Andrea Facoetti. Verona 14 Giugno 2013

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1 Aspetti percettivi e attenzionali nella dislessia evolutiva: dalla teoria alla pratica riabilitativa Andrea Facoetti Sito dove scaricare articoli e materiali clinici Verona 14 Giugno 2013 Dipartimento di Psicologia Generale, Università di Padova. Unità di Neuropsichiatria, Azienda Ospedaliera di Bergamo Servizio di Neuropsicologia Evolutiva, Istituto Scientifico E. Medea di Bosisio Parini (LC).

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3 Quali sono le cause neurocognitive della dislessia??? From Temple (2002)

4 Neurocostruttivismo o specializzazione interattiva

5 Anatomia Funzionale della Lettura Stanislas Dehaene (da I neuroni della lettura ; Raffaello Cortina Editore, 2009) Sistema fonologico e articolatorio Sistema attenzionale per la lettura seriale Sistema visivo Semantica Forma visiva della parole

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8 I video giochi d azione per migliorare l attenzione?!

9 Prevenire la dislessia in bambini prescolari a rischio allenando l attenzione visiva, uditiva, e i meccanismi di apprendimento cross-modali

10 Argomenti trattati: Mattina Dal gene al comportamento? NPS dello sviluppo: Neurocostruttivismo vs. Neuropsicologia Cognitiva Evolutiva; Lettura: Modelli Evolutivi; Quale dislessia nell Italiano Ipotesi Eziologiche della dislessia; Ipotesi Fonologica; L Attenzione; Elaborazione temporale, esclusione del rumore ed il decorso temporale dell attenzione uditiva nella dislessia e nel DSL; Come migliorare l attenzione uditiva.

11 I 5 livelli di Analisi della Neuropsicologia dello Sviluppo Livello I genetico-molecolare (ricorda Interazione gene-ambiente = epigenetica e soprattutto l effetto dell ambiente = riabilitazione) Livello II Neurobiologico Livello III Cognitivo Livello IV Comportamentale Livello V Il Fenotipo (manifestazione clinica)

12 Dalla Genetica al Comportamento???

13 Dalla Genetica al Comportamento: Neurogenetica Cognitiva

14 NeuroPsicologia dello Sviluppo: Quale direzione???

15 QUALE NPS DELLO SVILUPPO??? (1) Innatismo (gene; e.g. l approccio Cognitivo Modularista o (2) Empirismo (ambiente; e.g. l approccio Psicanalitico) o (3) il Neurocostruttivismo Applicare il Neurocostruttivismo ai Disturbi Specifici dell Apprendimento (DSA)

16 Neurocostruttivismo dei DSA A S S U N Z I O N I T E O R I C H E La causa Il livello Neuro- Biologico Il livello Cognitivo Il ruolo dell Ambiente La manifestazione Clinica - Complesso difetto genetico; - Difetto specifico o generale? - Alterazione del normale sviluppo pre- e post-natale del cervello (neuroplasticità corticale) - I moduli (circuiti di moduli), si sviluppano attraverso processi di graduale modularizzazione ; - Le rappresentazioni innate (rare a livello corticale) si sviluppano dai meccanismi di elaborazione di basso livello - La stimolazione ambientale è decisamente dinamica, cambiando in base all elaborazione e alla selezione dell informazione del bambino - Le manifestazioni possono essere sia specifiche che generali e sono entrambi molto importanti; - Tanto più tardiva risulta l espressione del gene tanto più specifico sarà il disturbo atteso

17 M E T O D O L O G I A D E L L A R I C E R C A La causa studiata La scelta del dominio della ricerca La scelta della metodologia La scelta della popolazione bersaglio Neurocostruttivismo dei DSA - Identificare i periodi dell espressione genetica e la possibile interazione con altri eventi genetici e ambientali - Identificare il livello cognitivo più elementare del disturbo e studiarne gli effetti evolutivi sui processi neuro-cognitivi di livello superiore sia nei bambini con sviluppo normale che patologico - Pianificare strumenti che siano in grado di isolare i diversi processi cognitivi elementari; - Utilizzare studi longitudinali neuropsicologici (i.e., funzione cognitiva) e di neuro-immagine (i.e., base neurobiologica) per indagare i possibili cambiamenti strutturali e funzionali (mediante tecniche di neuro-immagini con buona risoluzione sia temporale che spaziale) dovuti allo sviluppo o al trattamento riabilitativo - Studiare i segni del possibile DSA il più precocemente possibile nell infanzia; - Utilizzare gruppi di controllo comparabili anche per abilità cognitiva indagata; - Studiare bambini con un DSA tenendo conto sia delle dissociazioni che delle associazioni

19 Anatomia Funzionale della Lettura Accesso alla pronuncia e all articolazione Sistema attenzionale per la lettura seriale Elaborazione visiva Semantica Area occipitotemporale ventrale Forma visiva delle parole

20 Riassumendo: Aree e Funzioni della lettura speech Phoneme Nodes O1 O2 O3 V1 C1 C2 C3 C4 Semantics Via Lessicale Phonological Lexicon Orthographic Lexicon Grapheme Nodes O1 O2 O3 V1 C1 C2 C3 C4 Via Sub-lessicale Letter Nodes L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 Feature Detectors Meta-analysis on 35 studies F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 Jobard et al., 2003, Neuroimage PRINT

22 Modelli Evolutivi della Lettura

23 La lettura normale-adulta VUGHERZO / GIORNALE Elaborazione visiva dello stimolo esterno (percezione) Via Sub-lessicale: 1) segregazione grafemica (attenzione); 2) regole di conversione grafema-fonema; 3) memoria e fusione fonologica Via Lessicale: rappresentazione ortografica e fonologica delle parole vugherzo / giornale

24 Il modello evolutivo della lettura VUGHERZO / GIORNALE Elaborazione visiva dello stimolo esterno (percezione) Via Sub-lessicale: 1) segregazione grafemica (attenzione); 2) regole di conversione grafema-fonema; 3) memoria e fusione fonologica Via Lessicale: rappresentazione ortografica e fonologica delle parole vugherzo / giornale

25 Elaborazione pre-attentiva A A R E M A N T O Percezione Visiva Attenzione Focalizzata: Orientamento e Focalizzazione sul lato sinistro della nonparola B Conversione grafema-fonema A R E M A N T O a AS visiva Percezione fonemica Memoria a breve termine fonologica Attenzione Focalizzata: Orientamento e Focalizzazione seriale verso destra C A R E M A N T O a r Sintesi fonemica

26 Ipotesi Eziologiche della Dislessia Evolutiva

27 Storia della Dislessia: le Fasi della Ricerca - IPOTESI VISIVA = CECITA PER LE PAROLE, ipotesi Magnocellulare ( Dove ) con disfunzione dell attenzione visiva. - IPOTESI UDITIVA = Difficoltà temporale, deficit nei meccanismi di esclusione del rumore, ipotesi Magnocellulare ( Come ) con disfunzione dell attenzione uditiva. SENSORIALE - IPOTESI FONOLOGICA = Difficoltà ad elaborare i LINGUAGGIO suoni specifici del linguaggio (Fonemi). - IPOTESI MNESTICA = Deficit nel mantenere e/o manipolare i fonemi in un magazzino di memoria. - IPOTESI DENOMINAZIONE RAPIDA = Deficit nei meccanismi di automatizzazione legati alla mappaggio cross-modale (e.g. conversione grafema-fonema). - IPOTESI DEI SOTTOGRUPPI = deficit visivo vs. uditivo - fonologico tuttavia, tuttavia il problema dei Misti. - IPOTESI SOVRAMODALE = disturbo visivo e uditivo - fonologico.

28 Sono veramente queste le basi neurobiologiche della dislessia??? Lo sviluppo del modulo fonologico risulta compromesso nella dislessia From Temple (2002)

29 Ipotesi Fonologica della Dislessia (Ramus, 2003): Sintomi Centrali Livello Neuro-Biologico Disfunzione dell area peri-silviana dell emisfero sinistro Livello Cognitivo- Neuropsicologico Rappresentazioni fonologiche carenti Corrispondenza grafema-fonema alterata Abilità metafonologiche povere Manifestazione Clinica Difficoltà di lettura (i.e., DE)

30 Aree corticali (perisilviane sinistre) e cerebellari ipoattive nei DE durante compiti di consapevolezza fonologica: Regioni frontali inferiori (Area di Broca); giro temporale superiore (elaborazione uditiva); giro angolare e sopra marginale (Area di Wernicke); aree cerebellari.

31 Il deficit Fonologico: Causa o Effetto della Dislessia?

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33 La Neuro-plasticità è alla base dello sviluppo cerebrale

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37 Ipotesi Fonologica della Dislessia (Ramus, 2003): Sintomi Centrali (in grigio) e Sintomi Associati (tratteggiati)

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42 Che cos è l Attenzione, i diversi tipi di attenzione, aree corticali modulate e come si misura

43 L attenzione Si definisce attenzione l insieme dei processi che costituiscono la funzione cognitiva di selezione ( filtro ) dell informazione. La memoria Si definisce memoria l insieme dei processi che costituiscono la funzione cognitiva di mantenimento (i.e., immagazzinamento, conservazione e recupero) dell informazione che è alla base dell apprendimento.

44 Sistemi Sensoriali Controllo bottom-up ATTENZIONE Memoria e Cognizione Controllo top-down Percezione e Azione Sistemi effettori

45 I diversi tipi di attenzione Spaziale ( dove ): capacità di selezionare un OGGETTO che occupa una specifica posizione nello spazio; esempio, stai attenta all auto a destra! Selettiva ( che cosa ): capacità di selezionare un OGGETTO con una specifica caratteristica; esempio, stai attenta all auto rossa! Temporale ( quanto ): capacità di selezionare un OGGETTO che compare in un preciso momento nel tempo; esempio, stai attenta all auto che star per arrivare! Poi c è l attenzione Sostenuta ma questa è un altra storia (???ADHD???)

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47 Aree Corticali Uni e Multi-sensoriali Modulate dall Orientamento dell Attenzione

48 Come si misura l orientamento implicito dell attenzione spaziale? Variabile dipendente: tempi di reazione (TR) alla comparsa di uno stimolo luminoso; Varabile indipendente: validità dell indizio spaziale di orientamento. Valido Neutro Invalido TR COSTI Segnale bersaglio BENEFICI Valido Neutro Invalido Indizio spaziale

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51 Facilitazione del segnale Inibizione del rumore

52 L attenzione come meccanismo che aumenta l elaborazione del segnale Orientare l attenzione produce: diminuzione dei tempi per il rilevamento (TR semplici) e per il riconoscimento (TR di scelta) dello stimolo bersaglio; migliora le soglie percettive di identificazione del bersaglio, aumentando la risoluzione spaziale; riduce il mascheramento spaziale (detto anche crowding, interazioni con gli stimoli irrilevanti laterali); riduce il mascheramento temporale (detto backward masking, interazione con gli stimoli che seguono temporalmente lo stimolo bersaglio). L orientamento dell attenzione agisce sia aumentando il segnale del bersaglio che riducendo il rumore del distrattore.

53 Signal Facilitation Noise Exclusion

54 Tempo (no mascheramento temporale) Meccanismi di esclusione del rumore e decorso temporale dell ancoraggio dell attenzione Spazio (no mascheramento laterale) S R R

55 Tempo (mascheramento temporale) Meccanismi di esclusione del rumore e decorso temporale dell ancoraggio nell AS spaziale Spazio (mascheramento laterale) S R R

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58 Siamo sicuri che l elaborazione fonologica sia realmente un modulo (rappresentazione cognitiva) innata??? Non è possibile che la rappresentazione fonemica (o sillabica) abbia una base percettiva pre-linguistica???

59 Le vie del sistema uditivo vanno dal tronco cerebrale alla corteccia

60 Le risposte della corteccia uditiva umana Risonanza Magnetica Funzionale (frmi) mostra come tono puro o il rumore attiva la U1 (giro superiore del lobo temporale) mentre il suono linguistico attiva, oltre U1, anche diverse aree secondarie e associative. Tomografia assiale ad emissione di Positroni (PET) mostra come l ascolto di una parola attivi, non solo diverse aree corticali uditive ma anche il talamo ed il cervelletto.

61 La Percezione e l Attenzione Uditiva nella Dislessia Evolutiva (DE) e nel Disturbo Specifico del Linguaggio (DSL)

62 oni Accuratezza [%] Accuratezza [%] TOJ Uditiva e discriminazione fonemica: Tallal (1980, 2004) Risultati in un compito di giudizio di ordine temporale di suoni non-linguistici (quale dei due suoni presentati in rapida successione hai sentito x primo?) nei bambini dislessici (DE) e di controllo (CA) che evidenziano un disturbo selettivo quando l intervallo è breve (<40ms=risoluzione temporale cruciale x discriminare fonemi simili: pa-ba ) Controlli (N=34) DE (N=23) 3 13 Auditory TOJ DE CA Auditory TOJ < >40 DE CA Errori di Mig ISI [ms] 55 10

63 Accuratezza [%] Mascheramento temporale uditivo all indietro (il segnale bersaglio è seguito immediatamente da una rumore che maschera il bersaglio: dimmi quale suono hai sentito) e abilità di lettura: i bambini con DE hanno prestazioni identiche ai controlli (C) quando viene presentato solo il segnale (= capacità uditive di discriminazione) ma i DE sono più disturbati nella condizione di mascheramento temporale uditivo all indietro (sono particolarmente disturbati dalla maschera) 75 Segnale Rumore D (N=15) C (N=10) Segnale Segnale + Rumore

64 Qui la maschera contiene le frequenze del bersaglio Le 2 condizioni di mascheramento temporale uditivo all indietro in cui i RD (DE) sono significativamente disturbati rispetto i controlli. Qui la maschera invece non contiene le frequenze del bersaglio

65 I RD=DE devono aumentare maggiormente l intensità (volume, rispetto i controlli) del bersaglio x sentirlo E diversamente dai controlli, i RD non usufruiscono di un vantaggio (riduzione del volume del bersaglio) quando la maschera non contiene la frequenza del bersaglio

66 Il disturbo temporale uditivo nei DE nell estrazione del segnale in presenza di rumore percettivo! Ma tale abilità (orientale velocemente l attenzione sul suono bersaglio senza farsi disturbare del rumore=maschera successiva) predice le abilità di lettura e fonologiche??? SI!!! Soprattutto nella condizione in cui la maschera non contiene la frequenza bersaglio. Precisamente, le abilità dei bambini in questa condizione predice: -3 e 6 lettura non-parole; -4 denominazione rapida e -9 elisione fonemica (consapevolezza fonologica)

67 Accuratezza [%] Test di Mascheramento Spaziale (affollamento) Uditivo e abilità di lettura: i DE sono identici ai Controlli nel discriminare un suono linguistico quando viene presentato da solo (segnale) ma sono disturbati vs. C quando questo suono viene presentato contemporaneamente a rumore laterale (suoni linguistici) suggerendo che i DE hanno una generica difficoltà a filtrare i segnali in presenza di rumore (laterale e/o temporale) R R S R R D (N=20) C (N=20) Segnale Segnale + Rumore

68 Questo generico disturbo percettivo nel filtrare il rumore è dovuto ad un deficit nell orientare velocemente l attenzione uditiva sullo stimolo segnale??? Procedura: pre-indizio spaziale valido o invalido; SOA indiziobersaglio 100 (breve) e 400ms (lungo) x testare questa ipotesi; Indizio informativo (valide 80% e invalide 20%) ms for response Target + 40 ms 60 or 360 ms Time SOA Invalid Peripheral cue + 40 ms Valid Fixation point ms

69 IOR Facilitation (ms.) Soggetti: 22 bambini con DE e 12 bambini con normali abilità di lettura. L orientamento dell attenzione uditiva è rallentata; i DE manifestano facilitazione (valide + rapide delle invalide = avvenuto orientamento) ad un intervallo temporale indizio-bersaglio (SOA) maggiore (400ms) rispetto ai normali lettori (100ms) Auditory focused attention * SOA 100ms SOA 400ms * Normal readers Dyslexics -20 Group

70 Il rallentamento dell orientamento uditivo attenzionale predice le abilità di lettura di non parole nei bambini con DE Analisi: Regressione Lineare dove la variabile dipendente era l accuratezza (in punteggi Z) nella lettura di non-parole, mentre la variabile indipendente era l effetto dell indizio (TR invalide - invalide) al SOA 100ms. Risultati: una significativa quota della varianza della decodifica fonologica è spiegata dall effetto di focalizzazione al SOA 100ms (R 2 =.23, p<.005). 1 Correlation: r = Precisamente, chi orienta velocemente l attenzione non manifesta difficoltà nella decodifica fonologica Non-word accuracy (Z score) Mentre chi è più rallentato ad orientare l attenzione uditiva è anche più disturbato ella decodifica Auditory focused attention (Invalid-Valid) at SOA 100ms (ms.) Regression 95% confid.

71 E se misuriamo l attenzione uditiva nei bambini con DSL? Dovremmo trovare un rallentamento! 1500 ms for response Procedura: pre-indizio spaziale valido o invalido; SOA 100, 250 e 550ms; Indizio non informativo (valide 50% e invalide 50%). Target + 40 ms 60, 210 or 510 ms Time SOA Invalid Peripheral cue + 40 ms Valid Fixation point ms

72 Inhibition [ms] Facilitation Auditory Spatial Attention and Language Un disturbo * TD (N=17) SLI (N=15) dell attenzione uditiva nei DSL??? ms for response SOA [ms] Target + 40 ms (Exp. 6 of my Ph.D thesis) SOA Peripheral cue + 40 ms Invalid 60, 210 or 460 ms Valid Time Fixation point ms

73 L Attenzione Uditiva e la Decodifica Fonologica (lettura di nonparole 3 Chi presenta già IOR a 250ms non ha difficoltà di decodifica fonologica (accuratezza e rapidità). Invece, chi presenta facilitazione a questo SOA (lento ad orientare l attenzione) ha grosse difficoltà nella decodifica (sia accuratezza che rapidità Correlation: r = , 59% 2 Correlation: r = , 29% 1 0 Non-word accuracy (Z score) Non-word speed (Z score) Auditory focused attention (Invalid-Valid) at 250ms SOA [ms] Auditory focused attenton (Invalid-Valid) at 250m

74 L Attenzione Uditiva e la Segmentazione Fonemica I bambini con DSL con lento orientamento dell attenzione uditiva (facilitazione al SOA 250ms) manifestano anche un disturbo nella segmentazione fonemica. Chi orienta velocemente (IOR) non ha problemi di segmentazione. Correlation: r =.73400, 54% Phonemic elision (error number) Auditory focused attention (Invalid-Valid) at 250ms SO

75 Accuracy [%] Un studio longitudinale dell attenzione uditiva: Giudizio dell ordine temporale Auditory Temporal Order Jugdment Task Mean SD P- value Syllabic Segmentation (errors) NR 1.07 PR * Syllabic Perception (errors) NR 1.44 PR ISI [ms]

76 Accuracy [%] Un studio longitudinale dell attenzione uditiva: Giudizio dell ordine temporale Auditory Temporal Order Jugdment * * NR PR * * ISI [ms]

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79 A model of developmental dyslexia PEPAR PAPER Visual processing of letter string Serial sub-lexical route: 1) Graphemic parsing 2) Grapheme-phoneme conversion Global lexical route: Orthographic and phonological representations of familiar word!!! In costruzione!!! 3) Working memory and phonemic blending AUDITORY ATTENTION deficit pepar paper

80 Multisensory Spatial and Nonspatial Attention Disorders in Dyslexia

81 Target + 40 ms 1500 ms for response 1500 ms for response Time Invalid Valid 60 or 210 ms Peripheral cue + 40 ms Fixation point and two circles ms SOA Peripheral cue + 40 ms Invalid 60 or 210 ms Valid Target + 40 ms Time Fixation point ms

82 50 40 b Multi-sensory spatial attention c Cueing effect [ms] CA (N=16) RL (N=15) DDN+ (N=9) DDN- (N=13) ms 250 ms Visual 100 ms 250 ms Auditory

83 Others and Independent Labs Demonstrated Sluggish Attentional Shifting : see Marie s Studies