Riassunto Libro CHE COSA SONO LE Neuroscienze Cognitive Capitolo 1 - 2 PDF

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CHE COSA SONO LE NEUROSCIENZE COGNITIVE1. Le neuroscienze cogniive: una visione d’insieme.1. Gli obieivi delle neuroscienze cogniive:Le neuroscienze cogniive sono una disciplina cosituita da una eterogeneità di altre discipline, tale mescolanza ne cosituisce il principale punto di forza. L’obieivo g...

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CHE COSA SONO LE NEUROSCIENZE COGNITIVE 1. Le neuroscienze cognitive: una visione d’insieme. 1.2. Gli obiettivi delle neuroscienze cognitive: Le neuroscienze cognitive sono una disciplina costituita da una eterogeneità di altre discipline, tale mescolanza ne costituisce il principale punto di forza. L’obiettivo generale costituisce nell’indagare le basi neurali del comportamento umano cercando in primis di rispondere a domande del tipo “com’è organizzata la memoria nel cervello?” 1.3. I metodi delle neuroscienze cognitive: Per secoli l’unico modo per avere informazioni sui rapporti tra cervello e mente si era basato sull’osservazione del comportamento di pazienti con lesioni cerebrali (approccio neuropsicologico). Tali concetti si tradurranno poi nel metodo della correlazione anatomo-funzionale. L’idea base di questo metodo è che il cervello lesionato funzioni come uno sano, con l’eccezione della funzione cognitiva danneggiata dalla lesione. Ne consegue che l’area lesionata possa essere considerata come il centro responsabile della funzione compromessa. Per comprendere la logica sottostante a questo metodo si consideri il caso di due pazienti: A e B. Il paziente A, a causa di una lesione nell’area X, ha perso la capacità di produrre parole pur mantenendo preservata la capacità di comprendere quanto gli viene detto. Il paziente B invece ha subito una lesione nell’area Y e presenta sintomi opposti rispetto al paziente A (può produrre parole ma non capisce ciò che gli viene detto). I due pazienti presentano un caso noto come “doppia dissociazione”: lesioni differenti producono sintomi opposti. Prendendo in esame altri pazienti con simili lesioni nelle stesse aree, si giunge alla conclusione che l’area X sia l’area della produzione del linguaggio, mentre l’area Y sia l’area della sua comprensione. Questa conclusione però si è dimostrata errata, perché numerosi studi hanno dimostrato che le cose non possono essere poste in termini così semplici: una lesione cerebrale non si limita a danneggiare un’area ben delimitata. Infatti, sia che si tratti di lesioni progressive (es: tumori cerebrali, demenze), sia che si tratti di lesioni improvvise (es: trauma cranico), le lesioni determinano la rottura di numerose vie di collegamento tra i neuroni con il conseguente malfunzionamento dell’intera rete neurale all’interno della quale l’area lesionata si colloca. Parte delle conoscenze sul funzionamento cerebrale umano deriva da studi condotti su animali, una delle tecniche più informative è la registrazione elettrofisiologica diretta dell’attività neurale, in cui si inseriscono elettrodi nella corteccia per registrare l’attività dei neuroni mentre l’animale volge compiti di varia natura. Il trasferimento all’uomo delle conoscenze ottenute dagli studi su animali può essere solamente parziale e di sicuro non può riguardare funzioni come linguaggio ho la rappresentazione del Sè. L’approccio neuropsicologico è stato prevalente fino all’avvento di tecniche elettrofisiologiche e metaboliche che hanno permesso la visualizzazione in tempo reale delle aree cerebrali reclutate nell’esecuzione di compiti specifici. Una delle prime tecniche sperimentali a essere utilizzata è stata la stimolazione corticale diretta a permettere ai neurochirurghi di identificare quali parti di tessuto nervoso non devono, se possibile, essere rimosse in quanto fondamentali per le funzioni cerebrali del paziente. Oltre a un’indubbia utilità clinica questa tecnica contribuisce a ottenere informazioni preziose sull’organizzazione delle funzioni cognitive del cervello. L’elettroencefalografia (EEG) consente di misurare l’attività elettrica dei neuroni mediante il posizionamento di una griglia di elettrodi sullo scalpo per registrare il segnale elettrico (definito “potenziale”) generato dai neuroni sottostanti. Si pensi ai vari stadi del sonno: l’attività EEG rallenta quando si entra in fase di sonno profondo e diventa più intensa durante il sonno REM. L’applicazione dell’EEG allo studio sperimentale dell’attività cognitiva richiede che i potenziali siano sincronizzati con la comparsa di uno stimolo visivo (es: immagine), uditivo (es: suono) o di altra natura (tattile ecc.). La logica di questo paradigma sperimentale consiste nel fatto che la comparsa di un nuovo stimolo richiede il reclutamento di neuroni in aree delicate alla sua elaborazione.

Anche la tecnica della magnetoencefalografia (MEG) consente di monitorare l’attività elettrica cerebrale e a captare anche le variazioni nei campi magnetici associati ai segnali elettrici. Questa tecnica consente di localizzare con precisione la sorgente del segnale grazie a una risoluzione spaziale relativamente buona (5-10 mm), determinando i campi magnetici collegati a eventi (Event Related Fields: ERFS), la controparte elettromagnetica degli ERPS. L’utilità delle tecniche elettrofisiologiche consiste nella possibilità di descrivere l’andamento temporale delle attivazioni collegate a un particolare stimolo, la cui localizzazione anatomica precisa può essere determinata usando tecniche di neuroimaging funzionale. La risonanza magnetica funzionale (FunctionalMagneticResonance Imaging: fMRI) consente di monitorare l’attività cerebrale durante l’esecuzione di un compito. Il corpo umano è composto per il 70% di acqua e i nuclei di idrogeno in essa contenuti, dotati di carica positiva, generano un campo magnetico. La fMRI si basa su questo principio: all’interno0 del body scanner è presente un campo magnetico che allinea i vettori magnetici dei nuclei di idrogeno presenti nel sangue. Il principio alla base del funzionamento della fMRI è che, poiché l’attività neurale causa dispendio energetico, le aree maggiormente attive nell’esecuzione di un compito richiederanno un maggiore afflusso di sangue con conseguente aumento del flusso ematico in quella regione. La tomografia a emissione di positroni è una tecnica relativamente invasiva, perché basata sull’utilizzo di un macchinario, il ciclotrone, che genera isotopi radioattivi dell’emivita molto breve che vengono iniettati nel corpo del soggetto. Un’altra tecnica sta contribuendo all’ampliamento delle nostre conoscenze sull’organizzazione strutturale e funzionale del cervello. Si tratta della risonanza magnetica con tensore di diffusione che permette di determinare la localizzazione e l’orientamento delle connessioni cerebrali. Nel complesso, le tecniche di neuroimaging funzionale forniscono informazioni di tipo correlazionale. I dati di neuroimaging funzionale non consentono di chiarire se l’attivazione di un’area sia epifenomeno di processi sottostanti o sia necessaria all’esecuzione del compito. La valutazione della causatività del funzionamento di un’area può essere invece effettuata attraverso l’uso complementare di altre tecniche come la stimolazione magnetica transcranica TMS). Nella TMS, l’applicazione sullo scalpo di campi magnetici con determinate caratteristiche d’intensità e frequenza interferisce per pochi minuti con l’attività delle popolazioni neuronali sottostanti e consente di verificare gli effetti di tale stimolazione. 2. Com’è fatto il cervelletto. 2.1. Introduzione Le basi biologiche del comportamento risiedono nel funzionamento del sistema nervoso che riceve stimoli esterni e interni all’organismo (attività sensoriale), li elabora e produce risposte comportamentali (es. reazione motoria) o cognitive (es. memorizzare una informazione). Si può distinguere tra un sistema nervoso centrale (SNC), costituito da midollo spinale ed encefalo, e un sistema nervoso periferico (SNP), formato dai nervi cranici e spinali, dai gangli periferici e da gruppi di neuroni specializzati nella ricezione degli stimoli provenienti dagli organi disenso. 2.2.Organizzazione del microatomica del SNC Nel SNC ci sono due tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali. I neuroni ricevono e trasmettono l’impulso nervoso (il potenziale d’azione) e sono formati da un corpo cellulare (il soma), delle ramificazioni che dal soma si spingono verso la parte superiore del neurone (i dentriti) e un’appendice che dal soma va verso la periferia inferiore del neurone (assone). L’impulso nervoso quindi entra nel neurone attraverso i dentriti, procede attraverso il soma ed è trasmesso alla periferia del neurone attraverso l’assone. All’estremità dell’assone ci sono piccole vescicole: i bottoni sinaptici, dove il segnale nervoso stimola il rilascio di elementi chimici, i neurotrasmettitori. Alcuni neurotrasmetitori sono essenziali per regolare l’umore e il mantenimento del ciclo veglia-sonno (es. serotonina); altri invece svolgono un

ruolo nell’apprendimento (es. la dopamina e aceticolina). L’impulso nervoso è poi trasferito attraverso il midollo spinale al resto del corpo grazie ai nervi, costituiti da fasci di assoni. Le cellule gliali sono invece cellule che proteggono e sostengono i neuroni (es gli oligodendrociti: avvolgono gli assoni nel SNC per formare delle guaine di mielina, sostanza che attenua la dispersione del potenziale elettrico e velocizza la conduzione del segnale durante il suo percorso dal soma ai bottoni sinaptici). 2.3.Organizzazione del macrosistema del SNC Il cervello è una complessa struttura al cui interno c’è un liquido (il liquor cerebro-spinale) che lo mantiene in sospensione e lo protegge dai traumi derivanti dalle rapide accelerazioni e decelerazioni che caratterizzano ad es. una caduta o un urto improvviso. Il liquor cerebro-spinale è prodotto all’interno di 4 cavità, i ventricoli cerebrali: due ventricoli laterali si collegano a un terzo ventricolo da cui il liquor scorre nel quarto ventricolo per essere poi erogato nello spazio che circonda il cervello. Il cervello è rivestito da una corteccia cerebrale: una superficie costituita da profondi avvallamenti (solchi) edda rilievi (giri) che formano circonvoluzioni. I solchi più importanti sono definiti scissure, una delle quali è la scissura interemisferica, una piega così profonda ed estesa da dividere in due metà quasi del tutto asimmetriche gli emisferi cerebrali. Questi ultimi sono collegati da connessioni definite commessura cerebrali: commessura anteriore, commessura ippocampale, fornice e corpo calloso. Il corpo calloso, un fascio di sostanza bianca che comprende più di 200 milioni di assiomi, costituisce la più importante via di connessione tra gli emisferi. Vi sono altre scissure nella corteccia cerebrale che permettono di dividere ciascuna delle due cortecce in 4 lobi (frontale, temporale, parietale e occipitale), all’interno dei quali sono presenti aree diverse da un punto di vista citoarchitettonico (della composizione cellulare e dei tessuti), definite aree di Brodmann. Situati nella posizione anteriore della corteccia i lobi frontali sono implicati nell’esecuzione di funzioni cognitive complesse come quelle necessarie per programmare strategie per risolvere problemi, pianificaree monitorare azioni e movimento, gestire le informazioni in memoria per il tempo necessario alla loro corretta elaborazione. Nella circonvoluzione prerolandica si trova una striscia che costeggia la scissura centrale e controlla i movimenti del corpo. Si tratta della corteccia motoria primaria. La corteccia motoria dell’emisfero dx controlla i movimenti della parte sinistra del corpo e viceversa. Importante osservare che quest’area presenta un’organizzazione somatotopica, ossia che parti specifiche della corteccia motoria controllano i movimenti di porzioni specifiche del nostro corpo. Infatti il controllo dei piedi, delle gambe, deltronco e delle braccia occupa solo una piccola porzione della corteccia motoria, mentre le aree che controllano i movimenti delle mani, del volto e dell’apparato fono-articolatorio che consente di produrre i suoni del linguaggio ne costituiscono i due terzi. Questa asimmetria è stata rappresentata con l’immaginedi un uomo grossolano, definitohomunculusmotorio Collocatarostralmente alla corteccia motoria primaria troviamo una seconda porzione di corteccia coinvolta nell’elaborazione dei movimenti (n. 6) che contiene due regioni cerebrali note come area motoria supplementare (sulla superficie mediale) e corteccia premotoria (sulla superficie laterale), fondamentali per il controllo e la regolazione dei movimenti volontari o automatici. Rostralmente alla corteccia premotoria cèla corteccia prefrontale, un insieme di aree coinvolte in alcune tra le funzioni cognitive più complesse a disposizione dell’uomo. Disposti ventralmente rispetto ai lobi frontali e parietali e delimitati superiormente dalla scissura laterale (odi Silvio), i lobi temporali ospitano aree implicate nel consolidamento di ricordi a lungo termine, nella percezione uditiva e nel riconoscimento dei volti e dei grafemi. Al loro interno, l’ipocampo e l’amigdala svolgono funzioni importanti per l’apprendimento e per il comportamento emotivo. In posizione caudale rispetto al lobo frontale e dorsale rispetto al lobo temporale, i lobi parietali sono delimitati rostralmente dalla scissura di Ronaldo o scissura centrale, e ventralmente dalla scissura di Silvio; essi sono implicati nel riconoscimento della posizione spaziale e della configurazione geometrica di ciò che entra nel campo visivo.

Consentono inoltre di gestire la propriocezione e di mantenere informazioni in un magazzino di memoria di lavorovisuo-spaziale. Nello specifico, le porzioni collocate posteriormente rispetto al solco centrale costituiscono l’area somatosensoriale primaria (anche definita area sensoriale I, SI, e corrispondente al n. 2, 3); anche in questo caso, come nell’area motoria primaria, porzioni diverse dell’area somatosensoriale primaria controllano in modo controlaterale parti diverse del corpo in modo da poter raffigurare un homunculus sensoriale asimmetrico come quello motorio, in cui la maggior parte dello spazio è dedicato alla gestione delle informazioni sensoriali provenienti dal volto e dalle mani. Collocati caudalmente rispetto ai lobi parietali e temporali da cui sono separati dalla scissura calcarina, i lobioccipitali sono coinvolti prevalentemente nell’elaborazione di informazioni visive. Nello specifico, è possibile distinguere tra un'area visiva primaria (n 17) e un’area visiva secondaria (n 18, 19) impegnate nella decodifica delle informazionivisive. In anni recenti si è scoperto quanto complessa sia la rete di connessioni nervose che mette in comunicazione le varie strutture cerebrali. Oltre alle fibre nervose trasversali che, come nel caso del corpo calloso, connettono gli emisferi cerebrali (connessioni interemisferiche), un ruolo notevole è rivestito dalle numerose fibre nervose di associazione che mettono in collegamento parti diverse dello stesso emisfero (connessioni intraemisferiche). Sotto la corteccia cerebrale sono presenti numerose altre strutture importanti per il nostro funzionamento. Il sistema limbico è costituito da strutture che circondano il talamo e che svolgono un ruolo essenziale nella regolazione degli stati emotivi e della motivazione nell’apprendimento. Oltre ai corpi mammillari, fanno parte di questo sistema l’amigdala (svolge un ruolo fondamentale per la connotazione emotiva delle info in fase di elaborazione nel cervello), la corteccia del cingolo (funzioni attentive), il setto, l’ippocampo (importante per funzioni legate alla memorizzazione di ricordi consapevoli a lungo termine e nella pianificazione di percorsi per muoversi nello spazio: come arrivare in quel posto) e il fornice (connette le diverse strutture limbiche). Il talamo è costituito da due lobi posti ai lato del terzo ventricolo ma collegato daun fascio di fibre nervose. All’interno i lobi talamici contengono nuclei che ricevono informazioni dagli organi sensoriali e le ritrasmettono alla corteccia cerebrale. Il talamo inoltre regola il flusso di informazione. Alla base del cervello troviamo una serie di strutture che, nel complesso, formano il tronco encefalico: tetto(formato da 4 rigonfiamento, due importanti per l’elaborazione delle informazioni uditive in entrata, altri due importanti per il smistamento delle informazioni visive in entrata) tegmento, ponte di Varolio(permette lo scambio di info tra cervello e cervelletto) e bulbo (ospita la formazione reticolare, una rete di nuclei che permettono di mantenere lo stato di vigilanza nell’organismo, regolare il sonno, il tono muscolare, l’attivitàrespiratoria e cardiovascolare)....