Lobo temporale memoria

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1 Lobo temporale memoria Guido Rodriguez Andrea Brugnolo Nicola Girtler Neurofisiologia Clinica (DiNOG) Università di Genova

2 E.P. era stato un abile tecnico di laboratorio per 28 anni quando, nel 1982, andò in pensione per godersi la famiglia e coltivare i propri hobby. Dieci anni più tardi, a 70 anni, E.P. contrasse un infezione acuta di tipo virale (un encefalite da herper simplex) e fu ricoverato in ospedale. Una volta dimesso, i suoi amici e familiari, vedevano lo stesso uomo raggiante, gentile e in buona salute che dialogava in modo appropriato con gli altri. Tutti i suoi processi mentali erano rimasti intatti, ma qualcosa non andava con la memoria, E.P. continuava a ripetere gli stessi commenti e a porre le stesse domande e non era in grado di riconoscere nuovi ospiti neppure dopo 100 visite. A causa del virus che aveva distrutto alcune porzioni dell encefalo, l uomo aveva perso la capacità di memorizzare nuovi eventi. E.P. poteva trattenere il ricordo di nuovi episodi o incontri soltanto per pochi secondi. Rispetto al passato aveva dubbi circa la casa in cui aveva vissuto per 20 anni, o sul fatto che uno dei suoi figli, ormai adulto, vivesse nella casa accanto e che aveva due nipoti. La malattia gli aveva impedito di trasportare i propri pensieri e le proprie impressioni nel futuro e aveva interrotto il collegamento col passato. Adesso E.P. era confinato nel presente.

3 Il caso di E.P. dimostra in maniera drammatica che l apprendimento e la memoria costituiscono fenomeni fondamentali dell esperienza umana. Siamo in grado di acquisire nuove conoscenze sul mondo che ci circonda perché le esperienze che facciamo modificano il nostro cervello e spesso, queste conoscenze, vengono trattenute nella memoria per lungo tempo (modificazioni durature). Le nozioni acquisite dipendono dall esperienza e sono trattenute grazie alla memoria (volti, nomi, conoscenze, canzoni, ecc.). Noi siamo ciò che siamo in gran parte grazie a ciò che impariamo e ricordiamo. Lo studio dell apprendimento e dell immagazzinamento della memoria ha costituito uno dei pilastri di tre diverse discipline intellettuali: prima la filosofia, poi la psicologia e ora la biologia.

4 Convergenze tra psicologia e biologia All inizio di questo millennio i quesiti posti da psicologi e biologi hanno cominciato a convergere su un terreno comune. 1)Dove sono localizzati i ricordi nel cervello? 2)Come si formano in termini neurobiologici?

5 Convergenze tra psicologia e biologia Rispetto alla questione del dove è oggi opinione comune che le tracce di memoria siano conservate principalmente nelle regioni cerebrali originariamente coinvolte nell elaborazione di ciascun tipo di informazione. Alcuni ricercatori credono che gli engrammi (tracce mnestiche di origine organica) siano distribuiti sulla base dei domini di conoscenza (danni cerebrali con deficit selettivi es categorie semantiche - animali) Alcune forme di apprendimento sono state associate a meccanismi di memoria in regioni cerebrali circoscritte (condizionamento alla paura amigdala)

6 Convergenze tra psicologia e biologia Questa risposta generale sul dove ha suggerito una risposta su come si formano i ricordi Se un engramma (tracce mnestiche di origine organica) è mediato da una rete di neuroni, allora la sua creazione sarebbe il processo per il quale neuroni che una volta funzionavano indipendentemente cominciano a lavorare assieme come una rete. Daniel Hebb fu il primo nel 1949 ad ipotizzare che le memorie siano conservate nel cervello sotto forma di reti di neuroni che chiamò assemblee cellulari. La sua idea è che, attraverso l esperienza, queste assemblee gradualmente vengono a rappresentare specifici oggetti o concetti. L apprendimento hebbiano sostiene che quando i neuroni presinaptici e postsinaptici sparano assieme dei potenziali d azione aumenta la forza delle loro connessioni sinaptiche

7 L idea che le connessioni tra i neuroni siano rafforzate dalla loro comunicazione, rendendo così più facile la comunicazione successiva, fornisce la base neurologica della memoria Molto di quello che sappiamo sulla memoria deriva dagli studi su una piccola lumaca marina (gasteropode), l Aplysia californica. L Aplysia ha un sistema nervoso di appena mila neuroni contri i 100 miliardi presenti nel nostro sistema nervoso

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9 Branchia Sifone

10 Assuefazione e sensibilizzazione Quando uno sperimentatore sfiora il sifone il piccolo animale ritira la branchia. Questo semplice riflesso dimostra le due forme di apprendimento che si verificano in molti animali (essere umano compreso) l assuefazione e la sensibilizzazione L assuefazione si riferisce a una riduzione della risposta quando lo stesso stimolo è riproposto ripetutamente La sensibilizzazione si riferisce a un incremento della risposta allo stimolo assuefatto quando questo venga abbinato a uno stimolo nocivo

11 La stimolazione tattile del sifone dell animale provoca la ritrazione della branchia. Quando il sifone è toccato ripetutamente, questa risposta diminuisce progressivamente (assuefazione). Al contrario, uno shock alla coda accresce il riflesso assuefatto di ritrazione della branchia (sensibilizzazione)

12 Decremento rilascio neurotrasmettitore tra neurone sensoriale e motoneurone Incremento rilascio neurotrasmettitore tra neurone sensoriale e motoneurone a causa dell intervento degli interneuroni modulatori Il contatto con la pelle del sifone stimola i neuroni sensoriali, i quali a loro volta eccitano gli interneuroni e i motoneuroni che inducono la ritrazione della branchia. Registrazioni elettriche mostrano che l assuefazione comporta un decremento del rilascio di neurotrasmettitore. La sensibilizzazione comporta un aumento del rilascio del neurotrasmettitore, ma dipende dall attività di altri neuroni.

13 Quando uno sperimentatore stimola la coda dell aplysia con una scossa elettrica il piccolo animale ritira la branchia. Se si ripete la scossa la ritira ancora più velocemente Un ora dopo, se si ripete la scossa, l aplysia ritira la branchia come se fosse la prima volta, come se non ricordasse. Ma se si continuano a somministrare scosse l aplysia svilupperà una memoria persistente che può durare giorni e settimane.

14 Un modello di MBT e di MLT il riflesso di retroazione esercitato dalla scossa, ha una durata di pochi minuti (MBT) Se si continuano a somministrare scosse l aplysia svilupperà una memoria persistente (MLT) dovuta a l innesco dell espressione genica, la sintesi di nuove proteine e la formazione di nuove connessioni sinaptiche.

15 L immagazzinamento a lungo termine implica la formazione di nuove connessioni sinaptiche (Kandel 1999). L apprendimento dell Aplysia si basa su cambiamenti che coinvolgono le sinapsi sia per la memoria a breve termine (maggior rilascio di neurotrasmettitore) che per la memoria a lungo termine (formazione di nuove sinapsi) Qualsiasi esperienza che si traduce in ricordo produce dei cambiamenti fisici nel nostro SN ERIC KANDEL (1929

16 Un processo simile ma molto più potente si verifica nel nostro ippocampo (ma non solo) che è un area fondamentale per l immagazzinamento a lungo termine dei nuovi ricordi. Bills e Lomo (1973) studiando l ippocampo del coniglio scoprirono che somministrando un treno di stimoli elettrici ad alta frequenza aumentavano i potenziali d azione prodotti da stimoli successivi ma solo in quella via neurale (la corrente elettrica rinforzava le connessioni sinaptiche lungo quella via per ore o settimane). Si tratta del Potenziamento a lungo Termine LTP che è un aumento della forza della trasmissione neurale che deriva dal rafforzamento delle connessioni sinaptiche.

17 La scoperta del LPT ha fornito un altro buon candidato per il tipo di meccanismo cellulare che potrebbe essere alla base dell immagazzinamento delle memorie. L LPT ha due ulteriori proprietà: La specificità, solo le sinapsi attivate durante la stimolazione verranno potenziate L associatività, se una via nervosa viene debolmente attivata nello stesso momento in cui un altra via verso lo stesso neurone viene fortemente attivata, allora entrambe le vie mostreranno LPT

18 Come suggerito dal fenomeno dell assuefazione, l indebolimento sinaptico fa parte dell apprendimento e della memoria. Se le sinapsi continuano ad aumentare la loro forza attraverso il LPT raggiungeranno il livello massimo che andrà controbilanciato dal meccanismo di inibizione sinaptica detto Depressione a Lungo Termine (LTD) Il LTD, al contrario del LTP, si verifica con stimolazioni a bassa frequenza per un lungo periodo.

19 Il LPT coinvolge il neurotrasmettitore glutammato e due suoi recettori (AMPA, NMDA). I rec AMPA mediano la normale trasmissione sinaptica nell ippocampo. L operazione dei rec NMDA dipende invece dallo stato della cellula postsinaptica. Se è a riposo i rec NMDA sono bloccati dagli ioni Mg, ma quando si depolarizza il magnesio viene espulso dai rec NMDA consentendo agli ioni Ca di passare. L entrata di Ca all interno della cellula postsinaptica genera LPT α-amino-3-idrossi-5-metil-4-isosazolo propionato N-metil-D-aspartato

20 Solo quando il glutammato si lega a questi rec e la cellula postsinaptica si depolarizza, il Ca può fluire all interno della cellula postsinaptica per dare inizio all LPT. LPT è limitato alle sinapsi attive dove è stato rilasciato glutammato (specificità) L LPT può aver luogo nelle sinapsi dove uno stimolo debole non è sufficiente a depolarizzare la cellula postsinaptica, qualora la membrana venga depolarizzata da uno stimolo forte che sopraggiunge simultaneamente nelle sinapsi vicine (associatività)

21 I meccanismi di mantenimento dell LPT sono compresi meno chiaramente. Sembra che il Ca attivi le proteine chinasi che a loro volta possono attivare i recettori AMPA già presenti o aggiungerne di nuovi, avendo come risultato un aumento durevole della trasmissione sinaptica. Il mantenimento dell LPT dipende anche da variazioni nell espressione genica e nella sintesi proteica e da cambiamenti morfologici nella sinapsi

22 Relazione tra LPT e prestazione mnemonica Sebbene l LPT abbia molte proprietà richieste dall immagazzinamento in memoria si tratta di un fenomeno per ora ricavato solo in vitro. Ultimamente è stato dedicato grande sforzo alla ricerca di un collegamento diretto tra LPT e memorizzazione

23 Si sono cercate prove dell LPT comportamentale; ad es un gruppo di ratti allevati in ambiente arricchito mostrano un aumento dei potenziali postsinaptici (simile all LPT) rispetto a ratti allevati in ambiente impoverito. L incremento scompare entro un paio di settimane se i ratti arricchiti vengono posti in un ambiente impoverito

24 Un altro metodo per provare la relazione tra LPT e memoria è stato quello di prevenire l LPT e determinare se la memoria risulta compromessa. Sono stati utilizzati dei topi knockout nei quali è stato eliminato il gene per una proteina cruciale per la biochimica dell LPT

25 Tonegawa et al hanno prodotto topi che difettavano per i recettori NMDA nella CA1 dell ippocampo (cruciale per l apprendimento spaziale dei roditori) Mentre i topi sani cercavano una piattaforma nascosta in una vasca d acqua torbida solo vicino alla posizione in cui si trovava nelle prove precedenti, i topi geneticamente modificati la cercavano in lungo e in largo

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27 Cambiamenti nella morfologia sinaptica legati all apprendimento Come già detto il mantenimento a lungo temine dell LPT richiede l espressione genica e la sintesi di nuove proteine Questi cambiamenti possono condurre ad alterazioni strutturali di lunga durata nelle sinapsi (consolidamento sinaptico) Sono stati descritti 4 tipi di cambiamento morfologici nella spina dendritica in risposta all LPT a) incremento grandezza spina b) sinapsi perforate c) divisione in due spine distinte d) accrescimento numero delle spine

28 La memoria a livello di sistemi cerebrali

29 La memoria a livello di sistemi cerebrali I dati provenienti da numerosi casi clinici hanno dimostrato che differenti regioni cerebrali giocano ruoli diversi nei diversi tipi di memoria I lobi temporali mediali giocano un ruolo fondamentale nella codifica e nel consolidamento del tipo di ricordi che sono accessibili alla coscienza, ma queste regioni non conservano permanentemente i ricordi né sono necessarie per la codifica o il consolidamento di altri tipi di memoria.

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34 Brenda Milner e il Caso H.M. H.M. brain (Scoville & Milner, 1957) H.M. : Rimozione bilaterale della porzione centrale dei lobi temporali (ippocampo e corteccia circostante risultano assenti)

35 Il cervello di H.M.

36 NATURE REVIEWS NEUROSCIENCE VOLUME 3 FEBRUARY

37 LA MEMORIA Il caso di H.M. Grave amnesia retrograda ed anterograda Ne emerse un grave quadro di amnesia In H.M. i vecchi ricordi (es. l infanzia) erano rimasti quasi intatti, ma aveva difficoltà nel recupero di memorie acquisite nei 3 anni precedenti l operazione, soprattutto per gli eventi personali (amnesia retrograda) Soprattutto, mostrava una grave incapacità nel ritenere informazioni nuove (amnesia anterograda)

38 LA MEMORIA Il caso di H.M. Memoria a breve termine preservata Ma la memoria a breve termine era normale Utilizzando normali strategie di reiterazione del materiale H.M. era in grado di mantenere in memoria delle informazioni (es. una breve lista di numeri) Una qualsiasi interruzione comprometteva però il ricordo

39 MEMORIA E APPRENDIMENTO Il caso di H.M. Memoria procedurale preservata Anche la memoria procedurale era intatta Il paziente H.M. mostrava di apprendere compiti motori complessi (ad esempio copiare un disegno allo specchio), benché non ricordasse nulla delle sessioni precedenti!

40 I lobi temporali mediali sono necessari per certi tipi di funzioni di memoria, ma non lo sono per le funzioni percettive, intellettive ed esecutive Queste regioni sono necessarie al ricordo di eventi recenti, ma non sono necessarie al ricordo di eventi remoti Sono necessarie per trasferire eventi e fatti nel MLT, ma non per la ritenzione in diretta dell informazione Non sono necessarie alla memoria che si manifesta attraverso la prestazione, come le abilità motorie o altri tipi di destrezza

41 TASSONOMIA DEI SITEMI DI MEMORIA I casi di H.M. ed altri pazienti con amnesia da lobo temporale mediale implicano l esistenza di differenti tipi di memoria

42 Memoria di Lavoro e Memoria a Lungo Termine Evidenze a favore della separazione tra i due magazzini si riscontrano nel paradigma di rievocazione libera immediata di liste di parole (di ampiezza superiore allo span), in cui è comune osservare i seguenti fenomeni: recency effect: rievocazione corretta e accurata degli ultimi elementi della lista (sostenuta dal sistema di MBT), primacy effect: discreta rievocazione dei primi elementi (sostenuta dal sistema di MLT).

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44 Vi sono casi in cui invece i pazienti a fronte di una memoria a lungo termine conservata mostrano deficit della memoria di lavoro Ad esempio K.F. (Warrington e Shallice) aveva difficoltà a rievocare immediatamente liste di 4 parole ma era anche più rapido e bravo dei soggetti normali ad apprendere liste lunghe di parole In questi casi il danno è localizzato nelle regioni temporo-parietali sinistre (area perisilviana)

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46 Memoria Dichiarativa e Memoria Non Dichiarativa Sebbene H.M. sia gravemente compromesso a livello di memoria dichiarativa, la sua prestazione in molti compiti di memoria non dichiarativa è normale. Si può sostenere che alcune, o tutte, le strutture del lobo temporale mediale sono necessarie per la memoria dichiarativa ma non per la memoria non dichiarativa

47 Memoria Dichiarativa e Memoria Non Dichiarativa Il primo incontro di uno stimolo (detto prime) aumenta l abilita di analizzare quello stesso stimolo ad una successiva presentazione Esempio: Compito di completamento di radici di parole. Al soggetto viene data una lista di parole e, dopo un intervallo di tempo, gli vengono dati dei frammenti di parole da completare con le parole apprese precedentemente (esplicito) o con la prima parola che viene in mente (implicito)

48 Priming di ripetizione preservato (memoria non dichiarativa) I pazienti amnesici con lesione delle strutture del lobo temporale mediale svolgono correttamente il compito di completamento implicito ma non quello di completamento esplicito

49 Memoria Dichiarativa e Memoria Non Dichiarativa Priming percettivo visivo Importante la corteccia occipitale

50 In sintesi La distinzione tra sistemi di memoria di lavoro e a lungo termine e quella tra sistemi di memoria dichiarativa e non dichiarativa sono state finora sostenute da una grande quantità di prove. Mentre un danno al lobo temporale mediale compromette la memoria a lungo termine, ma non quella di lavoro, una lesione perisilviana sinistra danneggia la memoria di lavoro, ma non quella a lungo termine. Nel dominio della memoria a lungo termine un danno al lobo temporale mediale compromette la memoria dichiarativa (rievocazione e riconoscimento) ma non le funzioni della memoria non dichiarativa come il priming. Un danno al lobo occipitale compromette alcune forme di priming senza alterare le prestazioni della memoria dichiarativa

51 Il consolidamento sistemico della memoria dichiarativa L ippocampo (e le zone adiacenti) non sono la sede in cui sono depositati i ricordi e le memorie passate, ma svolge un ruolo cruciale nel formare nuovi ricordi Nel 1971 David Marr ha ipotizzato che l ippocampo sia un sistema a capacità limitata che acquisisce informazioni rapidamente ed automaticamente, senza però mantenerle a lungo. Col tempo, l informazione originariamente disponibile nell ippocampo diviene permanente in altre strutture del cervello (in corteccia), in maniera indipendente dall attività dell ippocampo stesso. Il meccanismo cruciale di questo trasferimento è la riattivazione ( replay ) delle configurazioni di attivita neurale forse svolta durante il ricordo conscio e il sonno

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53 (A) L ippocampo è necessario durante lo stadio iniziale del consolidamento perché le tracce mnestiche sono distribuite in varie regioni (festa).

54 (B) L ippocampo e le strutture temporali mediali a esso collegate sono cruciali per ritenere un evento nella sua globalità in quanto le tracce mnestiche sono distribuite. Si può accedere ai ricordi dichiarativi non consolidati solo tramite l ippocampo

55 (C) Il consolidamento avviene quando un ricordo viene ripetutamente riattivato (ricordo cosciente, sonno). La riattivazione conduce alla creazione di connessioni dirette tra le tracce corticali e quindi alla formazione di una rappresentazione integrata nella neocorteccia

56 MODELLO TRACCIA MULTIPLA Alcuni pazienti con amnesia temporale mediale hanno un disturbo della memoria retrograda autobiografica (episodica) che copre anche l intero arco di vita. Ma allora il processo di consolidamento può impiegare anche più di 40 anni? Nadel e Moscovitch propongono la teoria della traccia multipla: I ricordi episodici più o meno consolidati sono sempre dipendenti dall ippocampo; il gradiente temporale non è dovuto al trasferimento in corteccia ma al numero di tracce archiviate nell ippocampo. Ogni volta che un ricordo è riattivato si archivia nell ippocampo una nuova traccia di memoria. I ricordi remoti sono codificati da tracce multiple e diventano più resistenti a danni ippocampali.

57 LA MEMORIA DICHIARATIVA Sensazione di aver vissuto un episodio a un certo punto nel passato Ricordi di un evento passato che includono associazioni specifiche e dettagli del contesto

58 I modelli della MEMORIA DICHIARATIVA Considerando gli effetti drammatici provocati da una lesione dei Lobi Temporali Mediali non c è dubbio che giocano un ruolo fondamentale nella memoria dichiarativa. Tuttavia i processi di memoria in questa regione e i contributi di altre parti del Lobo Temporale Mediale non sono stati ancora compresi appieno. Vi sono diversi modelli circa il suo funzionamento La teoria della mappa cognitiva ( OKeefe): L ippocampo media la memoria per le relazioni spaziali attraverso gli oggetti presenti nell ambiente. Una prova è data dalle cellule per i luoghi nei roditori. Questi neuroni scaricano quando il ratto è in una posizione particolare della gabbia aperta.

59 Attivazione di otto differenti cellule per i luoghi

60 1. NELL UOMO L IPPOCAMPO SI ATTIVA IN COMPITI DI MEMORIA SPAZIALE (VEDI IMMAGINE OTTENUTA CON LA PET DEL CERVELLO DI UN TASSISTA LONDINESE MENTRE STA IMMAGINANDO DI PERCORRERE UN CERTO ITINERARIO)

61 UNA PARTE DELL IPPOCAMPO DI TASSISTI ESPERTI (LA PARTE POSTERIORE) RISULTA ESSERE PIU ESTESA DI QUELLA DI UN GRUPPO DI CONTROLLO DI NON-TASSISTI = IL VOLUME IPPOCAMPALE CORRELA CON L AMMONTARE DI ESPERIENZA DI NAVIGAZIONE SPAZIALE.

62 Il modello della memoria relazionale (Eichenbaum, Cohen) Teoria più generale, include la memoria spaziale ma cerca di spiegare altri aspetti della memoria dichiarativa. L ippocampo non fornisce una rappresentazione dello spazio in quanto tale ma uno spazio di memoria. Ad es le cellule per i luoghi dei roditori non rappresentano una topologia globale dell ambiente, ma le relazioni spaziali tra sottosistemi e segnali. L attivazione di queste cellule è influenzata anche da variabili non spaziali, come la velocità con cui il ratto si muove, la presenza di particolari stimoli, ricompense nell ambiente.

63 Teoria della mappa cognitiva Teoria della memoria relazionale

64 Il modello della memoria episodica L ippocampo negli esseri umani contribuisce in egual modo alla memoria episodica e alla memoria semantica? Secondo Tulving, Moscovitch et al l ippocampo è fondamentale per la memoria episodica ma non per quella semantica. Il paziente KC (Tulving) a seguito di un incidente in moto si procurò lesioni in diverse aree cerebrali compreso l ippocampo. Le abilità intellettive risultavano preservate (leggere, scrivere, giocare a scacchi) ma mostrava un grave deficit della memoria anterograda e retrogada (tutto l arco della vita!).

65 Le sue conoscenze semantiche erano tuttavia intatte (lessico, matematica, storia, geografia). Una lesione al lobo temporale mediale può danneggiare la memoria retrograda episodica lasciando intatta la memoria retrograda semantica (tali pazienti, con fatica possono apprendere nuovi vocaboli o informazioni).

66 Un ulteriore prova è data dal fatto che pazienti con lesioni alla corteccia temporale anteriore di sinistra hanno maggiori danni alla memoria semantica rispetto alla memoria episodica. Ad esempio la demenza semantica

67 IPPOCAMPO E CORTECCIA PERIRINALE Come sono collegate le funzioni dell ippocampo alle funzioni delle altre strutture del lobo temporale? La teoria ippocampale peririnale (Brown, Aggleton) L ippocampo elabora informazioni in modo lento e sarebbe associativo e relazionale. I neuroni dell ippocampo elaborano informazioni sulle posizioni spaziali e sulle associazioni fra gli elementi (tipo reminiscenza) La corteccia peririnale elabora informazioni più velocemente basate sugli elementi. I neuroni della corteccia peririnale segnalano informazioni riguardanti la novità dei singoli elementi (tipo familiarità)

68 (A) la registrazione di singole cellule negli animali ha mostrato che i neuroni periferici scaricano di più quando un oggetto è mostrato per la prima volta rispetto a quando è mostrato successivamente

69 (B) Studi di Fmri dimostrano il diverso contributo di ippocampo e corteccia peririnale nella reminiscenza. Ippocampo più attivo quando si è certi di aver già incontrato un dato oggetto Corteccia peririnale più attiva con oggetti nuovi

70 La Memoria Non Dichiarativa Le principali forme di ricordi non dichiarativi (impliciti) ricadono all interno di tre grandi categorie: Priming Apprendimento di abilità Condizionamento Queste tre forme di memoria non dichiarativa dipendono da diverse regioni cerebrali e sono tutte indipendenti dal lobo temporale mediale

71 Priming Il priming rappresenta quell alterazione della prestazione che risulta da un esperienza precedente (prime)

72 Il priming può essere diretto quando il prime e il target (stimolo successivo per verificare l effetto) sono identici, o indiretto quando gli stimoli sono diversi Il priming diretto può essere percettivo o concettuale

73 Percettivo Concettuale Semantico

74 Il priming percettivo è relativamente stabile durante il ciclo di vita, ed è sensibile a lesioni della corteccia sensoriale, ma non a lesioni dei lobi temporali mediali I soggetti dovevano completare radici di parole che si accoppiavano (prime) o che non si accoppiavano con le parole lette in precedenza (A) Il completamento di radici di parole attiva diverse aree tra cui la corteccia prefrontale ventrolaterale sx (a sx) e la corteccia occipitotemporale ventrale (a dx). (B) Il priming ha ridotto l attività in entrambe le regioni (soppressione da ripetizione)

75 Il priming concettuale non dipende dalla consapevolezza (è preservato in pazienti amnesici con danno ai lobi temporali mediali). Sono coinvolte la corteccia frontale, parietale e temporale. Nell ambito della corteccia prefrontale è associato alla porzione anteriore del giro prefrontale inferiore sinistro

76 Il priming semantico ha una durata molto più breve (secondi) rispetto al priming percettivo (mesi) e concettuale (giorni). E sensibile a lesioni della corteccia temporale anteriore sinistra capanno granaio

77 Apprendimento di abilità Al contrario del priming dipendono da attività più vasta (apprendimento di una lingua, suonare uno strumento musicale, sciare). Necessitano di addestramento e pratica Dipendono da strutture come i gangli della base ed il cervelletto

78 Apprendimento di abilità motorie Sequenze ripetitiva di tasti da schiacciare all insaputa del soggetto mostra l apprendimento implicito, i tempi di reazione diminuiscono. Se si introduce un blocco con sequenza casuale i tempi di reazione aumentano nuovamente.

79 Apprendimento di abilità motorie Questo tipo di apprendimento di abilità è preservato nei pazienti con danno al lobo temporale mediale, ma sono compromessi in quelli con disturbi ai gangli della base (M. di Parkinson, Corea di Huntington) La visualizzazione neurofunzionale mostra, in particolare, l attivazione dello striato. Lo striato è la porzione dei gangli della base che include i nuclei caudato e putamen

80 Apprendimento di abilità motorie Durante l apprendimento di attività motorie è evidente anche l attivazione di altre aree: La corteccia parietale posteriore per i processi spaziali L area motoria supplementare per la preparazione motoria La corteccia cingolata per la previsione della sequenza Il cervelletto per la coordinazione motoria

81 Apprendimento di abilità percettive L apprendimento di attività percettive si riferisce ai miglioramenti di elaborazione degli stimoli percettivi pienamente familiari, familiari ma con qualche trasformazione o interamente nuovi. E essenziale in attività di vita quotidiana come comprendere il linguaggio parlato e scritto (significato e regole grammaticali implicite) Sono coinvolte, oltre ai gangli della base le cortecce sensoriali e associative Apprendimento di abilità cognitive L apprendimento di attività cognitive si riferisce alla risoluzione di problemi (problem-solving). Coinvolge inizialmente i lobi temporali mediali quando si apprendono le regole esplicite del compito che si disattivano durante l apprendimento implicito

82 Il condizionamento Il delay conditioning è prototipicamente procedurale (quando un soggetto impara la risposta di eyeblink ad un lieve soffio d aria sull arcata sopraccigliare questo soggetto è inconsapevole del condizionamento) infatti soggetti con lesioni ippocampali e dei lobi temporali mediali possono essere condizionati come i soggetti sani.

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84 Una piccola variazione del paradigma (trace conditioning) converte il condizionamento implicito nella memoria esplicita. Richard Thompson et al (49, 50) trovano che il trace conditioning dipende dall ippocampo infatti nei loro esperimenti gli animali con lesioni ippocampali non riescono ad essere condizionati con questa metodica. Clark e Squire (48) estendono l esperimento agli esseri umani e scoprono che il trace conditioning richiede il ricordo consapevole. I soggetti diventano consapevoli del gap temporale tra lo stimolo condizionato e quello incondizionato; i soggetti che non raggiungono la consapevolezza non acquisiscono il trace conditioning. Infatti i soggetti con lesioni al lobo temporale mediale e che quindi soffrono di un deficit di memoria dichiarativa non imparano.

85 LA MEMORIA DI LAVORO Non trovo le chiavi dell auto! Le cerco mettendo in azione la memoria di lavoro, definita come: Ritenzione temporanea e manipolazione di informazioni necessarie per raggiungere gli obiettivi comportamentali a breve termine.

86 Memoria di lavoro - working memory) E vista come una sorta di magazzino temporaneo necessario per svolgere un ampia gamma di compiti cognitivi. Essa consente di ritenere una quantità limitata di informazione per un periodo breve di tempo (nell ordine di secondi). E la memoria che usiamo costantemente, quella che è sempre in linea quando dobbiamo comprendere qualcosa o risolvere un problema o fare un ragionamento. Il concetto emerge negli anni intorno al 1960 discutendo su casi di pazienti con amnesie ma che presentavano una capacità intatta a ricordare immediatamente serie di numeri.

87 Ad esempio una sequenza di stimoli verbali non eccedenti lo span di memoria viene quasi del tutto dimenticata se al soggetto viene impedito di ripassare l informazione (ripeterla tra sé e sé) impegnandolo in un altro compito. Lo span di memoria è il numero di stimoli (ad es. numeri, lettere o parole) che una persona è in grado di ripetere nell ordine di presentazione; lo span di memoria è di stimoli (il magico numero di Miller, 1956).

88 La memoria di lavoro: il modello di Baddeley Consiste in tre magazzini intermedi (o buffer) di memoria a capacità limitata e un sistema di controllo. Ogni buffer di memoria trattiene un tipo diverso di rappresentazione. Il circuito (o loop) fonologico ritiene rappresentazioni fonologiche basate sul suono Il taccuino visuospaziale ritiene le rappresentazioni visuospaziali Il buffer episodico ritiene rappresentazioni integrate e multimodali

89 La memoria di lavoro: il modello di Baddeley Ogni buffer interagisce strettamente con diverse rappresentazioni della memoria a lungo termine. Il loop fonologico con conoscenze linguistiche Il taccuino visuospaziale con la memoria semantica visiva Il buffer episodico con la memoria episodica. Il circuito (o loop) fonologico ritiene rappresentazioni fonologiche basate sul suono Il taccuino visuospaziale ritiene le rappresentazioni visuospaziali Il buffer episodico ritiene rappresentazioni integrate e multimodali

90 La memoria di lavoro: il modello di Baddeley Ogni buffer di memoria ha due componenti: un magazzino che trattiene le informazioni per pochi istanti e un meccanismo di ripasso che riattiva queste informazioni prima che si dissipino. Loop fonologico magazzino fonologico ripasso articolatorio Taccuino visuospaziale deposito visivo scrivano interno

91 La memoria di lavoro: il modello di Baddeley Il sistema di controllo chiamato esecutivo centrale avrebbe il compito di distribuire le risorse attentive ai buffer di memoria ed esegue le manipolazioni delle informazioni

92 La memoria di lavoro verbale E essenziale per la comprensione e la produzione del linguaggio sia parlato che scritto. Le aree cerebrali deputate agli aspetti fonologici della memoria di lavoro verbale sono la corteccia parietale inferiore sinistra per il magazzino fonologico e l area di Broca per il ripasso articolatorio. The neural correlates of the verbal component of working memory (Paulesu et al, 1993)

93 La memoria di lavoro verbale La memoria di lavoro verbale semantica è controllata dalla porzione anteriore del giro frontale inferiore sinistro (area 45/47 Brodmann) e dalla corteccia temporale laterale sinistra Condizione semantica

94 La memoria di lavoro visiva Può essere suddivisa nella memoria di lavoro per le posizioni spaziali e in quella per le caratteristiche degli oggetti. Studi di frmi evidenziano l importanza dell area frontale dorsale (campi oculari, area 8 di Brodmann), importante per ritenere l informazione oculomotoria, e del solco intraparietale deputato a ritenere le posizioni spaziali. La ritenzione dell informazione per gli oggetti è associata principalmente con le cortecce temporali e occipitali. Per quanto riguarda la corteccia temporale sembra che la sua attività sia specifica per categoria.

95 La memoria di lavoro visiva Courtney S in un lavoro di fmri ha trovato che il giro fusiforme mediale del lobo temporale mostrava maggiore attività nei soggetti che guardavano case rispetto a quelli che guardavano volti, mentre il giro fusiforme laterale mostrava l effetto opposto.

96 Il ruolo della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro Vi sono evidenze del coinvolgimento della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro. Il modello basato sul contenuto (Goldman-Rakic; Courtney) postula che le regioni della corteccia prefrontale ventrolaterale (area 45/47 di Brodmann) sono coinvolte nella memoria per gli oggetti e le regioni dorsolaterali (aree 9 e 46) nella memoria di lavoro spaziale

97 Il ruolo della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro Il modello basato sul processo (Petrides) postula che le regioni ventromediali sono coinvolte in operazioni di ritenzione semplici, mentre le regioni dorsolaterali sono coinvolte in processi complessi (monitoraggio, manipolazione dell informazione)

98 Il ruolo della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro In sintesi pur essendo ancora del tutto aperta la questione della corteccia prefrontale e memoria di lavoro, si presume che tali regioni medino il controllo generale sulle operazioni della memoria di lavoro in tutte le modalità

99 VALUTAZIONE DELLA MEMORIA la memoria non costituisce una singola entità ma è suddivisa in più sistemi: memoria di lavoro memoria a lungo termine memoria esplicita (consente la rievocazione cosciente) memoria implicita o procedurale, (si acquisisce con la pratica; è esaminabile in un unico modo, facendo svolgere al soggetto un compito che consenta di dimostrare che l informazione è stata acquisita) La memoria esplicita viene ulteriormente suddivisa in: memoria episodica verbale (si studia con esercizi di ripetizione o riconoscimento) non verbale (si studia con il riconoscimento di oggetti) Memoria semantica (si studia attraverso esercizi di categorizzazione)

100 VALUTAZIONE DELLA MEMORIA Per valutare le funzioni mnesiche si può utilizzare materiale - verbale (es. liste di parole) - visivo (figure, oggetti) - spaziale (mappe) Ad esempio ai soggetti viene letta una lista di parole che devono rievocare immediatamente (memoria a breve termine) e dopo un intervallo di tempo occupato da un compito distraente (memoria a lungo termine)

101 VALUTAZIONE DELLA MEMORIA Memoria di lavoro PASAT Paced Auditory Serial Addition Test Memoria verbale a breve termine: Digit span Memoria verbale a breve e a lungo termine: Selective Reminding Test (Buschke-Fuld) Breve Racconto Memoria visiva Figura di Rey Memoria spaziale Corsi span Memoria semantica Giudizi categoriali Memoria procedurale Procedure

102 PASAT Paced Auditory Serial Addition Test Data una serie di numeri il soggetto deve sommare il primo con il secondo e dire il risultato, il secondo con il terzo e dire il risultato e così via. 5, 3, 7, 4, 2 5+3=8; 3+7=10; 7+4=11; 4+2=6

103 DIGIT SPAN Vengono lette al soggetto delle sequenze di numeri di lunghezza crescente al ritmo di un numero al secondo Il compito è quello di ripetere gli stessi numeri della sequenza nello stesso ordine Lo span di memoria è dato dal numero di cifre che compongono la sequenza più lunga che il soggetto è riuscito a ripetere correttamente

104 SELECTIVE REMINDING TEST (SRT) Tecnica di Buschke-Fuld (Masur et al., J Clin Exp Neuropsychol 1989; 11: ) normale MA

105 BREVE RACCONTO Anna / Pesenti / di Bergamo /che lavora /come donna delle pulizie / in una ditta di costruzioni / riferì /al maresciallo / dei carabinieri / che la sera / precedente / mentre rincasava/ era stata aggredita / e derubata / di lire/. La poveretta / aveva 4 / bambini piccoli / che non mangiavano/ da 2 giorni / e doveva pagare l affitto/. I militari / commossi / fecero una colletta/.

106 MEMORIA VISIVA Figura di Rey

107 MEMORIA VISUO- SPAZIALE TestdiCorsi

108 VALUTAZIONE DELLA MEMORIA SEMANTICA Si utilizzano i giudizi di associazione semantica. Si fornisce al soggetto una parola target relativa ad una categoria semantica più altre due parole; il soggetto deve decidere quale, tra queste ultime, può rientrare nella categoria semantica della parola target. Ad esempio: parola target: agnello ; parole tra cui scegliere per l associazione semantica: capra, pecora.

109 VALUTAZIONE DELLA MEMORIA PROCEDURALE LA TORRE DI LONDRA Il test della Torre di Londra è un problema a difficoltà graduale che richiede al soggetto di muovere delle palline forate, poste in una certa configurazione su una particolare struttura fino a raggiungere una nuova configurazione con un numero minimo di mosse. A tale scopo è necessario adottare opportune strategie.

110 LA TORRE DI LONDRA A B C

111 In particolare sono richieste tre operazioni: formulare un piano generale identificare sottomete ed organizzarle entro una sequenza di movimenti conservare le sottomete e il piano generale nella memoria di lavoro (Morris et al., 1988; Owen et al., 1990; Shallice, 1982).

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114 SISTEMI DI MEMORIA

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117 Udito Il sitema uditivo trasforma l energia meccanica prodotta dal movimento delle molecole d aria in attività neurale che dà origine alle qualità percettive dei suoni che sentiamo Un vero capolavoro d ingegneria: risponde a vibrazioni del diametro di un atomo in uno spazio ristrettissimo eseguendo una trasduzione del segnale in un tempo mille volte superiore a quello dei trasduttori visivi; è un sistema essenziale non solo per la comunicazione linguistica ma anche per la fruizione della musica una delle forme di espressione umana più raffinate dal punto di vista estetico. Suono: onde sonore caratterizzate da una forma d onda, una fase, una frequenza (Hz per gli umani il tono) ed un ampiezza (db per gli umani l intensità del suono) Si sente tra 20Hz e Hz; in alcune specie il range è diverso: i pipistrelli arrivano a 200kHz

118 Orecchio esterno e medio Il primo stadio di trasformazione della variazione della pressione locale in segnale neurale è prodotta dall orecchio esterno e dall orecchio medio che amplificano la pressione locale. I tre ossicini dell orecchio medio collegano la membrana timpanica e l orecchio interno e aumentano l energia dello stimolo che viene trasmessa alla finestra ovale

119 Orecchio interno La finestra ovale segna l ingresso nella coclea che ospita l apparato dei recettori neurali dell orecchio interno.

120 Orecchio interno Le caratteristiche più importanti sono la membrana basilare e le sue cellule recettrici (cellule ciliate)

121 La risposta della coclea George von Bekesy (1960) dimostra che la membrana basilare vibra in punti diversi in risposta a suoni di frequenza diversi; alla base la risposta alle alte frequenze all apice quella alle basse. Questo modello di risonatori esclusivamente passivo è oggi sostituito da uno che prevede anche un processo biomeccanico attivo dovuto alle cellule ciliate esterne ed interne; il nuovo modello serve a rendere conto della estrema precisione dei fenomeni acustici di sintonizzazione ma non è ancora del tutto chiarito.

122 La risposta della coclea In risposta all onda sonora avvengono spostamenti delle cellule ciliate (che poggiano sulla membrana basilare) rispetto alla membrana tettoria; si determinano spostamenti delle stereociglia che a loro volta causano modificazioni del potenziale di membrana delle cellule ciliate.

123 Stereociglia e trasduzione Sono un mirabile complesso evolutivo che trasforma l energia delle vibrazioni in segnale elettrico. Sono in grado di rilevare movimenti piccoli come un atomo (più o meno 0.3 nm pari al diametro di un atomo d oro) e dare risposte in microsecondi (circa 10µs!!!) Ogni cellula ha un fascio di ciglia ed un chinociglio più lungo; strutture filamentose uniscono le punte delle ciglia determinando allo spostamento l apertura di canali ionici per il K +

124 La trasduzione del segnale La cellula è ad un potenziale di riposo tra -45 e -60 mv; quando entra il K + si la cellula si depolarizza permettendo l ingresso del Ca++ che porta alla fuoriuscita di neurotrasmettitore

125 Dalla coclea all encefalo 1 la posizione del suono Il primo stadio dell elaborazione uditiva centrale ha luogo nel nucleo cocleare dove gli assoni del nervo uditivo portano le informazioni generate dalla membrana basilare. Da qui l informazione uditiva periferica diverge in un certo numero di vie parallele Il complesso olivare superiore: l informazione proveniente dalle due orecchie interagisce (prima fase localizzazione suoni nello spazio)

126 Dalla coclea all encefalo 1 la posizione del suono Gli assoni dei neuroni del nucleo cocleare proiettano al collicolo inferiore del mesencefalo che rappresenta un importante centro di integrazione. Inoltre l informazione uditiva interagisce con il sistema motorio (ad es. ruotare la testa) Gli assoni dei neuroni del nucleo cocleare proiettano anche al nucleo del lemnisco laterale del mesencefalo i cui neuroni elaborano gli attributi temporali degli stimoli sonori fondamentali per la localizzazione

127 Dalla coclea all encefalo Il nucleo genicolato mediale del talamo elabora ulteriormente l informazione e la proietta alla corteccia uditiva primaria L informazione viene inviata al nucleo genicolato mediale del talamo

128 La corteccia uditiva Nella corteccia uditiva primaria è presente una mappa tonotopica; elabora la sequenza temporale delle singole componenti del suono La corteccia uditiva secondaria elabora suoni complessi come quelli verbali e quelli musicali (l area di Wernicke è in questa corteccia)

129 Il sistema vestibolare Serve per mantenere l equilibrio, la coordinazione dei movimenti del capo e del corpo e far conservare agli occhi la fissazione di un punto anche durante il movimento Le strutture costituenti sono: sacculo, utricolo e i canali semicircolari (anteriore, posteriore e orizzontale) che contengono le cellule ciliate

130 Il sistema vestibolare l utricolo contiene una zona chiamata macula (regione recettrice) ricoperta da una sostanza gelatinosa contenente gli otoliti. La regione recettrice dei canali semicircolari è situata in una dilatazione chiamata ampolla.

131 Il sistema vestibolare Se il capo viene sottoposto ad accelerazione lineare gli otoliti deformano la massa gelatinosa che a sua volta piega le ciglia delle cellule recettrici. Il piegamento delle ciglia in una direzione determina depolarizzazione delle cellule e aumento di scarica delle fibre afferenti; il piegamento in direzione opposta provoca iperpolarizzazione della cellula e diminuzione frequenza di scarica A riposo le fibre del nervo vestibolare scaricano spontaneamente ad una freq di 100Hz

132 I canali semicircolari Forniscono informazioni circa accelerazioni rotatorie della testa

133 Le vie centrali per stabilizzare sguardo, testa e postura Ganglio di Scarpa contiene cellule bipolari, il ramo periferico innerva le cellule ciliate, il ramo centrale decorre nell ambito dell VIII paio di nervi cranici e termina nel tronco dell encefalo a livello del bulbo (nuclei vestibolari) e al cervelletto