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PSICOBIOLOGIA
PSICOLOGIA E SCIENZA
Psychè e logos = scienza dell’anima. La psicologia è oggi una scienza della natura, una scienza empirica, al contrario delle scienze formali come la matematica e la logica. Studio scientifico del comportamento e dei processi mentali. Per arrivare a questo punto sono stati fatti progressi nella fisiologia e neurologia. ??? Psicologo Psicoterapeuta Psichiatra ??? La psicologia come scienza biologica La psicologia è una scienza biologica perché:
- Gli esseri umani sono il prodotto dell’ evoluzione. Possiamo fare confronti con i comportamenti di altre specie. L’evoluzione modella il comportamento umano.
- Il comportamento e le funzioni cognitive dipendono dal sistema nervoso. Il ruolo dell’evoluzione Il comportamento umano (e di altre specie) è soggetto all’evoluzione ed è finalizzato ad aumentare la proporzione dei geni dell’individuo nella generazione successiva. L’evoluzione segue la selezione naturale : l’individuo con le caratteristiche più adatte sopravvive. Le mutazioni genetiche vantaggiose possono aumentare il livello di adattamento dell’individuo all’ambiente e quindi rappresentano un vantaggio selettivo. Fattori interagenti
- Geni
- Ambiente
- Caso Il corredo genetico di un individuo costituisce il suo genotipo. Il modo in cui un gene esercita i suoi effetti dipende dall’ influenza ambientale. L’espressione genetica di un individuo costituisce il suo fenotipo. Per i processi psicologici , i fattori genetici e ambientali interagiscono dando origine al fenotipo comportamentale. I geni non determinano direttamente i comportamenti; bensì producono molecole che influenzano le caratteristiche strutturali (es. strutture cerebrali, recettori...) e queste caratteristiche influenzano il comportamento. L’essere umano non discende da nessuna delle specie attualmente esistenti: la nostra linea di discendenza si è separata da quella degli scimpanzé partendo da un antenato comune circa 5-7 milioni di anni fa. Condividiamo comunque molti geni e meccanismi fisiologici con altre specie. Quindi studiando le altre specie possiamo capire meglio anche la nostra. Gli esseri umani condividono circa il 98% del DNA con altri primati (scimpanzé e gorilla). Questo vuol dire che circa il 2% del DNA che non condividiamo con altre specie è di importanza estrema e stabilisce la nostra differenziazione dagli altri primati
Cosa ci differenzia di più dalle altre specie dal punto di vista evolutivo? Processo di encefalizzazione Rispetto ad altre specie, nell’essere umano si è verificata l’evoluzione di un rapporto maggiore tra massa del cervello e massa del corpo. Circonvoluzioni e solchi : la corteccia cerebrale umana è ripiegata in modo da aumentarne la superficie. Negli esseri umani i lobi frontali sono più sviluppati rispetto ad altre specie. Cervello e mente Quindi è importante studiare il funzionamento del cervello per capire la mente! Oggi, basta inserire «immagini mente» in Google per ottenere diverse rappresentazioni del cervello. Questo è indicativo del fatto che la mente e i processi mentali vengono associati al funzionamento cerebrale. Ma non è sempre stato così e la strada che ha portato a questo punto è stata lunga! In questo processo hanno dato un contributo importante la Fisiologia e la Neurologia. La misurazione dell’attività psichica Il contributo dell’astronomia Nel 1800 le osservazioni astronomiche consistevano nella misurazione del tempo di passaggio dei corpi celesti scandito da un metronomo, attraverso un retino applicato sul telescopio. Il tutto dipendeva quindi strettamente dall’abilità di ogni singolo astronomo nelle misurazioni occhio-orecchio. Un astronomo, Bessel (1861), notò che le misurazioni variavano molto tra i diversi osservatori e in base al momento della giornata, alla stanchezza, all’attenzione ... ... c’era un fattore soggettivo , detto equazione personale che influiva sul tempo di rilevazione.
Il contributo della neurologia Thomas Willis (1650): lesioni al cervello possono comportare cambiamenti nel comportamento. Joseph Gall (1825) fu uno dei primi neuroanatomisti a proporre una localizzazione cerebrale delle funzioni mentali. Definì la frenologia secondo la quale il carattere di una persona può essere predetto attraverso la palpazione del cranio. Questo perché secondo lui, ogni facoltà mentale ha una sua sede cerebrale precisa e separata dalle altre. E quindi se una persona esercita per tanto tempo una funzione cognitiva, allora la regione cerebrale coinvolta dovrebbe ingrandirsi e questo dovrebbe risultare in una protuberanza sul cranio. Questa visione si basa su una corrispondenza diretta tra attività cerebrali e attività mentali. La visione di Gall dei processi mentali è “ verticale ”, cioè implica che ogni funzione cognitiva sia separata dalle altre e ben localizzata nel cervello. In realtà oggi sappiamo che ci sono anche dei processi “ orizzontali ” che sono al servizio di diverse funzioni (es. memoria, attenzione). In altre parole, ci sono dei network cerebrali coinvolti in diverse funzioni. Questo vuol dire che una stessa funzione cognitiva per essere svolta ha bisogno di aree cerebrali diverse connesse tra loro. Paul Broca (1861) notò che dei pazienti mostravano disturbi nella produzione dell’eloquio spontaneo (famoso paziente Tan che sapeva pronunciare solo la sillaba «tan»). Dagli esami autoptici emerse che i pazienti presentavano danni in un’area precisa del lobo frontale (poi detta «area di Broca»). Carl Wernicke (1876) notò che dei pazienti mostravano disturbi nella comprensione del linguaggio (non nella produzione). Dagli esami autoptici emerse che i pazienti presentavano danni in un’area precisa del lobo temporale (poi detta «area di Wernicke»). Correlazioni anatomo-funzionali Oggi si parla di correzioni anatomo-funzionali per riferirsi al ruolo di diverse parti del cervello o di circuiti cerebrali in diverse funzioni cognitive. Nel caso del linguaggio, le diverse componenti come produzione e comprensione, hanno diversi correlati anatomici connessi tra loro. Questa idea e questo metodo di indagine sono stati poi applicati anche ad altre funzioni mentali, come attenzione, percezione, memoria, emozioni. Metodi di colorazione dei neuroni Nel 1875, grazie alla scoperta delle tecniche di colorazione (da parte di un italiano, Camillo Golgi ), è stato possibile studiare al microscopio le cellule che per la maggior parte costituiscono il cervello: i NEURONI. Santiago Ramon y Cajal (1852-1934) perfezionò la tecnica di Golgi e definì la teoria del neurone , secondo la quale i neuroni sono unità discrete, separate, che comunicano attraverso segnali elettrici in un’unica direzione.
Aree citoarchitettoniche di Brodmann Brodmann fece una descrizione delle diverse aree cerebrali in base alla diversa organizzazione cellulare nelle varie regioni. Neuroscienze cognitive Termine coniato negli anni ‘70 da George Miller e Michael Gazzaniga. George A. Miller (1920-2012) & Michael S. Gazzaniga(1939-) Le neuroscienze cognitive studiano come il cervello realizza le funzioni cognitive. Utilizzano tecniche all’avanguardia (neuroimaging, registrazione elettrica, stimolazione elettrica e magnetica) per indagare il funzionamento cerebrale mentre i soggetti sperimentali svolgono un compito cognitivo. Altri filoni di ricerca e scuole di pensiero in Psicologia La psicologia della Gestalt Si occupa dei processi cognitivi, tra cui percezione e pensiero. Wertheimer (1912) formulò delle leggi di organizzazione dei processi percettivi. Comportamentismo Watson (1913): l’oggetto di studio è il comportamento inteso come l’insieme delle risposte muscolari e ghiandolari. Il metodo di studio è quello sperimentale in cui si considerano gli stimoli ambientali come variabili indipendenti e il comportamento come variabile dipendente. Cognitivismo Nasce come opposizione al comportamentismo. L’oggetto di studio sono i processi cognitivi. Il metodo è di vario tipo. Neisser (1967) studiare il processo di elaborazione delle informazioni. Metodo sia introspezione sia comportamento. CENNI DI NEUROBIOLOGIA (cap2 Neuroscienze cognitive) Come sono fatti i neuroni e come funzionano? Tipi di neuroni
- Neuroni sensoriali (afferenti)^ : connessi alle cellule^ recettrici; trasmettono l’informazione dai recettori al midollo spinale o all’encefalo.
- Neuroni motori (efferenti)^ : trasmettono l’informazione proveniente dal midollo spinale o dall’encefalo e stabiliscono connessioni con le cellule muscolari.
- Interneuroni^ : ricevono segnali dai neuroni sensoriali o da altri interneuroni e inviano segnali ad altri interneuroni o ad altri neuroni motori. Il funzionamento dei neuroni I neuroni hallo la funzione di comunicare. Ricevono e trasmettono informazioni. Hanno quindi:
- (^) Una parte che riceve informazioni: input
- (^) Una parte che trasmette informazioni: output
Neuroni
- Dentriti^ →^ input (ricezione, parte afferente)
- Soma
- Assone^ →^ output (trasmissione, parte efferente Il funzionamento dei neuroni I neuroni ricevono e trasmettono informazioni sotto forma di impulsi nervosi. Gli impulsi nervosi si propagano attraverso il neurone, dai dendriti o dal corpo cellulare fino alle estremità dell’assone. La trasmissione del segnale La trasmissione del segnale avviene con un meccanismo preciso: il potenziale d’azione. Il potenziale d’azione è un impulso elettrico che insorge nel segmento iniziale dell’assone e si propaga lungo tutto l’assonna fino ai bottoni sinaptici.
Come insorge il potenziale d’azione? Potenziale di membrana Il neurone è rivestito da una membrana. La membrana neurale è costituita da un doppio strato di molecole lipidiche (grassi), che separa il citoplasma dall’ambiente extracellulare. La membrana impedisce il flusso di sostanze tra l’interno e l’esterno del neurone e viceversa (tranne per ioni specifici). Questo determina una separazione tra gli ioni (molecole o atomi dotati di carica negativa o positiva) intracellulari ed extracellulari. I neuroni sono carichi elettricamente e possiedono una differenza di potenziale tra l’interno e l’esterno della membrana (potenziale di membrana). In condizione di riposo, l’interno è carico negativamente e l’esterno è carico positivamente. Questo è dovuto ad una diversa concentrazione di ioni ai due lati della membrana. Questo meccanismo è regolato dagli ioni sodio ( Na⁺ ) e potassio ( K⁺ ): gli ioni Na⁺ sono più concentrati all’esterno del neurone, mentre gli ioni K⁺ sono più concentrati all’esterno. Alcuni ioni possono attraversare la membrana grazie a delle proteine particolari che servono da condotte. Ci sono due tipi di proteine trans-membrana:
- I^ canali ionici: proteine dotate di un poro che le attraversa e che consentono a determinati tipi di ioni (Na⁺, K⁺, Ca²⁺ e Cl⁻) di scorrervi.
- Le^ pompe ioniche: utilizzano energia per il trasporto attivo degli ioni attraverso la membrana. I canali ionici sono selettivi per tipi particolari di ioni (Na⁺, K⁺, Ca²⁺ e Cl⁻). La membrana neuronale è maggiormente permeabile agli ioni potassio perché possiede più canali selettivi per il potassio. Due forze agiscono nel determinare il potenziale di membrana e lo spostamento degli ioni da una parte all’altra della membrana:
- Il^ gradiente chimico : spinge gli ioni delle aree ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione.
Questo processo richiede energia che è prodotta dalle molecole di ATP (adenosintrifosfato) fornite dai mitocondri. La pompa Na⁺/K⁺ preserva il potenziale di membrana a riposo mantenendo una concentrazione maggiore di K⁺ all’interno della cellula e di Na⁺ all’esterno. I canali voltaggio-dipendenti La membrana del segmento iniziale dell’assone possiede molti canali voltaggio- dipendenti: i canali si aprono solo se si verificano determinate condizioni di voltaggio. I canali voltaggio-dipendenti sono presenti nei nodi di Ranvier e anche lungo tutto l’assone. Il potenziale d’azione Quando un neurone è stimolato (oltre un valore soglia) si ha una brusca variazione del potenziale di membrana che provoca un potenziale d’azione. Il potenziale d’azione è costituito da una depolarizzazione (riduzione di negatività) seguita da una ripolizzazione. Il potenziale d’azione ha inizio quando i canali Na⁺ voltaggio-dipendenti della membrana si aprono a seguito di uno stimolo. Gli ioni Na⁺ fluiscono interamente e l’interno della membrana diventa meno negativo. Se l’interno della membrana raggiunge un valore soglia (-55mV), allora si aprono altri canali Na⁺ voltaggio-dipendenti e il Na⁺ entra in massa all’interno del neurone invertendo la polarità della membrana: l’interno diventa positivo e passa a circa +40mV rispetto all’esterno. Dopo 0.5 ms si aprono anche i canali K⁺ che permettono agli ioni di potassio di fluire all’esterno del neurone. Dopo 1 ms i canali Na⁺ si chiudono e rimangono aperti solo i canali del K⁺, permettendo agli ioni K⁺ di continuare a fluire esternamente, il che riporta il potenziale verso i valori di riposo. I canali K⁺ rimangono aperti a lungo finché il voltaggio va oltre il valore di riposo (-80mV, iperpolarizzazione). Quando entrambi i canali sono chiusi, viene gradualmente ripristinato il normale potenziale di riposo (tutto dura 4-5 ms).
- Affinché si verifichi un potenziale d’azione, l’intensità della stimolazione deve essere superiore ad un valore soglia (-55mV).
- Il potenziale è^ tutto o nulla : il neurone non risponde se lo stimolo è insufficiente; se lo stimolo è sufficiente, esso risponde sempre in modo univoco e massimo.
- Una volta innescato, il potenziale si diffonde con la stessa ampiezza lungo tutto l’assone.
- La^ frequenza^ degli impulsi (o frequenza di scarica) aumenta in funzione dell’aumento dell’ intensità dello stimolo.
- Grazie alla guaina mielina, gli impulsi vengono trasmessi in modo veloce, attraverso i nodi di Ranvier (in cui ci sono i canali voltaggio-dipendenti).
- La velocità di trasmissione varia da 20cm a 120m al secondo. Come si trasmette il messaggio da un neurone all’altro? Sinapsi Il termine sinapsi è stato introdotto nel 1879 dal fisiologo Charles Sherrington per descrivere la giunzione tra due neuroni, specializzata alla trasmissione dell’impulso nervoso. Le sinapsi possono essere sia elettriche che chimiche. Nel sistema nervoso sono più numerosi le sinapsi chimiche.
Le sinapsi chimiche sono implicate
nell’esecuzione di comportamenti complessi. Hanno proprietà flessibili e sono in grado di modificare in modo stabile il proprio livello di attività. Tale plasticità riveste un’importanza notevole per la memoria, l’apprendimento e altre funzioni cerebrali superiore. Hanno la proprietà di amplificare i segnali nervosi, permettono così ad una piccola cellula pre-sinaptica di far variare il potenziale di una cellula post-sinaptica di grandi dimensioni. A differenza delle sinapsi elettriche, nelle sinapsi chimiche non esiste un elemento strutturale che connetta la membrana pre- sinaptica con quella post-sinaptica (cioè due neuroni non sono direttamente collegati tra loro). Quando un potenziale d’azione raggiunge l’estremità di un assone (bottone sinaptico), il messaggio è convertito da segnale elettrico a segnale chimico in modo da trasmetterlo al neurone successivo. Le sostanze chimiche che portano questi messaggi sono dette neurotrasmettitori.
Tutti questi passaggi che avvengono a livello della sinapsi chimica causano un ritardo sinaptico che varia da 0.3 ms a parecchi ms. La trasmissione chimica è quindi meno veloce di quella elettrica ma ha il vantaggio dell’amplificazione del segnale: la liberazione di una o più vescicole sinaptiche che contengono ognuna migliaia di molecole di neutrasmettitore, determina l’apertura di migliaia di canali ionici nella terminazione post-sinaptica. In questo modo una terminazione nervosa piccola, che genera correnti deboli, riesce a depolarizzare una cellula post-sinaptica molto grande.
Disattivazione dei neurotrasmettitori
Esistono due meccanismi di rapida disattivazione delle molecole di un neurotrasmettitore associate ad un potenziale d’azione. Se le molecole restassero a lungo attaccate al recettore, non sarebbe possibile avere un messaggio successivo. Un meccanismo consiste in specifiche molecole enzimatiche che distruggono il neurotrasmettitore residuo nelle fessura sinaptica. Un altro meccanismo consiste nel “ri-captare” il neurotrasmettitore residuo nel bottone terminale e poi disattivarlo. Cosa succede nel neurone post-sinaptico dopo il passaggio del neurotrasmettitore? Il potenziale post-sinaptico L’apertura dei canali ionici può dare avvio ai potenzaiali post-sinaptici eccitatori (EPSP) o inibitori (IPSP). Questo dipende dalle caratteristiche del recettore post-sinaptico a cui il neurotrasmettitore si lega e di conseguenza, dal tipo di canale ionico che si apre (es: se si aprono canali ionici per il Na⁺, la membrana si dipolarizza e questo porta ad un potenziale post-sinaptico eccitatorio). Alcuni neurotrasmettitori si legano in modo privilegiato a certi tipi di recettori (eccitatori o inibitori), quindi anche il neurotrasmettirore stesso è definito eccitatorio o inibitorio. Il potenziale post-sinaptico può essere eccitatorio o inibitorio. Questo dipende dalle caratteristiche del recettore post-sinaptico. Il potenziale post-sinaptico è modulato in ampiezza e ha durata maggiore rispetto al potenziale d’azione. Dal potenziale post-sinaptico al potenziale d’azione Quando le correnti elettriche generate dagli EPSP su diversi dendriti si propagano e si sommano a livello del monocolo massonico generando una depolarizzazione oltre un certo valore di soglia (-55mV), allora si innesca il potenziale d’azione.
Su uno stesso neurone post-sinaptico possono essere presenti sia sinapsi eccitatorie che sinapsi inibitorie. Sarà il rapporto tra i due tipi che determinerà l’innesco o meno di un potenziale d’azione nel montico assonico.
CENNI DI NEUROANATOMIA (cap2 Neuroscienze cognitive) Anatomia del sistema nervoso centrale Il sistema nervoso centrale (SNC) è costituito dal cervello e dal midollo spinale. Il SNC è incassato in strutture ossee : il cervello nella scatola cranica e il midollo spinale nella colonna vertebrale. Il cervello è composto da:
- Sostanza grigia: corpi cellulari dei neuroni (neuroni organizzati in strati a costruire una lamina di tessuto)
- Sostanza bianca: fibre (assoni e cellule glieli che compongono tratti di interconnessione nel cervello) Il nucleo è un’organizzazione relativamente compatta dei corpi delle cellule nervose e delle loro connessioni. Le strutture cerebrali sono regioni discrete di sostanza grigia. Per descrivere le strutture cerebrali ci si riferisce a 3 piani direzionali: anteroposteriore, doraoventrale, mediolaterale. Dorsale : «verso il dorso», verso la porzione superiore del capo e del dorso. Ventrale : «verso il ventre», verso la base del cranio o verso la superficie anteriore del corpo. Anteriore : localizzato vicino o verso il capo. Posteriore : localizzato vicino o verso la coda. Laterale : verso il lato del corpo, lontano dalla zona mediale. Mediale : verso la metà del corpo, allontanandosi dalla parte laterale. Ipsilaterale : localizzato nello stesso lato del corpo. Controlaterale : localizzato nel lato opposto del corpo. Le strutture cerebrali sotto superficie cerebrale vengono localizzate secondo del piani di selezione del cervello : sezione sagittale, sezione orizzontale, sezione frontale.
Sezione sagittale Il cervello Il cervello , protetto dalla scatola cranica, riceve ininterrottamente dal cuore circa il 20% del flusso ematico. Può immagazzinare piccole quantità di glucosio (che è il suo combustibile) e non può estrarre energia in assenza di ossigeno. Quindi è essenziale un costante afflusso di sangue. Sezione orizzontale Sezione frontale
Il liquor è prodotto dal plesso coroideo, un tessuto vascolarizzato che sporge in tutti i ventricoli. Si tratta di un fluido trasparente simile al plasma sanguigno che riempie il sistema ventricolare e lo spazio subaracnoideo circostante il cervello e il midollo spinale. Il liquor contiene porteine, glucosio e ioni (K⁺,Na⁺, Cl⁻).
Rombencefalo Prima porzione di cervello dopo il midollo spinale. Dal punto di vista evolutivo è la regione più antica del cervello e quindi implicata nelle funzioni vitali per la sopravvivenza dell’organismo. Circonda il quarto ventricolo ed è formato da 2 divisioni:
- Il mielencefalo → bulbo o midollo allungato: è implicato nella regolazione del battito
cardiaco, nella respirazione e nel tono dei muscoli scheletrici. Contiene fibre che attraversano la linea mediana del corpo.
- Il metencefalo → ponte e cervelletto.
Ponte: è una stazione di connessione tra il cervello e il cervelletto. Contiene nuclei sensoriali e motori che controllano la faccia, la bocca e gli occhi. Contiene gran parte della formazione reticolare (implicata nell’arousal) ed è responsabile della generazione dei movimenti oculari rapidi di una fase del sonno (fase REM: raid eye movements). Cervelletto: implicato in funzioni motorie e sensoriali e nell’equilibrio. È diviso in tre lobi da due scissure: il lobo anteriore, il lobo posteriore e il lobo flocculo-nodulare. Possiede due emiseeri che sono connessi alla superficie dorsale del ponte attraverso un fascio di assoni: i peduncoli cerebrali. Il cervelletto riceve e trasmette informazioni alla corteccia, in particolare: le informazioni efferenti arrivano alla corteccia motoria primaria e alla cortesia premotoria attraverso il talamo.
Funzioni del cervelletto
A. Riceve informazioni sensoriali visive, uditive, vestibolari, somatosensoriali e informazioni sui singoli movimenti muscolari dal cervello. B. Intera queste informazioni e modifica la risposta motoria, esercitando un effetto di coordinamento fine dei movimenti. C. “Timer” nel controllo delle fluidità dei movimenti degli arti. D. Pianificazione della sequenza del movimento: l’idea di movimento (che cosa e dove muovere) viene trasformata nella sequenza muscolo-articolare necessaria per ottenere lo scopo. E. Apprendimento di nuovi movimenti. F. Controllo dell’equilibrio e della postura.
Disturbi motori
Lesioni cerebellari: impediscono che il movimento sia accurato, fluente e
coordinato. Esse provocano:
- Ritardo nell’inizio e nell’arresto dell’atto motorio.
- Errori nella direzione e nella fluidità del movimento.
- Incapacità di eseguire movimenti ripetitivi.
- Alterazioni della coordinazione di movimenti che interessano più articolazioni.
- Instabilità posturale.
- Disturbi della plasticità motoria (capacità di modificare un movimento e di
adattarlo ad una nuova situazione).
