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Che cosa sono le neuroscienze cognitive, Andrea MariniLe neuroscienze cognitive Il cervello è un formidabile sistema biologico in grado di eseguire miliardi di calcoli al secondo consumando molto meno di una semplice lampadina da frigorifero. Approcci filosofici, psicologici, neurologici, biologici,...

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Che cosa sono le neuroscienze cognitive, Andrea Marini Le neuroscienze cognitive Il cervello è un formidabile sistema biologico in grado di eseguire miliardi di calcoli al secondo consumando molto meno di una semplice lampadina da frigorifero. Approcci filosofici, psicologici, neurologici, biologici, informatici e cibernetici. Questi differenti approcci hanno spesso utilizzato rigorosi paradigmi sperimentali ma a volte hanno portato a inaspettati risultati partendo da clamorosi voli pindarici e congetture speculative. Da un punto di vista psicologico è interessante stabilire in che modo la mente elabori le proprie info. A causa della notevole complessità della mente umana, era necessario che studiosi di discipline diverse unissero le forze in vista di un obbiettivo comune. Gli obiettivi delle neuroscienze cognitive approccio multidisciplinare allo studio dei rapporti tra funzionamento del cervello e rapporti della mente. Obiettivo generale – indagare le basi neurali del comportamento umano cercando in primis di rispondere a domande “Com’è organizzata la memoria nel cervello?”. Le funzioni cognitive non sono localizzabili in singole aree ma sono un prodotto di gruppi di aree organizzate in reti neurali. Neuropsicologia  descrizione degli effetti di una lesione cerebrale sul funzionamento cognitivo. mira a identificare le caratteristiche di uno specifico disturbo e anche a sviluppare test in grado di identificare i disturbi intellettivi e cognitivi. Le neuroscienze cognitive mirano a testare la validità delle teorie del funzionamento cognitivo. I metodi delle neuroscienze cognitive Le neuroscienze cognitive si configurano più come un quadro teorico di riferimento. Per secoli l’unico modo per avere info sui rapporti tra cervello e funzioni della ente si era basato sull’osservazione del comportamento di pazienti con lesioni cerebrali (approccio neuropsicologico). A partire dal XIX secolo – metodo della correlazione anatomo – funzionale.  idea alla base – cervello lesionato funziona come uno sano con l’eccezione della funzione cognitiva danneggiata alla base. Una delle prime tecniche sperimentali utilizzata è stata la stimolazione corticale diretta – neurochirurghi identificano quali parti del tessuto nervoso non debbano essere rimosse in quanto fondamentali per le funzioni cerebrali del paziente. In alcuni casi la stimolazione può innescare la risposta in altri bloccarla. L’elettroencefalografia – misurare l’attività elettrica dei neuroni mediante il posizionamenti di una griglia di elettrodi sullo scalpo per registrare il segnale elettrico generato dai neuroni sottostanti. Magnetoencefalografia – monitorare l’attività elettrica cerebrale, riesce a captare ance le variazioni nei campi magnetici associati ai segnali elettrici. Tecniche di neuroimaging – risonanza magnetica funzionale – consente di monitorare l’attività cerebrale durante l’esecuzione di un compito. A essere misurata non è direttamente l’attività cerebrale ma la risposta in funzione del livello di ossigenazione del sangue. Com’è fatto il cervello? Le basi biologiche del comportamento risiedono nel funzionamento del sistema nervoso che riceve stimoli esterni e interni all’organismo, li elabora e produce risposte comportamentali o cognitive. Distinguiamo tra un sistema nervoso centrale (midollo spinale ed encefalo) e sistema nervoso periferico (nervi cranici e spinali, gangli periferici e da gruppi di neuroni specializzai nella ricezione degli stimoli provenienti dagli organi di senso). Nel sistema nervoso centrale ci sono due tipi di cellule definiti neuroni e cellule gliali. I primi ricevono e trasmettono l’impulso nervoso e sono formati da un corpo cellulare. Le cellule gliali sono invece cellule che proteggono e sostengono i neuroni. Il cervello è una complessa struttura con scarso sostegno strutturale interno ma di notevole peso (1,4 kg). Non collassa su sé stesso perché è immerso in un liquido (liquor cerebro spinale) che lo

mantiene in sospensione e lo protegge. Il liquor è prodotto all’interno di quattro cavità, i ventricoli cerebrali. Il cervello è rivisto dalla corteccia cerebrale, una superficie caratterizzata da profondi avvallamenti, i solchi, e prominenti rilievi, i giri, che formano circonvoluzioni. I solchi più importanti sono definiti scissure. Nella porzione mediale della corteccia cerebrale troviamo la scissura emisferica – divide in due metà del tutto simmetriche, gli emisferi cerebrali. Sulla superficie della corteccia è però possibile distinguere anche altre scissure che permettono di dividere ciascuna delle due cortecce in quattro lobi (frontale, temporale, parietale, occipitale). La corteccia motoria dell’emisfero destro controlla i movimenti della parte sinistra del corpo e viceversa dell’emisfero sinistro. Parti specifiche della corteccia motoria controllano i movimenti di porzioni specifiche del nostro corpo. Collocata rostralmente alla corteccia motoria primaria troviamo una seconda porzione di corteccia coinvolta nell’elaborazione dei movimenti – area motoria supplementare e corteccia premotoria. Lobi temporali – ricordi di lungo termine, percezione uditiva e riconoscimento dei volti e grafemi. L’ipocampo e l’amigdala – apprendimento e per il comportamento emotivo. Lobi parietali – riconoscimento della posizione spaziale e della configurazione geometrica di ciò che entra nel campo visivo. Lobi occipitali – coinvolti nell’elaborazione d’info visive. Sotto la corteccia sono presenti numerose altre strutture importanti per il nostro funzionamento. Il sistema limbico è costituito da strutture che circondano il talamo e svolgono un ruolo essenziale nella regolazione degli stati emotivi e della motivazione e nell’apprendimento. Oltre ai corpi mammillari, fanno parte di questo sistema l’amigdala, la corteccia del cingolo, il setto, l’ippocampo e il fornice. L’amigdala è collocata nella porzione anteriore del lobo temporale e svolge un ruolo fondamentale per la connotazione emotiva delle informazioni in fase di elaborazione nel cervello. L’ippocampo è importante per funzioni legate alla memorizzazione di ricordi consapevoli a lungo termine e nella pianificazione di percorsi per muoversi nello spazio. I gangli della base sono implicati in numerose funzioni cognitive e nel controllo dei movimenti. Il talamo è costituito da due lobi – lobi talamici – che contengono nuclei che ricevono info dagli organi sensoriali e le ritrasmettono alla corteccia cerebrale. Il talamo inoltre regola il flusso d’informazione da e per la corteccia cerebrale, intervenendo anche nel controllo delle emozioni, dell’attenzione e della memoria. L’ipotalamo è in grado di modulare il rilascio degli ormoni da parte dell’ipofisi, inoltre presenta al suo interno il chiasma ottico dove convergo i nervi provenienti dall’occhio destro e sinistro. Alla base del cervello troviamo una serie di strutture che formano il tronco encefalico. Gli emisferi cerebrali sono implicati nell’integrazione e coordinamento dei movimenti linguistici e dei processi linguistici. Percezione e controllo del movimento Che cosa vuol dire percepire il mondo? Siamo costantemente immersi in un ambiente ricco di informazioni. La capacità di dare un senso alla molteplicità di queste informazioni si basa su una complessa rete di sistemi sensoriali. Il riconoscimento di ciò che percepiamo non si basa unicamente sulle informazioni registrate dai sensi (processo bottom-up), ma richiede una costante valutazione di queste info sulla base di conoscenze di altra natura. Si tratta di un complesso processo interattivo nel quale informazioni dal basso (bottom-up) interagiscono con informazioni dall’alto (top-down). Percezione visiva più importante meccanismo sviluppatosi per interagire con l’ambiente: riusciamo a vedere ciò che ci circonda, coglierne le caratteristiche fisiche, determinare il movimento. L’informazione visiva consiste in una radiazione elettromagnetica con lunghezze d’onda che è captata dall’occhio e in seguito elaborata da strutture dedicate nel cervello.

L’informazione visiva proveniente dall’emicampo visivo sinistro viene elaborata dall’emisfero destro e quella relativa all’emicampo destro viceversa. L’informazione potrà raggiungere il cervello per determinare il riconoscimento di quanto percepito Organizzazione delle vie visive (pagina 83, figura 9) Come percepiamo il mondo attraverso il senso della vista? La percezione visiva è il prodotto di una complessa serie di elaborazioni in cui l’informazione, inizialmente captata dalla retina e inviata alla corteccia visiva primaria, deve essere scomposta in modo da identificarne caratteristiche legate al suo aspetto fisico, al suo colore, al suo eventuale inserimento in un contesto in movimento … il fatto che non vediamo un mondo frammentato ma percepiamo l’ambente circostante in modo fluido indica che i processi di ricostruzione del percetto e del suo riassemblaggio sono estremamente efficienti. Percezione uditiva Percepiamo i suoni dell’ambiente grazie alla presenza di un sistema che si è evoluto per captare e rinforzare determinate frequenze convertendole in rappresentazioni mentali. Anche in questo caso si tratta di un complesso apparato distinto in un sistema uditivo periferico e centrale. Sistema periferico – orecchio esterno, interno e centrale; sistema centrale – nervi uditivi e aree uditive primarie e secondarie collocate nelle porzioni superiori dei due lobi temporali. Percezione chimica L’ambiente è saturo di composti chimici volatili  gusto e olfatto: due sensi distinti ma che congiuntamente permettono di percepire aromi dei cibi. Un ruolo fondamentale è svolto da specifiche cellule sensibili alle sostanze chimiche note come chemiorecettori. Gusto – funzione per la sopravvivenza dell’individuo. 5 sapori primari: dolce, salato, amari, acido e saporito. Sesto possibile gusto primario: grasso. I gusti primari sono associati a determinate caratteristiche dei cibi che ingeriamo. I gusti sono captati da specifici recettori distribuiti nella bocca e nella faringe. Olfatto – importante per la nostra sopravvivenza (perdita di gas). Contribuisce in maniera rilevante anche ai meccanismi della comunicazione non verbale e dell’attrazione sessuale. Feromoni – sostanze chimiche emesse anche dai esseri umani possono condizionare il comportamento e le interazioni sociali. Come riconosciamo un odore? Sembrano esistere centinaia di diversi stimoli olfattivi, ciascuno captato da altrettanti ricettori Percezione somatosensoriale Il sistema somatosensoriale registra informazioni provenienti da tutto il corpo. È possibile distinguere sistemi somatosensoriali specializzati per la discriminazione tattile, la percezione del dolore, la percezione della temperatura e la percezione della posizione del proprio corpo. Sistema di riconoscimento tattile – più esteso organo sensoriale del nostro corpo = pelle. Costituita da uno strato esterno (epidermide) e uno interno (derma). La percezione cutanea è resa possibile dalla presenza di numerosi recettori sensoriali. Pianificare, eseguire e monitorare movimenti Come per la percezione, anche l’implementazione dei movimenti è il risultato di processi di notevole complessità che prevedono l’interazione tra numerose strutture cerebrali e cerebellari. Un ruolo fondamentale per la decisione di quali movimenti compiere e per la loro pianificazione e successiva implementazione è svolto da alcune porzioni dei lobi frontali, in costante collegamento con epicentri nei lobi parietali posteriori. Conoscendo la propria posizione nello spazio sarà finalmente possibile decidere quale movimento eseguire, che prevede l’impiego della corteccia prefrontale dei due emisferi. Numerose ricerche sperimentali su scimmie ed esseri umani suggeriscono che selezione e inizio dei movimenti volontari sfruttino l’interazione tra strutture corticali e sottocorticali. Una volta che il movimento è stato pianificato, occorre iniziarlo corteccia motoria primaria.

Attenzione e funzioni esecutive Il concetto di attenzione fa riferimento a una gamma di processi cognitivi che permettono di filtrare quantità di informazioni nell’ambiente in modo da concentrare le limitate risorse cognitive di cui disponiamo su un ristretto numero di stimoli e ottimizzare l’interazione con esso. Attenzione selettiva Una delle principali funzioni dell’attenzione è la selezione di informazioni su cui porre il focus attenzionale. Come facciamo a capire quello che l’interlocutore ci sta dicendo e perché non siamo i grado di ricordare quello che si dicevano gli altri?  effetto cocktail party – un tipo di attenzione in grado di selezionare alcune sorgenti acustiche ignorandone altre = attenzione selettiva uditiva Attenzione divisiva In certe condizioni, noi esseri umani riusciamo a svolgere più compiti contemporaneamente. In effetti, non sempre è sufficiente selezionare gli stimoli n entrata focalizzandone alcuni e inibendone altri. A volte è necessario dividere le limitate risorse cognitive a nostra disposizione su più fronti. Attenzione divisiva – abilità critica per il nostro funzionamento quotidiano. Attenzione sostenuta Attenzione sostenuta o vigilanza – consiste nella capacità di mantenere l’arousal attentivo per un prolungato periodo di tempo. Le abilità di attenzione sostenuta possono essere potenziate e numerosi studi hanno dimostrato l’effetto positivo di un’esposizione costante e prolungata a condizioni di bilinguismo. Le funzioni esecutive Le abilità attentive sono fondamentali per il nostro funzionamento. Esiste un sistema di controllo che permette di pianificare le nostre azioni, inibire risposte inappropriate e focalizzarci su determinate caratteristiche dell’ambiente che si circonda? Si suppone che queste capacità richiedano abilità cognitive, organizzate prevalentemente nei lobi frontali e definite funzioni esecutive. Correlati neurali dell’attenzione Il sistema dell’attenzione ha una complessa architettura cognitiva. Tale complessità è resa possibile da una costante interazione tra strutture neurali corticali e sottocorticali. La capacità di mantenere l’attenzione sull’obiettivo è associata ad attività nella corteccia prefrontale e probabilmente anche nella corteccia parietale posteriore. La percezione dello scorrere del tempo La percezione soggettiva della durata di un evento risente fortemente dell’attenzione con un’interessante relazione: quanta maggiore attenzione prestiamo a uno stimolo tanto più alta sarà la probabilità che on ne percepiremo correttamente la durata. Quando si svolgono due compiti contemporaneamente, la percezione soggettiva della durata della presentazione di uno stimolo diminuisce se l’attenzione deve essere rivolta ad aspetti specifici dello stimolo percepito come forma, colore o significato. Memoria di apprendimento Anche la memoria è fondamentale per il funzionamento della nostra mente. Noi siamo ciò che siamo perché pensiamo, ma in quanto siamo in grado di memorizzare costantemente nuove info sulla nostra vita e organizzarle in un flusso coerente. Noi siamo la somma dei nostri ricordi. La memoria è indispensabile per consentire l’apprendimento. Inizialmente vi è una fase di codifica in cui le informazioni in entrata sono analizzate dai sistemi percettivi e registrate dai sistemi di memoria sensoriale. Seguono una fase di consolidamento, in cui il nuovo ricordo è rinforzato in modo da diventare permanente, e una di recupero, che permette di elaborare quanto appreso e ricordarlo quando serve. Lo studio della memoria procede su almeno tre fronti:

1. Punto di vista della psicologia cognitiva – identificazione dei processi alla base dell’immagazzinamento e del recupero delle informazioni apprese e si formulano modelli sulla struttura e sul funzionamento della memoria 2. Dal punto di vista delle neuroscienze cognitive – obiettivo: identificare le reti neurali responsabili di questi processi con l’intento di confermare o eventualmente modificare i modelli proposti dalla psicologia cognitiva 3. Un punto di vista biologico – l’attenzione si sposta sui meccanismi che permettono lo scambio di informazioni tra i neuroni. Abbiamo diverse forme di memoria: brevissimo/breve termine, lungo termine, consapevoli e inconsapevoli. Esistono tipi diversi di memoria Hermann Ebbinghaus – esistenza di ameno due tipi di memoria di durate differenti: 1) Memoria a breve termine – gestire info per pochi minuti 2) Memoria a lungo termine – ritiene l’info memorizzata per giorni/mesi. Donald Hebb – i ricordi potevano essere immagazzinati in reti di neuroni distribuite tra più aree corticali. Oggi sappiamo che le informazioni sono organizzate in reti neurali distribuite in più aree ma anche che i vari aspetti dell’informazione sono rappresentati in specifiche aree cerebrali collegate tra loro. Memoria sensoriale e memoria di lavoro Dopo essere state elaborate dai sensi, le informazioni in entrata vengono momentaneamente gestite da un sistema di memoria sensoriale che le mantiene attive per alcuni istanti. memoria iconica (info visive) e memoria ecoica (info uditive) I registri della memoria sensoriale possono gestire in modo inconsapevole una grande quantità di informazioni che tuttavia decadono rapidamente: la memoria iconica ha una durata di pochi millisecondi, la memoria ecoica dura fino a 10 secondi. Memoria di lavoro – memoria a breve termine. Il concetto di memoria di lavoro si differenzia da quello più generico di memoria a breve termine, in quanto non si tratta di un magazzino passivo in cui le informazioni rimangono in attesa di essere incamerate nei sistemi di memoria a lungo termine. La memoria di lavoro non si limita a trattenere passivamente informazioni ma esegue operazioni mentali sui contenuti in essa presenti. La memoria di lavoro è formata da quattro sistemi: tre periferici (taccuino visuo – spaziale, circuito fonologico e magazzino episodico) e uno centrale (esecutivo centrale). Il cosiddetto sistema centrale potrebbe non essere un sistema unicamente coinvolto nella memoria di lavoro, ma l’espressione di una complessa rete cortico – sottocorticale, reclutata in compiti in cui è richiesto di conseguire gli obiettivi pianificati e di mantenere le informazioni necessarie per dare un senso a quanto viene percepito, mediante una costante interazione tra sistemi percettivi, motori e relativi alle conoscenze immagazzinate nella memoria a lungo termine Memoria a lungo termine La memoria a lungo termine permette di immagazzinare una quantità virtualmente illimitata d’informazioni per periodi variabili da alcuni mesi a numerosi anni fino a tutta la vita. La memoria a lungo termine dichiarativa (esplicita) Molte delle informazioni che abbiamo in memoria sono state immagazzinate in modo consapevole, spesso con studio o semplicemente perché v abbiamo prestato attenzione.  significato di parole sconosciute o conoscenze di tipo enciclopedico. Edel Tulving – memoria episodica – immagazzinare informazioni che si riferiscono ad eventi. Se questi eventi si riferiscono alla nostra vita, si parla di memoria autobiografica. Memoria a lungo termine non dichiarativa (implicita) Se la memoria dichiarativa permette di immagazzinare informazioni in modo consapevole, la memoria non dichiarativa gestisce informazioni acquisite e/o utilizzate in modo inconsapevole. È

composta da almeno quattro sistemi che rendono possibile forme l’apprendimento non associativo, apprendimento per condizionamento, il priming percettivo e la capacità di svolgere sequenze di azioni anche molto complesse sotto forma di procedure. Linguaggio Un ruolo fondamentale nel processo comunicativo è rivestito dal linguaggio, prodotto da una complessa funzione cognitiva analizzata da diverse discipline. Linguistica generale – determinare le caratteristiche generali e funzionali (com’è fatto, come si usa) Psicolinguistica – analizza le caratteristiche cognitive Neurolinguistica – mira a determinare i correlati naturali Le strutture del linguaggio Linguaggio = facoltà cognitiva che presenta le stesse caratteristiche di base in tutti i parlanti della nostra specie. Lingua = riferimento a ogni singola attuazione storica della facoltà del linguaggio. Un secondo sviluppo nella comprensione della natura del linguaggio si è avuto con l’introduzione della nozione di struttura linguistica. Per comprendere come sia strutturato il linguaggio si pensi all’organizzazione di un palazzo. Gli studi della linguistica generale in...