Tecnologie mirate a ottenere informazioni sull attività neurale nel sistema nervoso centrale

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1 Edoardo Datteri

2 Tecnologie mirate a ottenere informazioni sull attività neurale nel sistema nervoso centrale Metodi invasivi (es. microelettrodi, elettrocorticogramma) Elettroencefalogramma Tomografia a emissione di positroni (PET) Risonanza magnetica funzionale (fmri)

3 Rileva il livello di ossigenazione del sangue nel cervello: segnale BOLD (blood oxygenation level dependent) Si assume che il segnale BOLD in un dato punto del cervello sia correlato all attività neurale in quel punto

4 Negli esperimenti di Mosso (~1881) the subject to be observed lay on a delicately balanced table which could tip downward either at the head or at the foot if the weight of either end were increased. The moment emotional or intellectual activity began in the subject, down went the balance at the head-end, in consequence of the redistribution of blood in his system. William James, Principles of Psychology, 1890

5 Studio dei processi cognitivi Localizzazione dei processi cognitivi nel cervello Separazione dei diversi processi cognitivi messi in atto da un certo compito Diagnosi di psicopatologie Rilevazione di stati di coscienza

6 Le metodologie di neuroimmagine

7 Studio dei processi cognitivi Localizzazione dei processi cognitivi nel cervello Separazione dei diversi processi cognitivi messi in atto da un certo compito Diagnosi di psicopatologie Rilevazione di stati di coscienza

8 Localizzare il modulo cognitivo deputato al riconoscimento di rime Al soggetto vengono presentate coppie di triplette (es: ARE,ARE; ERA,ARI) TASK-CONTROLLO: il soggetto deve ascoltare le coppie di triplette e premere un tasto TASK-TEST: il soggetto deve ascoltare le coppie di triplette, premere un tasto, e giudicare se sono in rima aree TASK-TEST - aree TASK-CONTROLLO = area modulo RIMA

9 ascoltare le coppie di triplette e premere un tasto

10 ascoltare le coppie di triplette, premere un tasto, e giudicare se sono in rima

11 Differenza interpretata come indicazione sulla localizzazione funzionale del modulo RIMA

12 Studio dei processi cognitivi Localizzazione dei processi cognitivi nel cervello Separazione dei diversi processi cognitivi messi in atto da un certo compito Diagnosi di psicopatologie Rilevazione di stati di coscienza

13 Compito: il soggetto deve pronunciare il nome di ciò che è rappresentato nell immagine «Leone»

14 Compito: il soggetto deve pronunciare il nome di ciò che è rappresentato nell immagine «Calcolatrice»

15 Se il nominare animali attiva l area X e non l area Y, e il nominare oggetti attiva l area Y e non l area X, allora il compito «nominare animali» e il compito «nominare oggetti» attivano processi cognitivi diversi almeno sotto qualche aspetto nominare animali nominare oggetti

16 Studio dei processi cognitivi Localizzazione dei processi cognitivi nel cervello Separazione dei diversi processi cognitivi messi in atto da un certo compito Diagnosi di psicopatologie Rilevazione di stati di coscienza

17 ADHD: Attention Deficit and Hyperactivity Disorder ADHD 200 Data Set: insieme di 1000 immagini fmri di soggetti con e senza ADHD (diagnosi comportamentale) Algoritmi per la rilevazione automatica attraverso fmri della sindrome

18 Studio dei processi cognitivi Localizzazione dei processi cognitivi nel cervello Separazione dei diversi processi cognitivi messi in atto da un certo compito Diagnosi di psicopatologie Rilevazione di stati di coscienza

19 Identificazione di processi coscienti, distinzione tra elaborazione conscia e non conscia: ruolo centrale dell analisi del comportamento (incl. resoconti in prima persona) È possibile rilevare l occorrenza di elaborazioni consapevoli in un soggetto senza far ricorso all analisi del comportamento?

20 Consciousness: arousal + awareness

21 Arousal senza awareness Un soggetto VS soddisfa tutti i seguenti criteri: 1. No evidence of awareness of self or environment. 2. No evidence of sustained, reproducible, purposeful, or voluntary behavioural responses to visual, auditory, tactile, or noxious stimuli. 3. No evidence of language comprehension or expression. 4. Intermittent wakefulness manifested by the presence of sleep wake cycles (i.e., periods of eyeopening). 5.

22 Veglia + segnali comportamentali di consapevolezza Un soggetto MCS soddisfa almeno uno dei seguenti requisiti 1. Simple command-following. 2. Gestural or verbal yes/no responses. 3. Intelligible verbalisation. 4. Movements or affective behaviours that occur in contingent relation to relevant environmental stimuli and are not attributable to reflexive activity. Any of the following examples provide sufficient evidence for contingent behavioural responses:... Pursuit eye movement or sustained fixation that occurs in direct response to moving or salient stimuli.

23 Owen et al 2006, Science

24 Paziente VS, analisi fmri Al soggetto viene chiesto di immaginare di 1. Giocare a tennis 2. Visitare tutte le stanze della propria casa Risposte fmri 1. Area motoria supplementare (SMA) 2. Giro paraippocampale, corteccia parietale posteriore (PPA), corteccia laterale premotoria Conclusione: il paziente VS esegue elaborazioni consapevoli

25 1. Cfr. correlati neurali dei processi immaginativi in soggetti sani SMA: area tipicamente coinvolta nell immaginazione di movimenti coordinati orientati a uno scopo (es. giocare a tennis) PPA: area tipicamente coinvolta nell immaginazione di compiti di navigazione spaziale 2. Confronti sperimentali Her neural responses were indistinguishable from those observed in healthy volunteers performing the same imagery tasks in the scanner

26 Moreover, her decision to cooperate with the authors by imagining particular tasks when asked to do so represents a clear act of intention, which confirmed beyond any doubt that she was consciously aware of herself and her surroundings. (Owen et al. 2006) Spiegazione in termini di processi cognitivi non consapevoli? (Owen et al. 2007) Attività fmri persistente Rilevata a partire dall istruzione dello sperimentatore Interrotta al segnale dello sperimentatore

27 Le metodologie di neuroimmagine

28 compito attività del modulo cognitivo y fmri attivazione dell area cerebrale x Qual è il compito adatto a localizzare l area cerebrale sottostante al modulo cognitivo deputato al riconoscimento delle parole in rima? alla denominazione degli animali?

29 Problema: qualsiasi compito attiva presumibilmente più di un modulo cognitivo Esempio: «Pronuncia il nome di ciò che vedi rappresentato sullo schermo» attiva Moduli legati all identificazione del nome della figura rappresentata Moduli legati all elaborazione visiva Moduli legati alla produzione linguistica analisi fmri molte aree cerebrali, alcune delle quali irrilevanti rispetto agli scopi della ricerca Come «isolare» quella di interesse?

30 1. TASK-CONTROLLO: il soggetto deve ascoltare le coppie di triplette e premere un tasto 2. TASK-TEST: il soggetto deve ascoltare le coppie di triplette, premere un tasto, e giudicare se sono in rima aree TASK-TEST - aree TASK-CONTROLLO = area modulo RIMA =

31 aree TASK-TEST - aree TASK-CONTROLLO = area modulo RIMA vero soltanto se TASK-TEST attiva tutti i moduli cognitivi attivati da TASK-CONTROLLO più il modulo deputato al riconoscimento di rime rima TASK-CONTROLLO TASK-TEST

32 chi ci garantisce che TASK-TEST, oltre ad attivare il modulo RIMA, non perturbi anche l attività degli altri moduli cognitivi? ovvero che moduli-task-test moduli-task-controllo + RIMA rima TASK-CONTROLLO TASK-TEST

33 - = area che corrisponde all interferenza con altri moduli cognitivi comuni ai due compiti area effettivamente responsabile del riconoscimento delle rime

34 TASK-CONTROLLO: premere il tasto di sinistra o di destra se appare uno stimolo a sinistra o a destra rispettivamente TASK-TEST: premere il tasto di sinistra se appare uno stimolo a sinistra, premere quello di destra se appare uno stimolo a destra, e dire se i due stimoli sono identici o meno Nel TASK-TEST i soggetti impiegavano più tempo a premere il tasto! Il modulo cognitivo «aggiunto» influisce sugli altri