CORSO DI PSICOLOGIA FISIOLOGICA Prof.ssa Roberta Daini

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1 UNIVERSITA DI MILANO-BICOCCA FACOLTA DI PSICOLOGIA a.a. 2011/2012 CORSO DI PSICOLOGIA FISIOLOGICA Prof.ssa Roberta Daini

2 METODI DI INDAGINE METODI COMPORTAMENTALI PSICOLOGIA SPERIMENTALE CORRELAZIONE ANATOMO-CLINICA NEUROPSICOLOGIA TMS METODI ELETTROFISIOLOGICI ELETTROFISIOLOGIA METODICHE ANIMALI NEUROFISIOLOGIA PSICOLOGIA COMPARATA NEUROIMMAGINI FUNZIONALI

3 PARADIGMA DI INTERFERENZA DOPPIO COMPITO (dual task) Il soggetto durante il compito principale o primario A esegue un compito secondario B (concomitante o interferente) Compito B aspecifico rispetto ad A Indaga il ruolo di risorse generali (e.g., attenzionali) Compito B specifico rispetto ad A Indaga il ruolo di particolari rappresentazioni (e.g., effetti della ripetizione di numeri al contrario, vs. tamburellare le dita, sullo span di parole)

4 COMPITI CONCOMITANTI Interferenza di un attività/compito B (compito concomitante) su quello principale A: L attività verbale (calcolo aritmetico mentale) rallenta i tempi di reazione a stimoli presentati in RVF-LHà specializzazione verbale di LH L attività visuo-spaziale (esplorazione di un labirinto) rallenta i tempi di reazione a stimoli presentati in LVF- RH à specializzazione visuo-spaziale di RH

5 LA PSICOFISICA La psicofisica studia il rapporto tra l esperienza consapevole degli individui e le proprietà corrispondenti del mondo fisico.

6 LA PSICOFISICA Operativamente, misura delle soglie di detezione o discriminazione tramite delle scale. La soglia si riferisce alla grandezza o intensità di una caratteristica dello stimolo (luminanza, frequenza spaziale), necessaria perché questo sia appena percepibile (percepita più frequentemente del 50% delle volte). Le scale psicofisiche sono rapporti quantitativi tra la grandezza esperita e la grandezza fisica.

7 Vedere è, in genere, facile; basta aprire gli occhi. Risulta, tuttavia, difficile quando cerchiamo di leggere le ultime righe di una tavola optometrica o vedere la macchina di fronte nella nebbia. Sappiamo che c è qualcosa, ma è difficile dire cosa. Questo momento di sospensione tra vedere e non vedere è definito soglia.

8 COMPITI DI DETEZIONE C è qualcosa sullo schermo? Metodo dell aggiustamento o dei limiti Metodo della scelta forzata tra 2 alternative R X V A

9 METODI DI INDAGINE METODI COMPORTAMENTALI PSICOLOGIA SPERIMENTALE CORRELAZIONE ANATOMO-CLINICA NEUROPSICOLOGIA TMS METODI ELETTROFISIOLOGICI ELETTROFISIOLOGIA METODICHE ANIMALI NEUROFISIOLOGIA PSICOLOGIA COMPARATA NEUROIMMAGINI FUNZIONALI

10 Elettroencefalogramma: Registrazione dell'attività elettrica cerebrale mediante elettrodi posti sulla superficie cranica

11 Registrazione di segnali psicofisiologici nel SNC elettroencefalogramma di superficie (EEG) potenziali evento correlati (ERP) Cosa misura?! Modificazioni elettriche in gruppi di neuroni" Come si misura?! Differenze di potenziale fra due elettrodi" Come si valutano queste differenze?! Frequenza, Ampiezza, Analisi di onde specifiche"

12 L EEG umano venne descritto per la prima volta dallo psichiatra austriaco Hans Berger nel 1929, il quale aveva notato già la notevole differenza degli EEG tra gli stati di veglia e di sonno. Inizialmente, l EEG è stato utilizzato come ausilio nelle diagnosi di determinate condizioni neurologiche (epilessia), successivamente anche per scopi di ricerca, essenzialmente negli studi sul sonno. Oggi il suo utilizzo è decisamente più ampio. Berger, H., On the Electroencephalogram of Man, Berger recorded alpha and beta waves and demonstrated that they changed with mental state.

13 L elettroencefalogramma standard misura l attività elettrica del cervello in maniera non invasiva. Tramite l EEG si possono misurare: * l attività neurale spontanea * l attività neurale evocata (potenziali evento-correlati o Event Related Potentials, ERP)

14 Origini del segnale EEg Sebbene i potenziali d azione possano sembrare la fonte più ovvia dei potenziali elettrici registrati mediante l EEG, di fatto essi contribuiscono poco, se non nulla, ai potenziali registrabili dallo scalpo. I segnali EEG sono prodotti quasi esclusivamente dai potenziali postsinaptici (eccitatori o inibitori). La corrente elettrica uscente dal tessuto cerebrale prodotta dall attivazione di un signolo neurone è molto bassa. Quando un ampia popolazione di neuroni si attiva insieme produce una corrente elettrica sufficiente per essere registrata dagli elettrodi posti sullo scalpo. Cambiamenti nel potenziale fra un elettrodo di registrazione e un elettrodo di riferimento rilevano il passaggio di potenziale e dunque l onda elettroencefalica. L EEg riflette l attività sincronizzata di un grande gruppo di neuroni sulla corteccia.

15 Componenti essenziali di un elettroencefalografo tradizionale * Elettrodi * Sistemi di amplificazione del segnale * Sistemi di riproduzione del segnale

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17 Sistemazione degli elettrodi sul cranio: il sistema Gli elettrodi vengono applicati in base a coordinate standard, il cosiddetto Sistema Internazionale introdotto dalla International Federation of Electroencephalography nel 1958.

18 F se sono posizionati sull area frontale, P su quella parietale, C sulla centrale, T temporale O sull area occipitale; Sistema standard di posizionamento degli elettrodi sul cranio: In base all area cerebrale sottostante, gli elettrodi vengono indicati con sigle diverse :

19 L ELETTROENCEFALOGRAMA: analisi del tracciato EEG I parametri fondamentali dell EEG sono la frequenza (misurata in Hz, numero di onde al sec) e l ampiezza (misurata in µv) delle oscillazioni di potenziale, o onde EEG. In base a tali parametri si distinguono onde a diversa frequenza ed ampiezza: alfa, beta, delta e teta. La variazione di tali onde si correla specificamente ad eventi fisiologici (attività, concentrazione, sonno, stimolazioni sensoriali etc.) e patologici (tumori, ematomi, epilessia etc.)

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21 Dall EEG agli ERP" ERPs! Potenziali elettrici associati con specifici eventi sensoriali, percettivi cognitivi o motori.! " Dall EEG agli ERP! Average bloccato sul tempo del tracciato EEG per diversi trial che implicano lo stesso evento." Riduzione del rapporto segnale/rumore; ciò che rimane è " " relato all evento " EEG = 20-50µv / ERP = 1-10 µv!

22 Potenziali evocati L elettroencefalogramma (EEG) corrisponde a variazioni dell attività elettrica cerebrale spontanea registrate nel tempo mediante elettrodi posti sullo scalpo. Dall EEG spontaneo è possibile, attraverso alcune procedure di analisi, estrarre i potenziali evento-correlati (ERP). Gli ERP sono segnali EEG temporalmente sincronizzati ad un evento. L evento può essere ad esempio uno stimolo sensoriale (luce o suono), un evento mentale (osservare un immagine), un azione motoria. Il rumore di fondo, cioè l attività EEG di base, viene eliminato mediante signal averaging (media dei potenziali evocati): calcolando la media di decine o centinaia di prove, il rumore di fondo, che è casuale, viene eliminato e resta soltanto il potenziale evento-correlato (ERP).

23 La tecnica dell Averaging: La grande varianza di oscillazioni nelle onde rende impossibile la detezione di una risposta elettrica da un singolo evento. Mediando fra loro circa 100 trial di uno stesso evento, la differenza di tracciati nell EEG (rumore di fondo) viene eliminata ed è possibile analizzare le onde restanti.

24 Come analizzare le onde ERP? Componenti ERP! L attività neuronale registrata dallo scalpo e prodotta in un dato modulo neuroanatomico quando è eseguita una specifica operazione computazionale.! Le componenti non coincidono necessariamente con i picchi, ma in alcuni casi sono la somma compressa delle componenti latenti che non sono osservabili. "

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26 Misure quantitative: Ampiezza La differenza in ampiezza di una componente elicitata in una condizione sperimentale rispetto ad un altra è interpretata come indicatore della forza del processo elicitato. L ampiezza delle componenti può variare all interno dei trial e fra i soggetti.

27 Durata La durata di una componente elicitata in una condizione sperimentale rispetto ad un altra è solitamente interpretato come indicatore della durata relativa del processo elicitato. La durata delle componenti può variare all interno dei trial e fra i soggetti

28 ERP ESOGENI (precoci) dipendono dalle caratteristiche fisiche dello stimolo (ad es., intensità) generati obbligatoriamente dalla sua presentazione Relativamente poco influenzati dallo "stato psicologico" del soggetto, ma ricerche recenti suggeriscono una modulazione top-down, cognitiva precoce

29 ENDOGENI (più tardivi) modulati in modo definito dai processi cognitivi di elaborazione dello stimolo

30 N1: Un marker della detezione di uno stimolo. Più forte sulle aree corticali associate all elaborazione degli stimoli (occipitali visivo temporali uditivo) P1: effetti precoci dell attenzione (occipitale- laterale) N2: onda per rappresentare l elaborazione del conflitto

31 ERP Vantaggi non invasivi: applicabilità vasta risoluzione temporale buona (msec) Limiti risoluzione spaziale (anatomica) scarsa: la localizzazione della sorgente dell'erp è relativamente imprecisa

32 Potenziali problemi Artefatti" Eye blinks, rumore di fondo." Luce e altre fonti elettriche" Data Analysis Techniques" Artifact detection & rejection" Filtering" Reference electrodes " Time-locking (stimolo o risposta?)" Segmentazione (epochs, i.e. time windows)"

33 Localizzazione del dipolo, che genera attività elettrica registrata alla superficie della corteccia E possibile trovare il luogo sorgente dell attività elettrica basandosi su una mappa dell attività elettrica dello scalpo. Problema inverso: i dati effettivamente registrati possono essere generati da più dipoli, localizzati in parti diverse del cervello. La misura della discrepanza tra il pattern predetto dal modello e quello osservato permette di localizzare la sede più probabile del Generatore.

34 Magnetoencefalografia (MEG) Registrazione ed analisi della distribuzione dei campi magnetici che accompagnano i potenziali elettrici cerebrali CAMPI RELATI AD EVENTI (ERF) Applicazioni Localizzazione di generatori dell'attività cerebrale evocata da stimoli sensoriali: ad es. corteccia uditiva corteccia somatosensoriale e motoria Localizzazione di sorgenti magnetiche evocate da processi più complessi: ad es. memoria ecoica memoria a breve termine uditivo-verbale