magnetica funzionale

Sviluppo della frequenza BOLD, che analizza un fenomeno dipendente dal livello di ossigeno nel sangue. L’obiettivo di tale sviluppo era quello di creare mappe del funzionamento cerebrale. Nel sangue vi può essere emoglobina ossigenata o non ossigenata. Tale differenza nel sangue è misurabile da una specifica sequenza. L'aumento della deossiemoglobina diminuisce il segnale, mentre l'ossiemoglobina lo aumenta. Durante una situazione di riposo il nostro corpo diminuisce la presenza di deossiemoglobina aumentando quella dell'ossiemoglobina, mentre durante una condizione di attività succede l'inverso. Lo stesso avviene per le aree del cervello. Viene quindi misurato l’effetto dell’attività neuronale sull’utilizzo del sangue.

Vengono studiati i singoli voxel che compongono l’immagine – ogni singolo voxel contiene milioni di neuroni, dendriti, sinapsi e assoni. Viene misurata la condizione a riposo, dove il soggetto non fa nulla, ottenendo una BOLD non uguale a 0, ma varia. Viene misurata la reazione a uno stimolo, in cui si ha la frequenza BOLD della fase a riposo più la frequenza generata da tale reazione allo stimolo. Sottraendo alla TASK la fase di REST si può ottenere la frequenza della reazione allo stimolo.

Lo stimolo incontra subito un DIP, generalmente troppo piccolo per essere misurato con esattezza, e incontra poi un picco che si ha quanto il cervello manda un flusso di sangue per far sì che le risorse non finiscano. Il picco è rilevato 5/6 secondi dopo lo stimolo, ma la misurazione ha un ritardo di qualche secondo. La risposta non è proporzionata all’intensità dello stimolo, ma varia nel tempo e nello spazio.

Problematiche

• Il ritardo nella misurazione non la rende accurata.
• Elementi esterni possono modificare la risposta (es se la persona ha bevuto del caffè).
• Patologie cerebrali possono modificare i vasi nel cervello, portando a un consumo modificato del sangue.
• Concetto di ecologità: in teoria, una ricerca sul funzionamento del cervello per essere valida deve essere condotta in una situazione il più possibile vicina alla realtà. La risonanza impone dei limiti (bisogna ad esempio rimanere sdraiati). Esperimenti non ecologici danno risultati poco applicabili sulla vita reale.

Approcci chimici

È utile in alcuni casi scoprire quali sostanze chimiche sono implicate nei processi psicologici.

• Studio delle sostanze che interferiscono con la trasmissione dei neurotrasmettitori o che imitano i neurotrasmettitori.
• Tracciatura delle vie neurali che connettono diversi centri cerebrali, studiando sostanze usate dai centri.

Tecnica di marcatura anterograda: iniezione di sostanze in un neurone, si uccide l’animale, si colora il cervello, utilizzando un reagente che rende visibile la sostanza. Possibile studiare le vie efferenti.

Tecnica di marcatura retrograda: uso di sostanze che dai bottoni terminali si muovono verso il corpo cellulare – mostra vie afferenti.

Studi genetici

È studiato il grado di similarità delle persone con diversi livelli di famigliarità per comprendere fino a che punto un comportamento è determinato da genetica. Studi sui gemelli monozigoti (condividono stesso genotipo) e gemelli dizigoti (solo 50% di geni in comune, come normali fratelli). Spesso le similarità ambientali variano con le similarità genetiche: per differenziare influenze genetiche dalle ambientali → studio di gemelli monozigoti allevati separatamente vs allevati insieme.

Biologia molecolare: esamina effettive differenze genetiche tra animali e persone con diverse caratteristiche.

Connettività cerebrale

Studio della connettività ovvero delle connessioni e delle aree cerebrali nel cervello umano.

Concetto di SINCRONIA: capacità di compiere un lavoro in comune a un dato ritmo in comune. Ad esempio alcuni movimenti di specie animali, come stormi di uccelli, si muovono in completa sincronia. La sincronia è fenomeno emergente – se il sistema è abbastanza complesso può raggiungere movimenti di sincronia.

Nel cervello umano vi sono dei fenomeni di sincronia, lenti nelle macroaree e più veloci man mano che si analizza in microscala. Nel cervello sembrerebbero esserci gruppi di aree che sono sincrone tra loro, aree che compiono lo stesso lavoro. Nel cervello a riposo si hanno sincronie, con conseguente consumo di ossigeno. L’intero cervello non è in sincronia, ma vi sono aree sincrone con altre aree.

Scomponendo tali aree e isolando tali oscillazioni di sincronia si può avere un’idea dei pattern di attività del cervello. Si sono individuate circa 20 sincronie, anche se potrebbero essere potenzialmente infinite, perché con i mezzi ora posseduti si sono scomposti 20 BRAIN NETWORKS diversi. Un network è composto da diverse aree cerebrali che si uniscono nel compiere un lavoro. Ciò sembrerebbe avvenire anche nel cervello a riposo.

Si indaga allora sul perché di ciò e sulle attività del cervello a riposo, che fanno consumare il 95% dell’energia cerebrale. Come si aggregano le aree che formano un network? Aree con lo stesso ritmo, che tendono a svolgere lavori simili. Es: aree motorie formano un network.

DEFAULT MODE NETWORK: sarebbe il network responsabile dell’attività a riposo.