Riassunto esame psicologia fisiologica, Metodi di ricerca nelle neuroscienze cognitive, prof Proverbio, libro consigliato Gazzaniga

STUDIO DI RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE:

esperimento sulla memoria di parole. Si vuole vedere come si attiva il cervello quando

memorizziamo efficacemente delle parole. Come avviene la risonanza magnetica

funzionale? Devo avere sempre due condizioni a confronto, per vedere se il BOLD

aumenta o diminuisce. In questo caso le due condizioni sono:

- parole che io ho successivamente ricordato; - parole che mi sono dimenticata.

Quindi segnale BOLD relativo all’elaborazione di parole che in seguito mi sono ricordato

rispetto a parole che in seguito ho dimenticato (quindi le avevo codificate poco).

Se io confronto l’attivazione nel cervello in risposta a due tipi di stimoli osservo che cos’è

accompagnato da un ricordo più efficace.

Il segnale BOLD aumenta quando non sappiamo le parole ma va di pari passo alle parole

che vengono ricordate.

 La regione V1 non partecipa alla memoria.

 La corteccia motoria destra non partecipa.

 Giro frontale inferiore sinistro: c’è stato molto consumo di ossigeno durante la

presentazione di parole che poi saranno state ricordate. Quindi la corteccia frontale

sinistra partecipa alla codifica degli eventi.

 Giro fusiforme sinistro: è la regione visiva che riconosce le parole.

 regione paraippocampale: è coinvolta nella codifica a lungo termine.

- IMAGING OTTICO:

si tratta di una tecnologia nuova che si basa sul proiettare dei fasci di luce infrarossi sul

capo di una persona e osservare come la luce attraversa le regioni cerebrali. Fasci di

radiazioni luminose vicine all’infrarosso vengono proiettati verso la testa del soggetto. La

luce si diffonde attraverso i tessuti e alla sua uscita del cranio viene rilevata da sensori

localizzati sul cuoio capelluto. Le regioni cerebrali più attive diffondono meglio la luce

perché c’è più sangue.

invasività: questa tecnica di visualizzazione non è invasiva.

risoluzione temporale: ha un eccellente grado di risoluzione temporale.

risoluzione spaziale: la risoluzione spaziale è simile a quella della MRI.

- MEG: Risto Naatanen.

È la “magneto encefalografia”, cioè la modificazione dei campi magnetici in relazione ai

processi cognitivi.

Questi campi magnetici vengono prodotti dal cervello. Il cervello produce potenziali elettrici

e qualunque variazione di voltaggio è associata a una variazione di campo magnetico.

Queste minuscole variazioni di campo magnetico si possono rilevare appunto con la MEG.

 studia le variazioni di campo magnetico che derivano dagli scambi sinaptici all’interno del

nostro cervello.

 I potenziali postsinaptici all’interno della corteccia sono associati a una modificazione di

campo magnetico, quindi per osservare il funzionamento cerebrale sulla base di segnali di

tipo temporalmente sincronizzato (con una risoluzione di 1 millisecondo) si usa la MEG o

l’EEG.

 Il principio su cui si basa la MEG fondamentalmente è quello di proteggere i debolissimi

segnali elettromagnetici, filtrarli (cancellare segnali non biologici che derivano

dall’inquinamento elettromagnetico) e amplificarli in modo che siano rilevabili, quantificabili

e misurabili.

Per proteggerli si usa un dispositivo formato da un sistema che si basa su una doppia

parete all’interno della quale c’è il vuoto. Lo scopritore di questa tecnica che consiste nel

creare il vuoto fra le due pareti si chiama Dewar (si chiama doppia parete Dewar). Nel

vuoto le particelle non ci sono e quindi non c’è possibilità di trasmissione elettromagnetica.

In questa doppia parete le particelle sono immobili perché la temperatura è – 237 °.

Il tipo di segnali che si ottengono sono identici, dal punto di vista della morfologia, a quelli

che si ottengono con i potenziali evocati, che derivano da una tecnica poverissima rispetto

alla MEG. La MEG tuttavia rispetto ai potenziali evocati è caratterizzata non solo da una

elevata risoluzione temporale, ma anche da un’eccellente risoluzione spaziale.

La MEG è una procedura preoperatoria che consente di identificare la corteccia

somatosensoriale.

Può essere usata sia per localizzare le funzioni mentali sia per studiare il decorso

temporale dell’elaborazione delle informazioni. Quindi è possibile stabilire con quale ordine

si attivano diverse regioni del cervello.

È quindi una fMRI più sofisticata, che va anche a vedere quali neuroni si stanno attivando.

La MEG ha dei fini diagnostici (per esempio per la localizzazione di masse tumorali o di

anomalie cerebrali che determinano un’alterazione dei campi evocati magnetici). Grazie

alla sua eccellente risoluzione spaziale, la MEG è uno strumento prezioso nella

neurochirurgia. Comporta però anche alcuni svantaggi:

1) i neuroni di cui la MEG riesce a registrare l’attività sono per lo più localizzati nei solchi in

cui l’asse maggiore di ogni dendrite apicale tende ad essere orientato parallelamente alla

superficie del cranio.

2) un apparecchio per la registrazione MEG ha ancora un costo abbastanza proibitivo in

confronto a quello per registrare gli ERP.

invasività: non è invasiva

risoluzione temporale: eccellente, ha la stessa risoluzione temporale degli ERP.

risoluzione spaziale: eccellente.

STUDI MEG: Ci sono stati molti studi sulla MEG, soprattutto usata con l’applicazione della

mismatch negativity, ovvero la risposta negativa dei potenziali evocati o elettromagnetici

che riflette la rilevazione di una discrepanza nella stimolazione uditiva. Il nostro sistema

uditivo monitora costantemente le nostre informazioni in ingresso e fa dei confronti su

cosa ho sentito nell’istante 1 e nell’istante 2.

In altre parole la mismatch negativity è la risposta del cervello quando lo stimolo 2 e lo

stimolo 3 sono diversi dallo stimolo 1. Quindi posso usarla in qualunque contesto per

vedere come viene rappresentato il suono, cioè se il paziente è in grado di discriminare

una differenza tra suoni di altezza diversa, di intensità diversa o per esempio tra fonemi.

- MRI:

Le immagini MRI forniscono una rappresentazione del cervello molto più nitida di quella

che è possibile ottenere con la TAC. Con la MRI è facile vedere i singoli solchi e i giri della

corteccia cerebrale. Il paziente è supino, con la testa nello scanner ed è immerso in un

debole campo di onde radio. Il risultato della risonanza sono delle sezioni tridimensionali

coronali, assiali, sagittali dell’encefalo. Si vedono bene variazioni di densità, se ci sono

concentrazioni.

L’acqua, composta da atomi di idrogeno, è la componente principale del sangue. Per

vedere l’idrogeno modifico l’orientamento dei suoi atomi. In seguito all’applicazione di

un’onda radio si modifica l’orientamento degli atomi di idrogeno. La risonanza magnetica è

uno strumento sofisticato che è in grado di rilevare quando questi atomi cambiano

orientamento e dove si trovano: il loro segnale si chiama segnale di risonanza (mi

permette di vedere dove si trova l’idrogeno). Ottengo in questo modo la fotografia del

cervello. La risonanza magnetica quindi mi dà il dettaglio anatomico osservando i segnali

di risonanza degli atomi di idrogeno quando il paziente si trova in un debole campo

magnetico e viene sottoposto a onde radio. L’unità di misura della forza elettromagnetica è

il TESLA.

Il campo magnetico non è nocivo, è debole. Se aumento il campo magnetico vedo meglio.

invasività: scarsa, c’è un fortissimo rumore.

risoluzione temporale: non c’è (15 – 30 secondi)

risoluzione spaziale: ottima

- NEUROFISIOLOGIA: Robert Desimone.

Desimone ha studiato come funziona il meccanismo dell’attenzione. Riguarda la

misurazione dell’attività bioelettrica di singole cellule o di cellule multiple mediante la

registrazione intracranica. Cioè vengono inseriti dei microelettrodi direttamente nel cervello

e poi si fanno delle misurazioni dell’attività di singoli neuroni di regioni diverse mentre

l’animale è perfettamente vigile.

invasività: È una tecnica altamente invasiva.

risoluzione temporale:

risoluzione spaziale: molto buona.

ESEMPIO: Prima registrazione dei neuroni specchio nel macaco.

Ciascun neurone ha un campo recettivo. Ogni neurone visuo – motorio, audio – visivo

ecc…, risponde a una specificità sensoriale. Per esempio se è uditivo risponde a una

gamma di frequenze, mentre quelli visivi sono specializzati oltre che per il tipo di stimolo,

per il campo recettivo, cioè la posizione retinica in cui cade l’oggetto.

 Quindi se si illumina con una piccola barretta luminosa una certa posizione del campo

recettivo (misurazione da singolo neurone), il neurone “spara”, quindi produce potenziali

elettrici molto frequenti.

Se io mi sposto di poco, il neurone dimezza la frequenza di scarica. Se io vado fuori

stimolo degli altri neuroni e il neurone che stavo registrando non “spara” più.

La frequenza di base (risposta basale) è un’attività di standby che va a costituire

l’elettroencefalogramma.

 La registrazione a singolo neurone si fa anche nell’uomo ma a scopo terapeutico, per

esempio per monitorare pazienti epilettici si instaurano delle griglie permanenti o

semipermanenti di elettrodi da cui si registra per vedere dove si trova il focolare epilettico.

- PATCH – CLAMP:

sono tecniche che isolano regioni limitate del neurone, permettendo di studiare i

cambiamenti della membrana che consentono l’ingresso ai neurotrasmettitori.

- PET: Steve Petersen.

È la “tomografia ad emissione di positroni”, cioè il primo macchinario in grado di leggere le

variazioni di flusso sanguigno cerebrale, durante lo svolgimento di particolari compiti o

durante lo stato di riposo.

Quindi il paziente è immobile nello scanner e si osserva come circola il sangue nel

cervello.

prototipo più moderno delle tecniche neurometaboliche. È invasiva in quanto si basa su

sostanze radioattive. Necessita di introduzione di radioisotopi. La PET è stata scoperta nel

1983.

La PET mi dà delle informazioni funzionali e mi dà un’immagine anatomica, dicendomi

dove c’è più o meno flusso di sangue (mi dà quindi un’indicazione neurometabolica).

Quindi io indirettamente posso vedere quali regioni sono attive e quali sono ipoattive. La

PET prevede un’iniezione in vena di un tracciante, comunemente acqua con un ossigeno

invece di 16 marcato 15. Questo tracciante raggiunge il cervello dopo circa 30 secondi.

Tra i 30 secondi e 1 minuto l’ossigeno marcato 15 perde un positrone (moleco