Nascita della neurofisiologia

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1 Papiro egiziano del 1700 a.c. (Edwin Smith) Nascita della neurofisiologia Luigi Galvani (XVIII secolo): la stimolazione elettrica del nervo di una rana produce la contrazione del muscolo cui è attaccato Johannes Müller ( ): tutti i nervi veicolano lo stesso tipo di impulso elettrico, ma attraverso canali diversi; per cui il cervello deve essere funzionalmente diviso in parti 1

2 Teoria dei campi associati Flourens: osservazione del comportamento in seguito ad ablazione sperimentale di parti diverse del cervello Tutte le percezioni e tutti gli atti volontari hanno la stessa sede negli organi cerebrali; le facoltà di percepire, di concepire o di volere non rappresentano perciò che diversi aspetti di facoltà essenzialmente unitarie. Pierre Flourens 1823 La Frenologia Franz Joseph Gall ( ) 2

3 Morfostruttura del cervello I frenologi tentarono di suddividere la mente umana in funzioni relativamente autonome e di localizzare tali funzioni in specifiche regioni della corteccia cerebrale. Le funzioni mentali ipotizzate rappresentano delle disposizioni piuttosto che dei processi. Si pensava che le differenze psicologiche individuali dipendessero dalla relativa grandezza delle aree. Si pensava che la forma e le dimensioni del cranio riflettessero tali differenze. Neuropsicologia: concetti fondamentali Studio dei disturbi psicologici che conseguono a malattie neurologiche Studio delle funzioni mentali nei pazienti con lesioni cerebrali 3

4 Tipi di lesioni cerebrali Lesioni da trauma Tumori Lesioni vascolari Ischemie (interruzione dell irrorazione sanguigna) TIA (attacco ischemico transitorio: disturbo temporaneo dell irrorazione sanguigna in una zona limitata del cervello) Ictus emorragico (accidente cerebrovascolare causato dalla rottura di un vaso ematico) Ictus ostruttivo (accidente cerebrovascolare causato dalla occlusione di un vaso ematico) Nascita della neuropsicologia Pierre Paul Broca ( ) La perdita della parola corrisponde alla lesione dei lobi anteriori del cervello. Pierre Bouillaud 1825 Dax (1836): 150 casi di disturbi del linguaggio invariabilmente associati a lesioni emisferiche sinistre Broca (1851): caso di un paziente che riesce ad articolare una sola parola ( tan-tan ), in assenza di deficit di comprensione del linguaggio 4

5 Aree del linguaggio AREA DI BROCA Piede della terza circonvoluzione frontale (posizione approssimativa) Storia delle neuroscienze Afasia motoria (o afasia di Broca) Il paziente ha perso un tipo particolare di memoria, che non è la memoria delle parole, ma quella dei movimenti necessari per articolare le parole. Paul Broca (1851) Noi parliamo con l emisfero sinistro! Paul Broca (1864) Karl Wernicke ( ) All afasia motoria di Broca viene contrapposta un afasia sensoriale, localizzata nella parte posteriore della prima circonvoluzione temporale di sinistra 5

6 Aree del linguaggio AREA DI BROCA Piede della terza circonvoluzione frontale (posizione approssimativa) AREA DI WERNICKE Terzo posteriore della prima circonvoluzione temporale Centro Concetti AFASIA DI BROCA Area di Broca Fascicolo arcuato AFASIA di Conduzione AFASIA DI WERNICKE Area di Wernicke Aree motorie primarie Aree uditive primarie 6

7 Neuropsicologia: definizione Clinico-pratico Valutazione disturbi cognitivi e loro riabilitazione Scienze umane Osservazione del comportamento dei pazienti per la sua comprensione e descrizione Scienze sperimentali Studio sperimentale delle correlazioni tra mente e cervello Neuropsicologia: concetti fondamentali Principio di localizzazione cerebrale La mente è scomponibile in funzioni relativamente autonome, aventi ognuna una propria localizzazione cerebrale Le lesioni cerebrali danneggiano una o più componenti del sistema cognitivo 7

8 Neuropsicologia: concetti fondamentali Neuropsicologia cognitiva La neuropsicologia può contribuire allo studio dei processi mentali normali: l osservazione di dissociazioni tra sintomi permette di inferire che diverse componenti cognitive costituiscono dei moduli separati nel sistema cognitivo Neuropsicologia: concetti fondamentali Processo / comportamento LINGUAGGIO Modello cognitivo Comprensione del linguaggio Produzione del linguaggio Localizzazione cerebrale Area di Wernicke Fascicolo arcuato Area di Broca Patologie corrispondenti Afasia sensoriale Afasia di conduzione Afasia motoria 8

9 Neuropsicologia: concetti fondamentali Metodo della correlazione anatomo-clinica Analisi del comportamento del paziente + Individuazione della sede lesionale = Associazione tra un area cerebrale e una funzione mentale Dissociazione tra sintomi e segni La funzione deve essere preservata nei pazienti che hanno lesioni al di fuori di quell area Dissociazione Paziente 1 con lesione dell area X La facoltà mentale Y è deficitaria Paziente 2 con lesione che risparmia l area X La facoltà mentale Y è normale Struttura X Funzione Y 9

10 Doppia dissociazione Paziente 1 Paziente 2 Normali 20 0 Compito A Compito B Neuropsicologia: limiti metodologici dell ottocento Si basava sull osservazione occasionale di casi singoli e da essa si muoveva per induzione arbitraria dal particolare al generale La valutazione del comportamento avveniva solo con colloqui e non con test tarati L analisi della lesione veniva fatta post mortem e in genere a distanza di tempo, inoltre a volte si limitava ad un analisi visiva della corteccia 10

11 Neuropsicologia: oggi La ricerca è svolta su gruppi di pazienti, che vengono selezionati in base a criteri specifici indipendenti dalla presenza del sintomo oggetto di indagine La valutazione del comportamento avviene con test standardizzati, ossia tarati su un opportuna popolazione di riferimento Confronto delle prestazioni dei pazienti con gruppi di controllo e utilizzo di opportune analisi statistiche per valutare i risultati Assunto di base Differenze tra: PSICOFISIOLOGIA Agli stati e ai fenomeni psichici sono correlate variazioni degli indici psicofisiologici Considera la mente e il cervello come una scatola nera NEUROPSICOLOGIA A regioni specifiche della corteccia cerebrale sono associate funzioni psichiche specifiche Soggetti Normali Pazienti cerebrolesi Metodi Modello di riferimento Misura vari indici fisiologici in relazione ad un singolo fenomeno psichico Misura vari comportamenti in singoli pazienti Interesse per l anatomia e la fisiologia del sistema nervoso e per la localizzazione delle funzioni cognitive L incontro tra Psicofisiologia e Neuropsicologia è oggi possibile grazie a tecniche che consentono di registrare contemporaneamente quello che avviene nel cervello e dove avviene mentre un soggetto sta svolgendo un compito 11

12 Gli sviluppi della neuroanatomia Brodmann (1909): mappa citoarchitettonica della corteccia cerebrale umana (52 aree distinte) Aree anatomiche e aree di Brodmann sono sovrapponibili solo nel caso delle cosi dette aree primarie Psicologia cognitiva e neuroscienze Mente Processi cognitivi (software) Programmi Applicazioni (software) Cervello (hardware) Computer (hardware) 12

13 Mente, cervello, corpo MENTE (psiche) SISTEMA NERVOSO CENTRALE (cervello) MENTE / CERVELLO Eventi psicologici Eventi fisiologici SISTEMI POPOLAZIONI CELLULE MOLECOLE IONI Strumenti di indagine Manipolazione di variabili somatiche (in concomitanza con la misurazione di variabili psicologiche) Stimolazione dell attività cerebrale Somministrazione di sostanze Studi lesionali Misurazione di variabili somatiche (in concomitanza con la manipolazione o la misurazione di variabili psicologiche) Metodi anatomici Registrazione dell attività cerebrale Registrazione di altri parametri fisiologici 13

14 Metodi di indagine in psicobiologia A B Conseguenze comportamentali di un trattamento somatico Conseguenze somatiche di un trattamento comportamentale CCorrelazione tra variabili somatiche e comportamentali Integrazione Metodi di indagine in psicobiologia A B Conseguenze comportamentali di un trattamento somatico Conseguenze somatiche di un trattamento comportamentale C Correlazione tra variabili somatiche e comportamentali Integrazione 14

15 Metodi di indagine in psicobiologia C A Conseguenze comportamentali di un trattamento somatico B Conseguenze somatiche di un trattamento comportamentale Correlazione tra variabili somatiche e comportamentali Integrazione Metodi di indagine in psicobiologia A Conseguenze comportamentali di un trattamento somatico B Conseguenze somatiche di un trattamento comportamentale CCorrelazione tra variabili somatiche e comportamentali Integrazione 15

16 Tecniche di neuroimmagine Tomografia computerizzata (TC) Risonanza magnetica (RMI) STRUTTURA Tomografia ad emissione di positroni (PET) Risonanza magnetica funzionale (fmri) Stimolazione magnetica transcranica (TMS) FUNZIONE Tomografia computerizzata Immagini radiografiche del cervello ottenute facendo attraversare la testa da appositi fasci di raggi X Fornisce informazioni statiche sul cervello e sulle aree cerebrali consentendo di localizzare lesioni e tumori Radiografia convenzionale Lastra Tomografia computerizzata Rilevatore di raggi X Sorgente di raggi X Sorgente di raggi X 16

17 Risonanza magnetica Generazione di campi magnetici d'intensità variabile. Tomografia ad emissione di positroni (PET) Iniezione (o raramente inalazione) di un radiofarmaco formato da un isotopo tracciante con emivita breve, legato chimicamente a una molecola attiva a livello metabolico. Dopo un tempo di attesa, durante il quale la molecola metabolicamente attiva (spesso uno zucchero: 2desossiglucosio) raggiunge una determinata concentrazione all'interno dei tessuti organici da analizzare, il soggetto viene posizionato nello scanner. 17

18 Risonanza magnetica funzionale Si basa sulla proprietà degli ioni idrogeno di rispondere a radiazioni elettromagnetiche. Si ottengono immagini che riflettono l apporto ematico nelle diverse aree cerebrali mentre il soggetto sta eseguendo un compito Metodo sottrattivo Il metodo sottrattivo consiste nel sottrarre le immagini ottenute durante la condizione di controllo da quelle ottenute durante la condizione sperimentale. In questo modo si ottengono delle immagini per sottrazione, anche dette mappe di attivazione. 18

19 Paradigmi di attivazione Compito che richiede il processo cognitivo X Compito che non richiede il processo cognitivo X Immagini funzionali Immagini funzionali SOTTRAZIONE COGNITIVA Attivazione dell area Y Funzione X Struttura Y Esempio di attivazioni cerebrali Condizioni sperimentali: Riposo Visione di parole Lettura di parole Produzione di parole Visione di parole vs Riposo Lettura di parole vs Visione di parole Produzione di parole vs Lettura di parole 19

20 Stimolazione magnetica transcranica Generatori di corrente erogano corrente ad elevata intensità per meno di un millesimo di secondo La corrente fluisce attraverso la bobina generando un forte campo magnetico Il campo magnetico perturba l attività elettrica corticale con un limitato raggio di azione e per pochi millesimi di secondo 20