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Metodi strumentali in psicobiologia L’obiettivo della psicobiologia è definire la relazione tra attività cerebrale e funzioni psicologiche. Gli assunti di base necessari per poter definire tale relazione sono legati al rapporto mente cervello, secondo cui la mente è una proprietà che emerge dal funzionamento del cervello stesso e che quindi le molteplici funzioni cognitive e fisiologiche sono sottese da regioni specializzate del cervello e che quindi esista un certo grado di modularità a livello neurocognitivo. Cioè specifiche funzioni cognitive sono legate al funzionamento di specifici moduli (regioni/network cerebrali). Allora tutti i fenomeni psicologici sono causati dal cervello ma non riducibili esclusivamente ad esso. Breve storia della neuropsicologia Il rapporto tra mente e cervello è stato ampiamente dibattuto nei secoli, si pensa ad esempio all’uomo cartesiano per cui la mente e il cervello erano due entità separate, il cervello faceva parte del corpo dell’uomo, della res extensa quindi che segue le leggi deterministiche. La res cogitans invece, ovvero la mente o l’anima non è sottoposta a leggi deterministe ma obbedisce al libero arbitrio in quanto ha una natura diversa dal corpo. Quindi in questa concezione cervello e mente rappresentavano due entità distinte. Successivamente sostiene che non fossero completamente separate ma collegate in un punto privilegiato, la ghiandola pineale (unica area non speculare al centro del cervello), dove avverrebbe la relazione tra mente e cervello. Dall’uomo cartesiano si è poi passati alla neuropsicologia classica e questo passaggio avvenuto nel corso dei secoli è stato possibili grazie alle osservazioni di due neurologi ovvero Broca e Wernicke. Grazie alle osservazioni cliniche di questi due neurologi è stato possibile andare a sviluppare una nuova idea di associazione tra mente e cervello che ipotizzava una specializzazione funzionale delle suddivisioni della corteccia cerebrale. A metà dell’1800 Broca studia il famoso “paziente tan-tan”, affetto da una lesione frontale sinistra e capace della sola articolazione stereotipata di una sillaba ma ancora dotato di una notevole comprensione, dimostrava per la prima volta la possibilità che una lesione cerebrale causasse un deficit specifico di una funzione mentale e la lateralizzazione a sinistra del controllo della produzione linguistica. Il paziente successivamente descritto da Wernicke (1874), con una lesione del giro temporale superiore di sinistra e un quadro sintomatologico speculare a quello di “Tan-Tan”, permetteva di ribadire l’ importanza dell’ emisfero sinistro per una particolare funzione mentale, il linguaggio. Le osservazioni di Broca e Wernicke rappresentano la prima doppia dissociazione anatomo-comportamentale, con assegnazione funzionale all’area di Broca del compito di controllare l’articolazione del linguaggio (e non solo: funzioni metafonologiche, sintattiche, etc.) e con assegnazione funzionale all’area di Wernicke di funzioni di decodifica del linguaggio (in particolare di quello uditivo). Gli studi di Broca e Wernicke hanno quindi aperto un nuovo modo di approcciare il problema mente/corpo, studiando la relazione tra manifestazioni cliniche cognitivo-comportamentali e la presenza di specifiche lesioni cerebrali. Tali studi hanno gettato le basi per la nascita della moderna neuropsicologia. L’approccio di inferenza anatomo-comportamentale di Broca e Wernicke e per certi versi tuttora è rimasto l’unico disponibile per circa 120 anni, fino all’avvento delle tecniche di visualizzazioni del cervello in vivo. L’avvento della computer science e lo sviluppo tecnologico del secondo dopoguerra hanno portato tale approccio ad un culmine rappresentato dalle inferenze anatomo-cliniche basate non più su osservazioni postmortem ma sulla constatazione in vivo della distribuzione delle lesioni. Le diverse tecniche di brain imaging si dividono in 2 grandi categorie:
- Tecniche di visualizzazione strutturale: Studiano la forma del cervello e la presenza di strutture patologiche (tumori, emorragie, infarti). Permettono di fare una fotografia al cervello.
- Tecniche di visualizzazione funzionale (sviluppate dopo quelle strutturali): Studiano quali aree cerebrali svolgono una determinata funzione, la sequenza di attivazione delle aree coinvolte in un compito, e l’effetto su queste aree di varie patologie neurologiche (lesioni) e psichiatriche. Studiano il cervello mentre è in funzione.
Tecniche di visualizzazione strutturale Tomografia assiale computerizzata (TAC): prima tecnica strutturale. Basata sull’emissione di Raggi X (fotoni ad alta energia) vengono assorbiti diversamente da osso, liquido cerebro-spinale e vari tessuti (sostanza grigia e bianca), ovvero da varie strutture anatomiche che attraversano. Sulla base del grado di attenuazione dei raggi X l’algoritmo computerizzato ricostruisce l’immagine di ciascuna “fetta” utilizzando una scala di grigi che suggerisce quanto il raggio è stato assorbito. Quindi una scala di grigi va a suggerire quanto il raggio è stato attenuato nel passaggio da una determinata struttura, dato che le diverse strutture cerebrali hanno un grado di attenuazione del raggio X diverso è possibile risalire alla composizione del volume cerebrale e in particolare vediamo come la teca cranica che contiene moltissimo calcio appare più bianca rispetto alle altre strutture, così come la sostanza grigia che è maggiormente vascolarizzata, quindi si ha più sangue e calcio e di conseguenze si ha un colore più chiaro rispetto alla sostanza bianca in quanto quest’ultima meno vascolarizzata. Si ha poi il liquor che essendo maggiormente acquoso appare ancora più scuro rispetto alle altre strutture. Grazie a questo tipo di informazione è possibile visualizzare le diverse regioni cerebrali. Ad esempio nell’immagine seguente vediamo un paziente in tre momenti differenti, a CT0 immediatamente dopo la comparsa dei sintomi comportamentali che precedono la comparsa di un ictus ischemico, più si progredisce più si osserva come nella TAC è possibile individuare una lesione caratterizzata da un alterazione colorimetrica delle strutture visualizzate. In seguito all’ischemico c’è meno afflusso sanguigno e perdita della selettività della barriera ematoecefalica e ciò provoca un edema (travaso di liquidi, tra cui acqua) negli spazi extravascolari e quindi appare più scura. Viceversa se pensiamo a un ictus emorragico avremo un immagine più chiara. Quindi a seconda del tipo di evento avremo una lesione di diverso colore. La TAC presenta un metodo per fare inferenza anatomocomportamentale in quanto attraverso studi di gruppo è possibile individuare quali lesioni sono legate a un determinato sintomo comportamentale, non guardando un singolo soggetto ma più pazienti contemporaneamente. Nell’immagine a sinistra possiamo osservare come in un medesimo template (dato dalla media di diversi cervelli) vengono sovrapposte le lesioni cerebrali osservate in vari pazienti. Il grado di sovrapposizione delle lesioni viene trasformato in una scala colorimetrica dove il blu scuro indica una lesione di un singolo paziente mentre i colori più chiari indicano una sovrapposizione di più pazienti quindi questo fa si che si possa osservare quale regione in un gruppo di pazienti che presentano lo stesso sintomo è sistematicamente lesa in questi pazienti, andando a poter inferire che la regione che risulta maggiormente sovrapposta è quella responsabile del comportamento che appare deficitario nei gruppi di soggetti che stiamo studiando. Si passa quindi dall’analisi di un singolo paziente a gruppi di pazienti che permettono di inferire con un certo grado di certezza quale set di regioni è responsabile di un determinato sintomo comportamentale. Quindi è possibile mappare in modo specifico le porzioni di cervello lesionate in un numero significativo di pazienti che presentano il medesimo sintomo comportamentale. La Tac presenta dei vantaggi:
- Mezzo a basso costo
- Molto diffuso
- Buona risoluzione spaziale (1 mm)
- Fornisce dati immediatamente analizzabili Ha quindi un ruolo importante negli esami di urgenza per la rapidità dell’acquisizione delle immagini. É utile per i pazienti che non possono sottoporsi all’esame di risonanza magnetica perché portatori di pacemaker o placche metalliche che rendono impossibile l’esposizione al forte campo magnetico. Presenta anche dei limiti:
- Esposizioni a radiazioni
preferenziale definito dalla sostanza in cui si trovano, in una modalità definita anisotropa. Nella sostanza bianca ad esempio, l’acqua si diffonde con una modalità anisotropa, poiché gli assoni sono ricoperti di mielina che essendo lipidica ne “vincola” la loro diffusione, facilitandola in direzione parallela agli assoni. Possiamo quindi ricostruire come si distribuiscono i fasci di sostanza bianca nel volume cerebrale. Permette di creare delle mappe colorimetriche che vanno a mappare con il medesimo colore le molecole di acqua che si diffondono con la medesima direzione. Quindi di costruire la distribuzione dei fasci di sostanza bianca all’interno del cervello e sapendo che hanno un ruolo cruciale per la connettività anatomica permette di stimare quest’ultima. Tecniche per lo studio della funzionalità cerebrale Si dividono in:
- Metodi di visualizzazione funzionale (PET E fMRI)
- Registrazione del potenziale elettrico cerebrale (ERP e MEG)
- Tecniche di stimolazione cerebrale non invasiva (TMS E tDCS): offrono la possibilità di intervenire sulla funzionalità e potenzialità del SNC. Sia per obiettivi conoscitivi che per fini terapeutici. Anche utile strumento per valutare l’efficacia di alcuni interventi effettuati in modo combinato con le tecniche di neuroimmagine. Si ha la stimolazione cerebrale applicando sullo scalpo delle leggerissime correnti elettriche trasmesse al cervello in modo più o meno diretto. Sono presenti almeno 13 tecniche. Tomografia ad emissione di positroni (PET): Le regioni più attive hanno un colore più intenso mentre quelle meno attive più scuro. Tecnica medico-nucleare sviluppata dalla metà degli anni 80 Si avvale dell’iniezione di un radiotracciante e della misura delle radiazioni emesse a livello capillare/tissutale, per mappare nello spazio e nel tempo processi fisiologici. Sono quindi tre elementi necessari per svolgere uno studio PET:
- un radiotracciante
- la strumentazione adatta a rilevare il segnale
- un modello matematico e fisiologico in grado di mettere in relazione tracciante e strumentazione. Il risultato sono mappe quantitative del processo fisiologico di interesse, ricavate da mappe di radioattività. Il radiotracciante è costituito da un isotopo radioattivo legato a una molecola che segue un processo fisiologico o metabolico di interesse senza interferire con lo stesso. L’atomo usato è stato reso precedentemente instabile (radioattivo) da un acceleratore di particelle (ciclotrone). il nucleo cercherà di tornare in uno stato di equilibrio, a un livello energetico più basso (decadimento radioattivo). Questo processo è denominato decadimento positronico e avviene attraverso la cessione di un positrone che ad una distanza massima di pochi millimetri impatta e si annichila con un elettrone, emettendo energia sotto forma di due fotoni (raggi γ) divergenti a 180°. ) divergenti a 180°. I rilevatori di radiazioni dello scanner sono disposti a coppie, intercettano i due fotoni e considerano valida la misura solo se ne rilevano due contemporaneamente a 180° uno dall’altro. Il tracciante radioattivo iniettato nel sistema vascolare si diffonde al cervello e si concentra nelle zone in cui il flusso ematico è maggiore, cioè quelle attive durante lo svolgimento di un compito. Il livello di radioattività rilevato viene utilizzato per stabilire il grado di attività di queste regioni. La PET presenta sicuramente dei limiti: Invasiva in quanto implica l’iniezione di un tracciante radioattivo. Costosa e poco diffusa a causa dell’acceleratore di particelle indispensabile alla creazione degli isotopi radioattivi. Risoluzione spaziale non eccellente (qualche millimetro). Risoluzione temporale dipende dal processo fisiologico in esame (tra 1 minuto e 1 ora). Non è possibile ripetere molte misurazioni (al massimo 12/16) a causa dell’esposizione a radiazioni prolungata.
Risonanza magnetica funzionale (fMRI): Il soggetto sta in risonanza magnetica, ha delle cuffie e degli occhialini oppure uno specchietto tramite cui vede uno schermo e una respons box da cui vede le risposte. Quindi possiamo somministrare al soggetto degli stimoli visivi, uditivi e la sua risposta in termini di accuratezza oppure di reaction time (tempi di reazione). Il tutto è gestito da un computer che si occupa sia della somministrazione di stimoli che della registrazione delle risposte. Talvolta ci possono anche essere stimolazioni più semplici come tattili e movimenti semplici. Il principio alla base della tecnica sta nel fatto che il consumo di ossigeno da parte delle cellule cerebrali in attività, le cellule richiedono ossigeno per attuare il processo di respirazione cellulare, tramite il quale producono l’energia necessaria alla loro attività. L’ossigeno è trasportato alle cellule attraverso il flusso sanguigno, tramite una proteina detta emoglobina. Maggiore attività cerebrale, e quindi delle cellule neuronali à aumento dell’apporto di ossigeno, e quindi dell’emoglobina, nelle regioni di attività L’emoglobina ha proprietà paramagnetiche se deossigenata, cioè quando ha già ceduto, per gradiente di concentrazione, il suo carico di ossigeno alle cellule. Questo avviene perché il ferro, non essendo più legato all’ossigeno, determina una perturbazione del campo magnetico. Il segnale rilevato dai macchinari fMRI viene quindi perturbato dalla maggiore concentrazione di emoglobina deossigenata (paramagnetica,) rispetto a quella ossigenata (diamagnetica). La fMRI è basata quindi sul contrasto BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent), cioè sul rapporto desossiemoglobina(HBr)/ossiemoglobina (HbO2) nei tessuti nervosi. All’attivazione di un area cerebrale abbiamo un aumento del consumo di ossigeno trasportato attraverso il flusso sanguineo, in particolare dall’ ossiemoglobina che porterà a una minore quantità di desossiemoglobina. Se la deossiemoglobina (ha proprietà paramagnetiche) diminuisce avremo minor perturbazione del campo magnetico e quindi segnale fMRI più alto rispetto alla condizione di riposo. In un esperimento avremo quindi dei blocchi di riposo (circa di 30 secondi) e dei blocchi di attivazione dove il soggetto svolge il compito. È necessario che le medesime condizioni vengano ripetute più volte per studiare la relazione tra specifico processo cognitivo e la specifica attivazione cerebrale. Poi si va a cercare quali sono le regioni la cui attivazione segue l’alternanza delle condizioni di riposo e di attivazione e si inferisce che quella determinata regione sarà legata alla funzione cognitiva che stiamo studiando, questo metodo è definito metodo sottrattivo. I vantaggi sono:
- Poco invasiva
- Buona risoluzione spaziale I limiti:
- Scarsa risoluzione temporale (richiede almeno un minuto)
- Non misura direttamente attività neuronale
- Non permette inferenze causali
- Sensibile ad artefatti (es: ai movimenti della testa). Elettroencefalografia (EEG): L'EEG registra l’attività cerebrale che ha sede sulla superficie dell’encefalo ed è generato prevalentemente dalla materia grigia della corteccia e, in minima parte, dalla materia grigia che si trova più in profondità. L’EEG è una misura del flusso di corrente extracellulare che viene generato dalla somma delle attività di un elevato numero di neuroni disposti in corrispondenza dell'area corticale sottostante l'elettrodo. Gli elettrodi non sono disposti in modo casuale ma la loro disposizione è regolata sulla base del sistema 10:20, lo scalpo viene diviso in porzioni uguali e a seconda della porzione mappata da quel determinato elettrodo avremo la nomenclatura dell’elettrodo stesso. Il nome dell’elettrodo quindi dipende dalla zona in cui è localizzato, avremo elettrodi frontali (F), temporali (T), centrali (C), parietali (P),
- Ottima risoluzione temporale (accuratezza circa 1 msec) - Basso costo e semplicità della tecnica - Poco invasivi Gli svantaggi invece: - Risoluzione spaziale molto povera - Necessità di numerose prove per estrarre i potenziali - Numerosi artefatti (legati ad esempio allo sbattimento delle palpebre) Magneto encefalografia (MEG): La Magneto-encefalografia (MEG) è la misura del debole campo magnetico generato dall’attività elettrica dei neuroni cerebrali. Misurando il campo magnetico evocato dalla presentazione di stimoli sensoriali, la MEG permette di costruire una mappa dell’ organizzazione funzionale del cervello che ha una risoluzione spaziale al di sotto del centimetro, ed una temporale dell’ ordine del millisecondo. La MEG può essere usata come strumento per lo studio del cervello sia normale che patologico. Contrariamente alla PET e alla fMRI, la MEG misura direttamente l’attività elettrica cerebrale (in questo senso è simile agli ERP). Questo permette lo studio dei processi cognitivi con una altissima risoluzione temporale (circa 1 msec), uguale a quella consentita da ERP. La risoluzione spaziale della MEG è di alcuni mm sulla superficie cerebrale (risoluzione spaziale migliore di EEG), ma si riduce ad alcuni cm per le strutture profonde (ad es., talamo e gangli della base). Una volta che l’area cerebrale attiva è stata identificata, è utile collocare la sua sede su di un’ immagine strutturale del cervello del soggetto esaminato, ad esempio l’immagine ottenuta con la risonanza magnetica, un’operazione che prende il nome di co- registrazione. In breve, il soggetto esegue sia una MEG che una MR, e si presta attenzione che la sua testa sia nelle medesima posizione nelle due situazioni (si usano dei punti di riferimento visibili sia dalla MEG che dalla risonanza). Quindi le due immagini sono sovrapposte. Uno dei problemi della MEG (come anche degli ERP), è dato dalla non unicità del problema inverso à stabilire la sede cerebrale delle correnti elettriche a partire dalla distribuzione dei segnali EEG/MEG misurati sullo scalpo. Infatti, ad ogni distribuzione dei segnali EEG/MEG sulla testa si associano numerose possibili origini (‘sources’) o sedi generatrici di corrente nel cervello. In altri termini, il problema inverso ammette più di una soluzione. i vantaggi sono: - Misura direttamente l’attività neuronale - Ottima risoluzione temporale (accuratezza circa 1 msec) - Per nulla invasiva Gli svantaggi: - Modesta risoluzione spaziale (soffre della non-unicità del ‘problema inverso’). - Alto costo. - Necessita di numerose prove per estrarre i potenziali (come ERP). - Sensibile ad artefatti (come ERP). La stimolazione magnetica transcranica (TMS): per effettuarla è necessario uno stimolatore a cui viene attaccato un coil (bobina) poi applicato sullo scalpo per produrre la stimolazione. È una tecnica di stimolazione non invasiva, si ha un induzione di correnti sulla corteccia attraverso una variazione repentina di un campo magnetico indotto in una bobina (coil) in cui passa corrente. Possono aumentare o diminuire l’eccitabilità corticale. Il tutto è basato sulla legge di Faraday per cui il cambiamento di corrente elettrica all’interno del coil si associa ad un campo magnetico che oltrepassa lo scalpo e a sua volta genera un campo elettrico transitorio che interferisce con l’attività neuronale sottostante. Quindi abbiamo un campo elettrico che passa all’interno del coil, questo genera un campo magnetico che attraversa lo scampo (sempre perpendicolare al campo elettrico rappresentato dal rosso) a sua volta genera un campo elettrico direttamente sotto lo scalpo (a livello del tessuto cerebrale, rappresentato dal verde). Questo campo elettrico va a depolarizzare o iperpolarizzare la membrana cerebrale (dei neuroni che appartengono alla regione studiata) e questo va a creare un potenziale post-sinaptico eccitatorio o inibitorio. È importante ricordare che il campo elettrico decade con la distanza, quindi da un lato la
stimolazione sarà limitata alle aree che sottostanno il coil e dall’altro lato gli effetti saranno limitati alla superfice corticale (non potremo modulare l’attività delle regioni più profondi). Più ci allontaniamo dalla bobina che genera il campo più si disperde. Il setting di un esperimento di TMS è caratterizzato da una bobina con un supporto fisso che permette di avere la stimolazione sempre nello stesso punto e una volta che viene prodotta la stimolazione, sia durante che dopo, il soggetto va a partecipare a un esperimento in cui vengono raccolti i dati comportamentali come ad esempio l’accuratezza ai tempi di reazione e si valuta come la modulazione di una determinata corteccia cerebrale va a influenzare il comportamento durante l’esecuzione di un determinato compito. La TMS produce degli effetti che possono essere considerati diretti o indiretti. Vediamo di seguito gli effetti diretti:
- Potenziali evocati motori: la stimolazione della corteccia motoria primaria determina un movimento a livello di determinati muscoli dell’area controlaterale rispetto all’area motoria che andiamo a valutare (Chiamato twicth). La variazione di attività elettrofisiologica dovuta alla stimolazione TMS. - Fenomeno dei fosfeni: Fosfeni: la stimolazione della corteccia visiva produce fosfeni (statici se si stimola V1/V2; se stimolata area del movimento V5 si percepiscono fosfeni in movimento). I fosfeni sono dei lampi di luce. Gli effetti indiretti sono legati alla prestazione comportamentale, hanno un’influenza sull’accuratezza e tempi di reazione. - La TMS induce una sorta di «lesione virtuale». Per qualche secondo si disorganizza l’attività di una determinata regione cerebrale. Tipicamente si osserva riduzione accuratezza e aumento tempi di reazione(RT) nel compito esaminato se l’area stimolata è coinvolta nel compito. Effetti su RT o accuratezza possono essere selettivi (dipende dal compito, nel compito di controllo non dovrebbero esserci effetti). Se questo accade avrò la ragionevole certezza che quell’area stimolata è direttamente coinvolta nel processo cognitivo che sto indagando con il particolare compito che il soggetto sta svolgendo. Glie effetti della stimolazione dipendono da una serie di fattori: - Intensità: può essere fissa oppure individuale. Rappresenta l’intensità con cui vado ad applicare la mia stimolazione. Quando è fissa per esempio stimolo sempre al 60% della massima intensità. Più spesso però usata un’intensità individuale perché gli effetti sono in larga misura soggettivi. Quindi consentita dallo stimolatore. Possiamo usare due criteri di soglia quando parliamo di intensità individuale quella motoria e i fosfeni. La soglia motoria si riferisce all’intensità minima tale per cui applicando la TMS sulla corteccia motoria primaria (area della mano) si elicita sulla mano controlaterale un MEP visibile a occhio o di almeno 50 mV se misurato con elettromiografo, 5 volte su 10 (cioè, se do 10 impulsi, devo vedere MEP con quelle caratteristiche 5 volte ). Per quanto riguarda una soglia basata sui fosfeni se ricevo 10 impulsi di TMS su aree visive primarie V1/V devo vedere fosfeni 5 volte, se questo accade quella è l’intensità minima con cui andrò a stimolare il mio soggetto. Le due soglie hanno una differenza fondamentale, quella motoria è controllabile dallo sperimentatore mentre nel caso del fosfene si fa riferimento solo all’esperienza riportata dal soggetto. - Frequenza di stimolazione: si misura in Hertz ovvero il numero di impulsi che viene dato al secondo (es: per 1 Hz= 1 impulso al secondo). La frequenza di stimolazione mi darà un potenziale post sinaptico eccitatorio o inibitorio. In particolare se la frequenza di stimolazione è uguale o maggiore di 1 Hz sarà inibitoria, maggiore di 1 Hz eccitatorio (in genere si usano da 5 Hz a 20 Hz) - Durata di stimolazione: In ambito clinico si utilizzano per lo più protocolli offline. Le sedute di TMS a fini di riabilitazione devono essere frequenti, per esempio 5 giorni a settimana per alcune settimane. Si parla di protocolli che possono essere online o offline. In quella online, la TMS viene data insieme al compito e sono usati maggiormente nella ricerca di base. Nel protocollo offline, la TMS è data prima del compito e è più usata in clinica nella cura di disturbi psichiatrici o neurologici. - Momento di stimolazione Vediamo un esempio di TMS sul fenomeno della consapevolezza motoria relativamente a un fenomeno chiamata intentional biding, tale per cui quando si produce un azione volontaria che a sua volta produce un effetto si percepisce l’intervallo temporale tra l’azione e l’effetto provocato da tale azione come più
- Alta risoluzione spaziale e temporale (si osserva immediatamente dopo che è stato dato l’impulso e ha un’alta risoluzione spaziale). - Nesso causale tra l'attivazione del cervello e il comportamento (importantissimo, con la risonanza magnetica funzionale non si può fare) - Effetti terapeutici: su moltissimi disturbi neurologici e psichiatrici (sulla Depressione, Stroke, Disturbo Ossessivo Compulsivo, Disturbo Bipolare – Mania, Schizofrenia (Catatonica – Allucinazioni), Sindrome di Tourette, Epilessia, Parkinson, Dolore, Emicrani). Osserviamo gli effetti sul disturbo ossessivo- compulsivo e sulla sindrome di Tourette (caratterizzata da tic, di natura motoria o vocale (sia senza significato che a produrre delle parole vere e proprie o episodi di ecolalia (ultima parola sentita) e coprolalia (parolacce)). Non è ancora chiarissimo quale sia il meccanismo neurofisiologico responsabile di questa sindrome e non esiste una terapia farmacologica che permette di tenere sotto controllo queste manifestazioni comportamentali. È interessante sviluppare tecniche di TMS che possano ridurre questa sintomatologia comportamentale. Studi di risonanza magnetica funzionale hanno mostrato che c’è una iper eccitabilità delle cortecce motorie e premotorie in questo tipo di pazienti. Applicando una TMS ripetitiva a bassa frequenza per valutare se questa potesse normalizzare l’iperattività delle regioni motorie corticali e quindi migliorare la sintomatologia comportamentale (spesso hanno anche OCD). Il trattamento TMS è stato fatto per 10 sessioni giornalieri sull’area supplementare premotoria a 1 Hz al 100% della soglia motoria e fornendogli 1200 impulsi al giorno. I risultati hanno mostrato un miglioramento clinico dopo la prima settimana di trattamento mentre durante la seconda settimana di trattamento cambiamenti statisticamente significative si sono visti su tutta un'altra serie di scale. Gli autori mostrano anche che questo miglioramento della sintomatologia rimaneva stabile a tre mesi di follow up. Sono presenti tuttavia anche dei limiti della TMS solo però per coloro che hanno controindicazioni, la TMS ha infatti effetti collaterali, può per esempio indurre crisi epilettiche in persone predisposte. E’ importanti attenersi alle linee guida e somministrare sempre dei questionari di ammissibilità del partecipante/paziente allo studio. Un esempio di questionario si può osservare sulla destra. Un esempio di incidente con la TMS è stato dovuto al fatto che un soggetto non aveva dichiarato il fatto che prendesse psico- farmaci (che rappresenta una controindicazione) per controllare gli attacchi di panico. Questa mancata informazione ha portato il soggetto a sperimentare una crisi epilettica durante la stimolazione della corteccia motoria primaria. Stimolazione elettrica transcranica (TES): Ci sono un ampia gamma di tecniche e paradigmi di stimolazione non-invasiva (NiBS) che eroga un debole flusso di corrente elettrica attraverso lo scalpo. Questo permette la diretta modulazione del potenziale di membrana che a sua volta produce una modulazione del firing rate spontaneo del neurone. Esistono diversi parametri di stimolazione che dipendono da: - Tipo di protocollo erogato - Intensità / Densità - Localizzazione - Tempistica di stimolazione Esistono diversi paradigmi di stimolazione in funzione di come si stimola (come viene erogata la corrente elettrica), noi osserveremo solo la tDCS, ovvero la stimolazione transcranica a corrente continua, per tutto il tempo di stimolazione, lo stimolatore eroga corrente alla medesima intensità (ad es 1mA). L’intensità a cui viene applicata la stimolazione è a bassa intensità tra 1-2 mA e non è in alcun modo percepibile dalla persona stimolata. La corrente viene applicata utilizzando degli elettrodi che possono avere diversa dimensione (es 5X5 o 7X5 cm) e la dimensione dell’elettrodo influenza la specificità dell’area stimolata (più grande stimola sezione più alta). Si è una certa focalità della stimolazione che si propaga anche nelle aree circostanti all’elettrodo stesso. La stimolazione può essere erogata o durante l’esperimento o prima come per la TMS.
Osserviamo un esempio di esperimento di tDCS che voleva indagare l’effetto della stimolazione nel giro frontale sinistro nel contesto della comprensione di frasi. Se una stimolazione eccitatoria in questa regione producesse un miglioramento nella comprensione di frasi, effettivamente si è osservato un miglioramento dell’accuratezza media quando vi era una stimolazione eccitatoria di questa particolare regione rispetto alla stimolazione sham (placebo: sensazione di essere ancora stimolato ma in realtà nessuna corrente). In questo studio:
- il tipo di protocollo era proprio la tDCS - l’intensità: i due elettrodi erano uno di 3 X 3 cm e il secondo di 7 X 5 cm. La stimolazione era di 0. mA per trenta minuti. Mentre nella condizione shame si spegneva dopo 30 secondi non producendo alcuna stimolazione. - Localizzazione: stimolazione applicata all’area frontale inferiore sinistra nell’area broadman 44. - Tempistica di stimolazione: l’esperimento è iniziato 10 minuti dopo l’inizio della stimolazione e è durato fino alla fine della stimolazione. Iniziata prima dell’inizio dell’esperimento e durava per tutta la durata dell’esperimento stesso. Nei primi 10 minuti dove non era iniziato l’esperimento i partecipanti osservavano due filmati della durata di cinque minuti ciascuno. Cambiamenti cognitivi nell’invecchiamento fisiologico Negli ultimi decenni si è assistito a un progressivo invecchiamento generale della popolazione dovuto all’allungamento dell’aspettativa di vita e a un massiccio calo delle nascite. Si è avuto un aumento delle persone over 60 e entro 30 anni probabilmente i ultra 65 anni rappresenteranno il 20% della popolazione totale. Quindi è importante focalizzarsi su questa fascia d’età. Ricerca gerontologica da ieri a oggi Nel passato la ricerca era caratterizzata da un metodo trasversale ovvero i confronti erano di tipo 'cross- cohort’, si osservavano contemporaneamente in una sola misurazione e nelle stesse condizioni soggetti di età diversa e si mettono in relazione tra loro. Questo approccio subisce la possibile influenza di variabili intervenienti di disturbo, non abbiamo la certezza che le due popolazioni siano bilanciate per tutta una serie di variabili. La ricerca del passato era basata anche sulla metafora della collina (1922) dove l’invecchiamento, inteso come una china discendente della collina, dopo il suo apice di altezza o maturità (durante l’adolescenza). Sempre in linea con questa idea si assiste all’ipotesi del massimo adolescenziale per cui lo sviluppo cognitivo si arresta a fine adolescenza, l’età adulta è associata a un declino cognitivo generale. L’invecchiamento è inteso come una realtà unidimensionale caratterizzata da una perdita progressiva e irreversibile. Questo approccio non contestualizza correttamente i processi di cambiamento illustrati dalle attuali ricerche sull’invecchiamento, infatti non si ha una caduta generalizzata in tutti i domini cognitivi e nello stesso modo. Quindi in contrapposizione a questa teoria si è imposta un’altra teoria ovvero la prospettiva life span (1990) che contestualizza lo sviluppo nell’arco della vita, lo sviluppo è un processo che dura tutto l’arco di vita e va inteso come un continuo riequilibrio tra nuove acquisizioni e perdita di alcune abilità. Questa prospettiva ha portato all’utilizzo di metodi longitudinali basati sull’osservazione dei soggetti nel tempo, lungo un arco temporale più o meno lungo, per seguire la dinamica di un fenomeno nel campione selezionato. Quindi l’invecchiamento è caratterizzato da un interazione dinamica tra guadagni e perdite. Si considerano diversi aspetti (non solo cognitivi ma anche emozionali, qualità di vita dell’anziano), si ha quindi una multidimensionalità del fenomeno. Nella ricerca gerontologica oggi vengono considerati diversi aspetti (emozionali, qualità di vita dell’anziano) e quindi si considera effettivamente il fenomeno come multidimensionale. C’è una scala che viene usata nell’ambito della ricerca gerontologica, una misura self report che deve essere somministrata ad oggetti che hanno più si 65 anni, la risposta è dicotomica e sulla base della risposta viene dato uno specifico punteggio. La scala GDS riguarda l’umore dei soggetti, è caratterizzata da trenta items, ogni item valuta un aspetto specifico della vita del soggetto in termine di tono dell’umore. Tra 0-5 punti la depressione è improbabile, tra 6-9 punti la depressione è possibile, tra 10-15 punti si ha una probabile presenza di depressione. Il tono dell’umore può infatti influenzare le capacità soggettive del soggetto. Quindi nella prospettiva del life span l’invecchiamento è un processo multidimensionale, lo sviluppo biologico, cognitivo, socio-emozionale, possono seguire traiettorie diverse nello stesso individuo e influenzarsi a vicenda → variabilità intraindividuale. Le differenze interindividuali riguardano variazioni fra soggetti che
- Meccanismi di inibizione inefficienti – meno attenzione alle informazioni in entrata, con saturazione della memoria di lavoro in quanto si ha una generale mancata regolazione di processi attentivi, che spiegherebbe deficit in altri domini cognitivi. Vengono elaborate più informazioni in entrata e si va a saturare più velocemente la memoria di lavoro. - Rallentamento cognitivo, in termini di velocità di elaborazione. Determina un riduzione delle informazioni in entrata (Salthouse, 1996) si ha quindi un deficit in tutti i task in cui è richiesta elaborazione di materiale nuovo, mentre prestazione preservata in compiti relativamente automatici o in cui è possibile utilizzare strategie o supporti esterni. Teoria dei processi automatici e controllati: Alcuni autori hanno messo in luce anche l’importanza di altri aspetti, ad esempio nella teoria dei processi automatici e controllati viene postulata la diminuzione di prestazione cognitiva in compiti di memoria legata a un deficit specifico di processi controllati (legati ai lobi frontali). Quindi questa teoria dei processi automatici e controllati distingue i due tipi di processi: - Processi automatici: innati, rapidi, legati allo stimolo e non all’intenzione (bottom-up), si basano sulla familiarità e sul contesto, una volta appresi difficili da dis-apprendere o inibire - Processi controllati: coscienti, necessitano uso controllato dell’attenzione e della memoria, richiedono l’utilizzo volontario delle risorse in quanto implicano sforzo. I processi di elaborazione sensoriale sono influenzati dall’età e si ha quindi un indebolimento in questi nelle capacità sensoriali (vista e udito). Spiega perché gli anziani riescono a eseguire azione super apprese o dove si ha familiarità con gli stimoli. È stata ipotizzata una stretta relazione tra misure sensoriali e cognitive, quindi il declino di una funzione sensoriale farebbe declinare una funzione cognitiva. Funzioni cognitive principali Osserviamo ora quindi le principali funzioni cognitive che vedremo modificarsi con l’età. Memoria: Rappresenta una delle funzioni più complesse dell'attività umana e può essere definita come la capacità di immagazzinare, mantenere e di recuperare informazioni. Molto studiata nel contesto dell’invecchiamento (deficit di memoria tra i primi sintomi di invecchiamento patologico). E’ la base di tutti i processi mentali superiori: è essenziale per risolvere problemi, elaborare concetti, prendere decisioni. I tipi di memoria sono distinti a seconda delle caratteristiche temporali dell’elaborazione richiesta al momento della codifica e del recupero (memoria sensoriale, a breve termine vs. a lungo termine), e del tipo di stimolo da elaborare (verbale vs. visuo-spaziale). I primi due magazzini di memoria a breve termine sono La memoria a breve termine e la memoria di lavoro. La MBT con il passare degli anni subisce solo un decremento trascurabile. La memoria di lavoro (working memory, WM), che coinvolge l’immagazzinamento e la simultanea manipolazione di informazioni, subisce un maggiore decremento. Per esempio, la persona anziana non ha difficoltà se deve leggere o ricordare un numero di telefono per poi digitarlo, ma ha problemi se contemporaneamente deve tenere a mente il nome della persona a cui deve telefonare. In altre parole gli anziani hanno difficoltà nei dual task ed è uno dei motivi per cui si osservano più cadute negli anziani, perché mentre si cammina spesso si fanno anche altre attività. Ci sono diverse ipotesi delle possibili cause del declino della memoria di lavoro, tra queste troviamo:
- Diminuzione della velocità d’elaborazione: si avrebbe un elaborazione accurata solo delle prime operazioni cognitive richieste dal task, quindi una generale esecuzione di tali operazioni più lenta e si ha meno tempo per le successive, di conseguenza l’esecuzione è imprecisa e ciò porta a un declino della performance
- Ipotesi del deficit di inibizione: negli anziani si ha una difficoltà di inibizione cognitiva, vengono elaborate più informazioni in entrata anche non rilevanti e questo porta a una saturazione del magazzino della memoria di lavoro. Rimane aperto il dibattito sul declino differenziale a seconda del tipo di stimolo usato per il compito. In alcuni studi si ha maggiore difficoltà infatti in prove visive (non famigliari per l’anziano) ma non sempre questi risultati sono in accordo tra loro. Non si ha sempre questa difficoltà in tutti gli esperimenti. Una possibile spiegazione è legata all’ipotesi della valenza emotiva, che postula come l’effetto dell’invecchiamento sia minore in prove di WM con stimoli avanti valenza emotiva (positiva o negativa) rispetto a prove con stimoli neutri (nessuna valenza emotiva). Quindi gli anziani vanno peggio rispetto ai
soggetti giovani nei compiti di WM quando gli stimoli sono neutri. Quando hanno valenza emotiva la differenza tra giovani e anziani non si evidenza. In un esperimento basato su tale ipotesi si sono visti due effetti:
- risultato: peggiore prestazione anziani nel compito con immagini neutre rispetto a immagini emotive. Questo chiamato effetto emotività - risultato: negli anziani migliore prestazione in cui si utilizzano stimoli positivi rispetto a stimoli negativi, rispetto ai giovani. Questo chiamato effetto Positività. Sono state proposte delle ipotesi del perché questo avvenga, in particolare si è proposto che le informazioni emotive con l’avanzare dell’età abbiano minor costo cognitivo per poter essere elaborate quindi gli anziani sembrano indirizzare le proprie risorse cognitive in modo selettivo verso l’elaborazione di stimoli emotivi. Quindi questi stimoli emotigeni hanno un accesso privilegiato alla memoria di lavoro. Questo porta alla teoria della selettività socio-emotiva tale per cui gli anziani regolerebbero le loro risorse in modo da mantenere o incrementare il proprio benessere favorendo ad esempio emozioni positive. Questa selettività nelle scelte e relazioni sociali all’aumentare dell’età è finalizzata alla soddisfazione emotiva. Nell’età adulta avanzata assistiamo ad uno spostamento verso le emozioni più marcato rispetto a quello che si verifica in altre fasce di età. Per quanto concerne la memoria a lungo termine è quella memoria tale per cui si ha una quantità potenzialmente illimitata di informazioni per tempi molto lunghi e implica, oltre ai processi di mantenimento, anche quelli di codifica e recupero dell’informazione. Non si tratta di un sistema unitario, abbiamo infatti: - Memoria implicita vs esplicita: la prima riguarda procedure (es. abilità motorie), la seconda aspetti dichiarativi (es. ricordi coscienti). - Memoria semantica vs episodica: la prima riguarda il ricordo di conoscenze e significati (es. vocabolario), la seconda eventi specifici (es. luogo e tempo di uno specifico avvenimento). - Memoria retrospettiva vs prospettica: la prima recupera il ricordo di episodi del passato, la seconda piani del futuro. La memoria semantica risulta in genere conservata (gli anziani mantengono il complesso delle loro conoscenze) seppure mostrano talvolta difficoltà nell’apprendere materiale semantico nuovo o possono manifestare difficoltà temporanee nel recupero dei nomi. La memoria procedurale risulta anche essa preservata. Abilità motorie (p.es., guidare, suonare uno strumento, ballare...), ma anche abilità cognitive (es. fare i calcoli, leggere) rimangono integre. Si hanno però variazioni significative sulla memoria episodica, che implica accesso consapevole o controllato delle informazioni e quindi una difficoltà nel ricordare le fonti e i dettagli contestuali legati al ricordo. Sembra che l’effetto dell’invecchiamento sulla memoria episodica possano essere mediati dalla quantità di supporto fornita nel ricordo. Infatti: - Prestazioni meno compromesse in prove di riconoscimento quando vengono dati suggerimenti (cues) che facilitano la rievocazione delle informazioni. - Si assiste inoltre al gradiente temporale tale per cui gli eventi più distanti nel tempo, specialmente nella giovinezza (reminiscence bump) vengono ricordati più facilmente. La spiegazione a questo fenomeno è che molti eventi salienti si concentrano nei primi 30 anni di vita, quando i processi di codifica delle informazioni sono più efficienti. Inoltre gli episodi rievocati hanno in genere una forte connotazione emotiva (perché relativi all’infanzia o all’adolescenza) e si tratta comunque di episodi autoselezionati, ovvero non possiamo sapere tra quanti ricordi salienti vengono riportati tali eventi e si tratta comunque di ricordi soggetti a meccanismi ricostruttivi che sono inverificabili (difficoltà nel verificare veridicità del ricordo). Per quanto riguarda la memoria prospettica e retrospettiva i deficit più marcati con l’invecchiamento si hanno nella memoria prospettica. In particolare la memoria prospettica può essere basata su due tipi di informazione: - Basata sul tempo (devo ricordare di prendere le medicine alle 2) - Basata sugli eventi (quando suona la sveglia devo prendere le medicine) Sembrerebbe che i deficit negli anziani sarebbero maggiori in memoria prospettica basata sul tempo, che è quella maggiormente legata a meccanismi di controllo interno, mentre per l’evento abbiamo un evento che
monitora il tempo di esecuzione, maggiore la difficoltà maggiore il tempo di esecuzione (sempre va monitorata anche la velocità di elaborazione). Comprensione e produzione linguistica: La capacità di decodificare il linguaggio scritto e parlato rimane pressoché stabile negli anziani, così come la capacità di comprendere il significato di singole parole. Questa abilità è infatti legata all’intelligenza cristallizzata. Si ha una maggior frequenza del fenomeno “sulla punta della lingua” (fallisce l’attivazione fonologia della parola) soprattutto con i nomi propri. A queste difficoltà il soggetto anziano sano va a ovviare utilizzando delle perifrasi, ripetizioni, pause prolungate. Per quanto riguarda la comprensione del testo richiede di integrare informazioni nuove (contenute nel testo) con delle conoscenze pregresse. Quindi si ha la necessità di aggiornare info rilevanti e di sopprimere quelle irrilevanti man mano che si procede nel testo. Ci si è chiesti se la memoria di lavoro e capacità di updating (che declinano con l’età) sono importanti nella comprensione, ovvero la comprensione declina con invecchiamento? Dipende dal tipo di codifica: la codifica superficiale (text-based: ricordare i singoli passaggi) è peggiore negli anziani mentre essi sono in grado di creare una rappresentazione globale del testo. Uno studio di Borella, De Beni e Ribaupierre (2007) ha messo a confronto prestazione giovani e anziani in prove di comprensione e ricordo del testo:
- In prove di comprensione per sé (il testo rimane a disposizione), c’è mantenimento della comprensione. - In prove di memoria per il testo (no testo) si ha caduta drastica nel punteggio (carenza della memoria episodica). Inoltre la complessità testo stesso e genere letterario di appartenenza influenzano la comprensione. Si è anche osservata un’importanza della situazione (es: familiare e simile alla vita quotidiana). Cambiamenti fisiologici I cambiamenti cognitivi legati all’invecchiamento si legano a cambiamenti fisiologici a livello del SNC. Sono stati ipotizzati diversi framework teorici per spiegare tali cambiamenti fisiologici e come questi si relazionano con i cambiamenti cognitivi. Secondo un approccio multifattoriale ci sono diversi fattori che vanno a influenzare il funzionamento cognitivo, quindi che vanno a influenzare in modo diverso diverse funzioni cognitive. Ogni fattore ha cause diverse e fattori di rischio diversi e soprattutto target anatomici differenti. Questo approccio si contrappone a quello unitario tale per cui ci sarebbe un unico fattore in grado di spiegare i cambiamenti cognitivi nell’invecchiamento che è sotteso da un unico target anatomico quindi un cambiamento fisiologico a livello prevalentemente iniziale a livello del lobo temporale mediale. La principale differenza fra i due tipi di approccio è che l’approccio unitario ipotizza che vi sia un continuum in cui la demenza non è altro che un accelerazione del normale processo di invecchiamento, quindi dello stesso processo a cui vanno incontro gli individui. Nell’approccio multifattoriale si hanno invece due tipi di outcome associati al processo dell’invecchiamento, un invecchiamento fisiologico avanzato e un invecchiamento patologico che esita nella demenza vera e propria. I cambiamenti nelle funzioni cognitive sono causati da cambiamenti nei circuiti prevalentemente fronto striatali, più anteriori, e si manifestano con dei cambiamenti prevalentemente strutturali a carico della sostanza bianca, soprattutto nelle aree anteriori, a processi atrofici della sostanza grigia delle aree prefrontali e ha una perdita di volume nello striato. Si ha anche una neurochimica implicata si ha infatti una ridotta dopamina soprattutto in aree frontali. Si hanno quindi anche dei cambiamenti cruciali a livello della densità della sostanza bianca, in un esperimento di fMRI i cambiamenti di sostanza bianca sono proporzionali ai risultati di test cognitivi di memoria, in diversi pazienti la riduzione della sostanza bianca si associa in modo abbastanza lineare nel cambiamento alla prestazione nei test di memoria. Sono stati valutati anche i cambiamenti con DTI e si è osservato che i cambiamenti a livello della sostanza bianca siano prevalentemente a carico della sostanza bianca delle aree anteriori, per quelli posteriori invece non vi è una differenza significativa tra giovani e anziani. Quindi la differenza a livello della sostanza bianca sia prevalentemente a carico delle regioni anteriori del cervello. Nel contesto multifattoriale legato hai cambiamenti fisiologici si è ipotizzato che a seconda del target anatomico che risulta essere maggiormente danneggiato nei soggetti anziani si verificano tutta una serie di
deficit cognitivi diversi e una progressione e outcome diversi. Se il target anatomico è il fronto striatale si avranno deficit prevalentemente a carico delle funzioni esecutive e della memoria con una progressione relativamente lenta che può portare come outcome il mild cognitive decline fino alla demenza. Mentre se il target anatomico è prevalentemente collocato a livello del lobo temporale mediale si assiste a un deficit specifico dei processi di memoria con una progressione più veloce che esita nella demenza associata ad Alzheimer. I cambiamenti cognitivi non sempre sono proporzionali ai cambiamenti fisiologici, Tuttavia non sempre si assiste ad una relazione diretta tra declino delle strutture cerebrali (es. lobi frontali) e le capacità cognitive misurate. Per spiegare il perché di questa mancata relazione diretta bisogna andare ad osservare il modello della risorsa cognitiva tale per cui il cervello mette in atto processi attivi per contrastare o compensare un declino patologico (meccanismi di compensazione). Il cervello è in grado di cambiare, svilupparsi e adattarsi (sia strutturalmente sia funzionalmente) grazie ad un’interazione dinamica tra influenze di tipo biologico e ambientale. Sono stati ipotizzati per spiegare la mancanza di questa relazione diretta dei modelli neurocognitivi dell’invecchiamento fisiologico, non patologico, Modelli che mettono in relazione cambiamenti cognitivi con cambiamenti neurofunzionali:
- Modello Harold - Modello Pasa - Crunch hypothesis - The Cognitive Reserve Theory Modello Harold (Hemispheric Asimmetry Reduction in Older Adults (Cabeza 2002)): Gli anziani tenderebbero a reclutare un pattern neurale meno lateralizzato rispetto ai soggetti di giovane età. Il modello si basa su studi fMRI che hanno utilizzato diverse classi di compiti, dove si osservava l’attivazione cerebrale e questa era più bilaterale negli anziani rispetto ai giovani. Questa riduzione di asimmetria funzionale avverrebbe prevalentemente a livello della corteccia prefrontale. La riduzione di lateralizzazione emisferica si manifesterebbe in tutti i compiti cognitivi di alto livello e non nelle semplici funzioni motorie e percettive. Questa riduzione di lateralizzazione emisferica sembra essere dovuta all’attuazione di processi di compensazione, ovvero più il soggetto anziano recluta aree bilateralmente a livello della corteccia prefrontale migliore è la sua prestazione a livello comportamentale rispetto ai testi cognitivi a cui viene sottoposto. Mentre nei giovani c’è una maggiore lateralizzazione durante lo svolgimento di un compito, negli anziani si verifica un maggiore reclutamento bilaterale e tanto più sono in grado di reclutare bilateralmente, tanto più la prestazione si avvicina a quella dei giovani. Modello Pasa (Posterior-anterior shifting in aging (Grady et al, 1994;Davis, 2008)): L’invecchiamento normale sarebbe caratterizzato da una progressiva perdita di funzionalità delle aree cerebrali posteriori associata ad un aumento dell’attività della PFC (corteccia prefrontale). Questo fenomeno si chiama shifting anteriore-posteriore e sembra essere correlato al livello di performance comportamentale. Anche in questo caso l’iper-attivazione della corteccia PF negli anziani sembra essere la manifestazione neurofunzionale di processi di compensazione. Si avrebbe un maggiore reclutamento delle aree anteriori e minore di quelle posteriori. Maggiore è lo shifting migliore è la prestazione. Crunch Hypothesis (Compensatory-Related Utilization of Neural Circuits Hypothesis (ReuterLorenz and Cappell, 2008)): Il cervello degli anziani tenderebbe a reclutare maggiori risorse neurali per poter raggiungere un output comportamentale simile a quello dei giovani. Anche in questo caso l’aumento della risposta neurale sarebbe la manifestazione neurale dell’attuazione di processi di compensazione. Non fa più delle previsioni anatomiche circa la localizzazione dei processi di compensazione. Il cervello anziano quindi tenderebbe a reclutare in misura maggiore o minore certe regioni in funzione della complessità del compito. Quando il task demand non è particolarmente importante (complicato cognitivamente) il livello di reclutamento delle regioni neurali non è troppo diverso dai giovani. Più cresce la complessità del compito più il cervello anziano tende a iper attivare determinate regioni cerebrali. Quando il task demand diventa molto complesso, il cervello anziano non è più in grado di compensare per quanto riguarda l’attività della determinata regione, abbiamo un ipoattivazione. Quindi a livello comportamentale quando il livello di complessità è basso la prestazione comportamentale tra giovani e anziani è
perdita di isocronia tra esecuzione e immaginazione del movimento. Questo fa presumere che gli anziani pensino con meno precisione l’immaginazione del movimento.
- A livello neuro funzionale, c’è una sostanziale sovrapposizione specie a livello delle aree premotorie e parietali tra aree per l’esecuzione del movimento e immaginazione del movimento. Questa sovrapposizione non c’è a livello delle aree motorie primarie (perché in un caso non si esegue il movimento). Se ci concentriamo sul compito di immaginazione motoria si può osservare come nei soggetti anziani abbiamo un maggiore reclutamento delle aree occipitali e queste attivazioni erano proporzionali alla prestazione comportamentale (maggiore reclutamento migliore prestazione). Ci sono quindi delle lievi differenze comportamentali tra giovani e anziani associate a delle significative differenze a livello neuro funzionale che si manifestano con un iper attivazione di determinate regione negli anziani. Quindi i cambiamenti non sono a livello prefrontale ma nelle aree più occipitali Per quanto concerne l’immaginazione motoria implicita si è invece osservato su un gruppo di 27 soggetti giovani e 29 anziani sempre con fMRI dovevano eseguire il compito della mano destra o sinistra (rotazione mentali delle mani). Si aveva quindi questo compito, una condizione di baseline per evocare la medesima evocazione percettiva dello stimolo sperimentale ma senza il processo cognitivo di interesse e un compito di controllo fatto con stimolo che non evocava l’immaginazione motoria e sempre associato a una condizione di baseline. Si è osservato: - A livello comportamentale non ci sono differenze nei tempi di reazione tra giovani e anziani. - A livello neuro funzionale si ha ancora un maggiore reclutamento delle aree occipitali negli anziani piuttosto che nei giovani. Ancora una volta a carico di regioni posteriori non anteriori come ipotizzato nei primi due modelli. Andando poi a guardare il compito di controllo si vede una iper attivazione posteriore ma non è paragonabile a quella del compito sperimentale. Maggiore l’attivazione migliore la prestazione comportamentale. Nel terzo studio ci si è chiesti se si potevano trovare dei risultati diversi, quando il compito è più complesso, veniva chiesto ai soggetti di immaginare di usare determinati oggetti con la mano e chiedere se lo avessero preso da sopra o da sotto. Un compito non afinalistico e che impone una relazione con un oggetto esterno. I soggetti erano 24 giovani e 24 anziani. Si è osservato: - A livello comportamentale si sono osservati dei risultati significativi, i soggetti anziani avevano dei tempi di reazione più lenti e meno accurati dei soggetti giovani. Si ha un peggioramento della prestazione nei soggetti anziani - A livello neuro funzionale: si hanno differenze tra i due gruppi e questa volta sono in termini di ipoattivazione. Gli anziani attivavano meno certe aree rispetto ai giovani. Sono regioni parietali estremamente legate all’interazione con gli oggetti esterni. Possiamo quindi concludere che i processi di compensazione in termini di iper attivazione hanno luogo anche al di fuori dei lobi frontali in quanto dipende dal compito e questo porta a concludere che il modello HAROLD e PASA sono solo manifestazioni possibili dell’invecchiamento ma non generalizzabili a tutte le funzioni cognitive o compiti sperimentali. Un modello più generale come la Crunch Hypothesys può spiegare meglio i dati, infatti in compiti meno complicati si ha una prestazione sostanzialmente sovrapponibile e inoltre si ha un certo grado di iper attivazione mentre in compiti più complessi arriviamo ad avere un ipoattivazione. Come prevenire l’invecchiamento cognitivo Oltre ai meccanismi di compensazione, l’anziano può fare uso di alcune strategie in modo più cosciente per mantenere una prestazione comportamentale comparabile a quella dei giovani. Sono stati proposti diversi training: - Training di memoria di lavoro: obiettivo di incrementare i meccanismi della memoria di lavoro con l’esercizio in compiti specifici di WM. - Training strategici: potenziano la memoria episodica insegnando all’anziano delle tecniche di strategia di memoria ovvero le memotecniche - Training metacognitivi: promuovono le conoscenze sul funzionamento della memoria e un atteggiamento attivo verso compiti che implicano il suo utilizzo. L’assunto affinché questi training possano essere efficace è quello della plasticità cognitiva ovvero la possibilità di migliorare prestazioni cognitive con strumenti specifici.
Ci sono alcune caratteristiche personali che influenzano la riuscita di training mnestici:
- Età: anziani giovani migliorano di più (attorno ai 65 anni) - Livello di istruzione (anni di scuola): predice miglior utilizzo di tecniche/strategie - Abilità verbale (prova di vocabolario): predice maggiori effetti di mnemotecniche - Depressione: influenza negativa sui training; agisce su motivazione Si hanno tuttavia degli aspetti critici legati ai training ovvero: - Generalizzazione: Difficoltà nell’utilizzare le strategie apprese nel training con materiale nuovo. Importante affrontare problemi diversi! Fornire istruzioni per la generalizzazione! - Mantenimento: quanto ciò che viene insegnato si mantiene a lungo termine. Per questo è Importante l’applicabilità delle strategie alla vita quotidiana. Cambiamenti cognitivi nell’invecchiamento patologico L’età avanzata non costituisce un fattore patologico di per sé, ma è un fattore di rischio che, con effetto additivo, facilita l’espressione clinica di una malattia. Infatti il processo di invecchiamento implica delle modificazioni a carico dell’organismo incluso il cervello e questi cambiamenti possono portare a una perdita progressiva delle funzioni cerebrali. Tuttavia non è così semplice identificare il confine tra invecchiamento fisiologico e invecchiamento patologico. Sono stati identificati diversi criteri per stabilire questa distinzione e in particolare l’aggettivo patologico sull’invecchiamento può assumere due significati: - Criterio quantitativo: per definire patologico è necessaria un’accentuazione processi fisiologici OLTRE un limite considerato normale (ad es. memoria patologica: normale peggioramento con la vecchiaia ma diviene patologico quando questo processo oltrepassa un determinato limite considerato normale, fisiologico). - Criterio qualitativo: per definire patologico comparsa di tratti NON presenti nel soggetto anziano normale (ad es. confabulazioni o disorientamento). È importante sottolineare che le due alternative non si escludono a vicenda infatti l’età avanzata può non costituire un fattore patologico di per sé ma rappresenta un fattore di rischio che facilita l’espressione della patologia Demenze Con demenza o deterioramento cognitivo si intende una Perdita delle funzioni cognitive, inclusa specificamente la memoria, in entità tale da compromettere l’autonomia funzionale della vita quotidiana. Le possibili cause di demenza sono molto numerose e includono sia malattie a carico del SNC sia malattie non neurologiche che hanno effetti secondari sul SNC (es: ipotiroidismo). Il processo fondamentale che porta alla demenza è sempre la perdita o alterata funzionalità delle cellule nervose che costituiscono il substrato anatomico delle funzioni cognitive. Tra le malattie neurologiche che causano demenza ce ne sono alcune che la causano mediante dei meccanismi che sono noti come ad esempio i traumi cranici oppure i disturbi vascolari, si verifica un danno locale che determinata la diretta distruzione del tessuto nervoso. In altre patologie invece che sono definite neurodegenerative agiscono tramite dei meccanismi che sono in gran parte tutt’ora sconosciuti e vanno a determinare la perdita dei neuroni senza un evidenze danno focale. Queste patologie possono essere definite primarie o secondarie: - Primarie esempio l’Alzheimer vengono colpite effettivamente le funzioni cognitive - Secondarie esempio morbo di Parkinson la demenza è associata a prevalenti disturbi del movimento. Alzheimer: condizione neuro degenerativa che va a provocare in modo selettivo la perdita progressiva della memoria e poi di altre funzioni cognitive. È la causa più frequente di demenza in persone anziane (> anni). Tuttavia può avere un esordio sia pre-senile (prima dei 65 anni) sia in età senile. La sua incidenza raddoppia ogni 5 anni dopo i 60 anni e la durata della malattia può variare tra i 7-10 anni e la diagnosi è certa solo post-mortem (dopo esame autoptico) e ha una diagnosi di probabilità in vita (grado di concordanza del 90% rispettando i criteri diagnostici formalizzati). Il maggiore ostacolo per una diagnosi precoce di Alzheimer è legato al fatto che le basi neurobiologiche di questa malattia restano ancora in gran parte sconosciute, si hanno degli indicatori di rischio e bio-marker della malattia ma il loro ruolo nel
