Struttura e funzionamento dei sistema nervoso - la psicologia fisiologica

Psicologia Fisiologica

I metodi d’indagine nell’uomo

I risultati delle ricerche sulla base neurologica delle attività cognitive sono strettamente legati alle

metodiche d’indagine utilizzati.Due postulati stanno alla base delle neuroscienze cognitive:

1-l’architettura funzionale e neurologica della mente è multicomponenziale;

2-il comportamento di un soggetto portatore di una lesione cerebrale è determinato

dall’attività complessiva del cervello,meno la componente danneggiata della lesione

stessa;non ha quindi luogo una riorganizzazione post-lesionale del sistema nervoso,tale da

renderlo radicalmente diverso rispetto a prima della lesione.

Lo studio della specializzazione emisferica può avvenire attraverso due metodologie:

1-metodi invasivi;

2-metodi non invasivi.

METODI COMPORTAMENTALI NON INVASIVI - I metodi comportamentali per lo studio

della specializzazione emisferica sono basati su una caratteristica anatomo-fisiologica delle vie

sensori-motorie. Il segnale evocato raggiunge la corteccia controlaterale, il trasferimento

dell’informazione all’altro emisfero avviene solo successivamente attraverso un passaggio

intercommissurale.Sulla base dell’ipotesi che l’emisfero cerebrale che riceve il segnale per primo

sia in qualche modo avvantaggiato rispetto al controlaterale, è possibile esplorarne la

specializzazione funzionale.Il metodo della presentazione lateralizzata può essere associato a

compiti concomitanti, per indagare la specializzazione emisferica attraverso gli effetti

dell’interferenza fra due attività.Ad esempio, il compito motorio è svolto dall’emisfero sinistro: se

questo deve rispondere anche a stimoli visivi (presentati in emicampo visivo destro), vi è

interferenza ed i tempi di reazione aumentano, suggerendo una specializzazione funzionale

emisferica sinistra nella programmazione motoria.In paradigmi di cui vengono misurati i tempi di

reazione unimanuali a stimoli lateralizzati è possibile determinare se, per un dato compito

sperimentale, la specializzazione di uno degli emisferi sia assoluta (l’altro emisfero non è in grado

di svolgere il compito), o relativa (entrambi gli emisferi sono in grado di svolgere il compito ma

uno dei due è più efficiente). La limitazione principale di tutti questi metodi è che non sono in

grado di fornire informazioni sulla specializzazione funzionale intraemisferica, ovvero su quali aree

cerebrali all’interno di un emisfero siano coinvolte in una data operazione mentale.

METODI INVASIVI: L’INATTIVAZIONE FUNZIONALE DI UN EMISFERO CEREBRALE

-Dato che l’inattivazione interessa l’intero emisfero, questo metodo non offre dati né sulla

localizzazione intraemisferica delle attività oggetto d’indagine né su eventuali interazioni

interemisferiche.Il test di Wada consente di diagnosticare, sulla base della comparsa di un’amnesia

globale temporanea, la presenza di una lesione temporale controlaterale al lato dell’iniezione: in

questi pazienti, infatti, l’inattivazione farmacologica dell’unico lobo temporale indenne causa il

grave deficit mnestico tipico delle lesioni temporali mesiali bilaterali.In alcuni studi recenti, il test

di Wada è stato associato a metodiche elettrofisiologiche o di neuroimmagine funzionale, al fine di 1

poter determinare se, all’interno dell’emisfero inattivato, vi sono delle regioni in cui la sofferenza

funzionale è particolarmente intensa.La logica di questi studi è che se l’inattivazione dell’emisfero

destro causa un peggioramento del difetto afasico, mentre l’iniezione sinistra ha effetti scarsi o

nulli, allora l’emisfero destro è la base neurale del linguaggio residuo o del recupero funzionale.Un

altro metodo che può fornire informazioni sulla lateralizzazione funzionale degli emisferi cerebrali

è l’elettroshock unilaterale, il quale, come il test di Wada, causa una disfunzione transitoria

nell’emisfero cui è applicato il trattamento. L’elettroshock sia unilaterale che bilaterale causa inoltre

amnesia transitoria, che può essere oggetto di ricerca neuropsicologica.

LE LESIONI SPERIMENTALI NELL’ANIMALE - Procedura secondo la quale, il ricercatore

distrugge una specifica parte del cervello e osserva gli effetti comportamentali prodotti dalla

lesione.La generalizzazione dei risultati dall’animale all’uomo è tanto meno problematica quanto

più l’organizzazione cerebrale dell’animale sperimentale prescelto è simile a quella umana.Esso ha

consentito di indagare la base neurale delle funzioni sensori-motorie, e di processi mentali

complessi, quali l’attenzione, la memoria e la percezione.Il controllo post mortem è essenziale,

affinché la correlazione con i difetti comportamentali sia valida.Ad esempio, in alcune ricerche è

stato interrotto nella scimmia il fornice (un compatto fascio di fibre nervose che connette la regione

ippocampale con i corpi mammillari) mediante sezione chirurgica, al fine di indagarne il ruolo nei

processi di memoria. Anche qui è indispensabile il sacrificio dell’animale dopo lo studio

sperimentale, al fine di controllare che la lesione sia stata limitata alla struttura oggetto dello studio.

EFFETTI A DISTANZA DI UNA LESIONE CEREBRALE FOCALE: LA DIASCHISI - Per

diaschisi, si intende gli effetti a distanza causati da una lesione cerebrale focale. Ad esempio, la

distruzione dell’area A che causa i difetti S1, S2, S3 determina una disfunzione delle aree connesse

B e C. Questi studi, dimostrano come lo studio dei correlati neurali dei sintomi causati da lesioni

focali non possa limitarsi alla loro sede ed estensione, ma debba anche prendere in considerazione

l’attività di regioni non direttamente danneggiate, ma connesse con l’area distrutta. Il difetto

comportamentale osservato è prodotto in modo specifico dalla distruzione di quella particolare area

cerebrale ,oppure è l’effetto generico del danno cerebrale in quanto tale ,indipendentemente dalla

sua localizzazione? La doppia dissociazione è lo strumento più potente per dimostrare la

specializzazione funzionale del cervello.Si verifica una doppia dissociazione quando un paziente

cerebroleso P1 presenta un deficit nel compito A, ma non in B, in cui la prestazione è normale,

mentre il paziente P2 ha un comportamento opposto. Questo quadro permette di concludere che i

compiti A e B esaminano funzioni distinte e indipendenti (localizzate in regioni cerebrali diverse, se

lo studio ha una componente anatomica).

L’ESAME ANATOMO – PATOLOGICO “POST-MORTEM”- Le inferenze che possono essere

tratte dipendono da due fattori: il metodo utilizzato per localizzare la lesione cerebrale; l’analisi

psicologica del comportamento del paziente.Come il metodo delle lesioni sperimentali, anche

quello della correlazione anatomo-clinica ha fatto registrare notevoli affinamenti nel corso degli

anni. Quest’ultimo, infatti, ha consentito di raccogliere informazioni cruciali sulle basi neurali delle

funzioni mentali nell’uomo. L’esame post-mortem è stato anche utilizzato per studi anatomici in

soggetti normali, al fine di identificare aspetti morfologici, come asimmetrie tra i due emisferi

cerebrali, che possono essere messi in relazione con differenze funzionali, evidenziate attraverso il

metodo della correlazione anatomo-clinica. La correlazione post-mortem presenta tuttavia alcuni

limiti: l’esecuzione di un esame anatomo-patologico completo dell’encefalo (macroscopico e

microscopico) è una procedura lunga e complessa, che richiede una buona organizzazione e

tecniche specifiche.Se è trascorso molto tempo, inoltre, tra l’esordio della malattia che ha causato i

sintomi oggetto di studio e la morte del paziente, manca la corrispondenza temporale tra il deficit

neuropsicologico osservato a suo tempo e la lesione cerebrale.Per tutte queste ragioni, l’esame

post-mortem è di solito limitato ai casi cosiddetti positivi, cioè a pazienti che avevano suscitato 2

l’interesse del ricercatore per la presenza di qualche particolare sintomo e che vengono quindi

seguiti con cura.

L’INTERVENTO NEUROCHIRURGICO – Una possibilità di correlazione anatomo-clinica in

vivo è offerta dalla localizzazione della lesione cerebrale responsabile della sintomatologia

neuropsicologica durante intervento neurochirurgico, ad esempio d’ablazione di una neoplasia

cerebrale. Questo metodo permette una visione della parte del cervello sede della lesione e delle

regioni limitrofe, senza i problemi di corrispondenza temporale dell’esame post-mortem.Un altro

caso in cui l’intervento chirurgico può determinare situazioni fonte d’informazioni utili, è quello in

cui il paziente è sottoposto ad ablazione di un’area cerebrale.Un secondo esempio è costituito dalla

sindrome da disconnessione interemisferica causata dalla commessurotomia cerebrale, intervento

chirurgico praticato per il trattamento d’epilessie resistenti alle terapie farmacologiche.Questi

interventi di neurochirurgia funzionale hanno, ai fini della correlazione anatomo-clinica, il

vantaggio che le lesioni sono delimitate con precisione.

METODI ELETTROFISIOLOGICI: L’ELETTROENCEFALOGRAMMA (EEG) –

L’elettroencefalogramma standard fornisce una registrazione dell’attività elettrica cerebrale,

mediante elettrodi posti sulla superficie cranica. Non produca un’immagine diretta del cervello ed

ha una capacità localizzatoria molto scarsa.

POTENZIALI EVENTO-CORRELATI – I potenziali evento-correlati, detti anche potenziali

evocati (ERPs) sono piccole modificazioni dell’attività elettrica cerebrale spontanea sincronizzati

con un evento definibile sperimentalmente come il momento d’inizio di uno stimolo in movimento.

Hanno una dimensione molto ridotta rispetto agli EEG e vengono quindi estratti dal rumore di

fondo mediante numerose registrazioni.

COMPONENTI ESOGENE (PRECOCI) DEGLI ERPs: APPLICAZIONI

NEUROPSICOLOGICHE – Un uso neuropsicologico delle componenti esogene degli ERPs è per

determinare se un dato disordine cognitivo sia attribuibile o meno a un deficit sensoriale. In pazienti

cerebrolesi destri con emianopsia e emianestesia sinistra, affetti da eminegligenza spaziale, sono

stati registrati ERPs precoci normali a stimoli visivi somatosensoriali, che il paziente non era in

grado di percepire. Questi risultati, dimostrando con una metodica elettrofisiologica che l’analisi

sensoriale dello stimolo è relativamente preservata, suggeriscono che l’emianopsia e l’emianestesia

possono essere una manifestazione di eminegligenza, anziché un difetto sensoriale primario.

COMPONENTI ENDOGENE (TARDIVE) DEGLI ERPs: APPLICAZIONI

NEUROPSICOLOGICHE – Uno degli obiettivi più importanti della psicofisiologia cognitiva è

quello di identificare componenti specifiche degli ERPs, come indicatori fisiologici di fasi o aspetti

distinti dell’analisi dello stimolo. Il potere di localizzazione anatomico degli ERPs non è elevato. E’

possibile migliorarlo mediante procedure invasive, come la registrazione intracranica degli

ERPs.Negli ultimi anni sono state sviluppate numerose tecniche d’analisi che cercano di localizzare

le sorgenti cerebrali degli ERPs, facendo uso di un numero elevato d’elettrodi.

MAGNETOENCEFALOGRAFIA (MEG) – La registrazione e l’analisi della distribuzione dei

campi magnetici che accompagnano i potenziali elettrici cerebrali permettono una localizzazione

della loro sorgente intracerebrale più precisa di quella consentita dagli ERPs e dallo EEG. La

localizzazione della corteccia uditiva e di quella somatosensoriale sono esempi applicativi di questo

uso della MEG.

STIMOLAZIONI CEREBRALI: STIMOLAZIONE ELETTRICA – Questo metodo consiste nella

stimolazione di aree specifiche della corteccia cerebrale mediante elettrodi.Il limite principale di 3

questa procedura è che può essere applicata solo a pazienti in cui, per ragioni cliniche, è necessario

esporre la corteccia cerebrale.Il trattamento può interferire con l’attività d’altre strutture cerebrali,

oltre a quelle direttamente stimolate di cui si vuole indagare la funzione.Inoltre l’uso di un maggior

numero d’elettrodi consente la costruzione di mappe funzionali corticali più precise.In generale, i

risultati ottenuti con questa metodologia concordano con quelli basati su altre procedure d’indagine

nel suggerire un elevato grado di specializzazione funzionale del cervello.

STIMOLAZIONE MAGNETICA TRANSCRANICA (SMT) – La SMT permette di stimolare in

modo non invasivo la corteccia cerebrale, con due effetti principali rilevanti per lo studio delle basi

neurali delle funzioni cognitive.Gli effetti collaterali della SMT sono scarsi, anche se non del tutto

assenti: ad esempio in soggetti predisposti possono verificarsi crisi convulsive.

RISPOSTE AUTONOMICHE – L’utilizzazione in neuropsicologica degli indici autonomici

(risposte di conduttanza cutanea e variazioni della frequenza cardiaca e respiratoria e della

pressione arteriosa) concerne due aree di ricerca principali:

1-lo studio delle asimmetrie emisferiche e della specializzazione cerebrale funzionale;

2-l’impiego di queste risposte, come indice del fatto che i soggetti sono in grado di

analizzare e discriminare informazioni anche se non sono consapevoli di queste operazioni

mentali.

VISUALIZZAZIONE “IN VIVO” DELLA MORFOLOGIA DELL’ENCEFALO – Vi sono vari

metodi che consentono di visualizzare “in vivo”la morfologia dell’encefalo, sia in condizioni di

normalità sia in presenza di lesioni. L’uso dei metodi radiologici tradizionali ai fini della

correlazione anatomo-clinica ha un interesse quasi esclusivamente storico. Essi sono la radiografia

del cranio, l’angiografia cerebrale, pneumoencefalografica, la scintigrafia cerebrale. La tomografia

computerizzata (TC) è uno sviluppo dei principi fondamentali della radiologia tradizionale. La

risonanza magnetica nucleare (RM) è basata su principi fisici radicalmente diversi da quelli della

radiologia tradizionale, di cui la TC rappresenta un’evoluzione, sebbene molto sofisticata. La RM,

ha un potere di risoluzione spaziale e tissutale molto maggiore di quello della TC. E’ quindi

possibile la localizzazione diretta dei solchi e circonvoluzioni corticali e delle strutture cerebrali

profonde. Come la TC, anche la RM è un esame non invasivo che, inoltre, non richiede la

somministrazione dei raggi X. La RM costituisce attualmente il “gold standard” nei metodi di

localizzazione morfologica “in vivo”. Il campo delle possibili applicazioni neuropsicologiche della

RM è assai vasto e copre i principali settori di ricerca.

VISUALIZZAZIONE “IN VIVO” DELL’ATTIVITA’ CEREBRALE: METODI FUNZIONALI:

FLUSSO EMATICO CEREBRALE REGIONALE -Questa è una tecnica invasiva, che limita

l’utilizzo del metodo a pazienti in cui vi è un’importante motivazione clinica, e consente la

visualizzazione della perfusione corticale del solo emisfero ipsilaterale al lato dell’iniezione

impedendo la raccolta dei dati dall’altro emisfero.

MISURAZIONE DEL rCBF IN CONDIZIONI STATICHE : STUDI IN PAZIENTI

CEREBROLESI - Questo metodo di misurazione del rCBF ha avuto larghe applicazioni in

campo neuropsicologico.Molte ricerche hanno misurato il rCBF in condizioni “statiche”in cui

il soggetto non svolge alcuna attività e non riceve alcuna stimolazione sensoriale.

STUDI DI ATTIVAZIONE – La misurazione del rCBF in soggetti normali durante l’esecuzione di

compiti di vario genere ,ha consentito i primi studi sistematici cosiddetti di “attivazione”,in cui

variazioni locali del flusso ematico cerebrale vengono messe in relazione con l’attività neuronale 4

corticale ,indotta dal compito in cui è impegnato il soggetto. Gli studi di misurazione del rCBF in

soggetti normali durante l’esecuzione di varie attività hanno dimostrato come anche compiti

relativamente semplici diano luogo all’attivazione di diverse aree cerebrali, spesso bilateralmente.

TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI FOTONE SINGOLO (SPET) – La tomografia di

emissione di fotone singolo (SPET) consente di determinare il rCBF, fornendo ricostruzioni

tomografiche tridimensionali del cervello, sotto forma di sezioni assiali. La radiazione gamma

emessa dal tracciante (somministrato al paziente ed in grado di attraversare la barriera

emato-encefalica e la cui distribuzione sia proporzionale al rCBF) viene registrata da una

gamma-camera rotante attorno alla testa del paziente. I dati cosi acquisiti vengono successivamente

elaborati da un computer, che fornisce immagini tomografiche della distribuzione dell’isotopo nel

cervello, che vanno poi riferite alle strutture anatomiche. In pazienti portatori di lesioni cerebrali

focali, la SPET ,cosi già come la misura del rCBF ha dimostrato la presenza di ipoperfusione in

regioni cerebrali apparentemente indenni e lontane dalla sede del danno focale.

TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI (PET) – La tomografia ad emissione di

positroni (PET) produce un’immagine della distribuzione in qualunque sezione del corpo di un

radionuclide precedentemente somministrato al soggetto. Quest’immagine è equivalente alle

autoradiografie quantitative ottenute negli animali da laboratorio, ma la PET ha il vantaggio

d’essere poco invasiva, rendendo possibili gli studi nell’uomo. Le immagini PET vanno poi messe

in relazione con le strutture anatomiche d’interesse. In campo neurologico ,la PET può essere usata

per misurare il rCBF, il metabolismo del glucosio e dell’ossigeno, la cinetica recettoriale dei

neurotrasmettitori.

STUDI IN CONDIZIONI STATICHE IN PAZIENTI CEREBROLESI – In pazienti portatori di

lesioni cerebrali focali, la PET ha confermato e precisato il fenomeno degli effetti a distanza in

strutture lontane dalle aree distrutte, ma ad esse connesse. Un esempi