IL PARADIGMA DI POSNER E LE SUE APPLICAZIONI

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1 PARADIGMA DI POSNER Michael Posner è uno psicologo americano e uno dei più celebri ricercatori nell ambito dell attenzione. Intorno agli anni 80 e 90 del secolo scorso, ha proposto un modello anatomo-fisiologico dell attenzione che prevede tre principali sottosistemi connessi fra loro e mediati da diverse strutture nervose: il sistema della vigilanza, regola uno stato di attivazione, attraverso il sistema noradrenergico, permettendo di sostenere uno stato di allerta ed è lateralizzato a destra; il sistema attenzionale posteriore controlla l orientamento dell attenzione verso stimoli sensoriali e verso quegli stimoli selezionati per la loro posizione nello spazio o per delle caratteristiche ed è localizzata nella corteccia parietale posteriore; il sistema attenzionale anteriore è responsabile del controllo esecutivo, del monitoraggio del comportamento e dell elaborazione consapevole dell esperienza e il suo correlato neurale risiede nella corteccia prefrontale mediale. Gli studiosi si sono chiesti se l attenzione sia un meccanismo flessibile, per cui possa essere diretta su diverse zone di interesse e si è osservato che è possibile orientare l attenzione in posizioni spaziali diverse da quelle sulle quali è focalizzato lo sguardo. L attenzione, infatti, permette di concentrare le proprie risorse cognitive su stimoli ben precisi e viene distinta in esogena o involontaria ed endogena o volontaria. Facendo riferimento a studi precedenti, Posner e colleghi si sono chiesti quanto tempo fosse necessario per spostare il focus attentivo e a seguito di vari esperimenti sono giunti alla formulazione del Cueing Task o Paradigma di Posner, che misura i tempi di reazione registrati durante lo spostamento dell attenzione in risposta a differenti condizioni di cue (segnale indizio). Esso consiste nel porre l osservatore di fronte allo schermo di un computer, il quale deve fissare una croce in un punto centrale dello schermo. A sinistra e a destra del punto vi sono due box e per un breve periodo un segnale, che indica la possibile posizione dello stimolo target, viene presentato sullo schermo. Dopo un breve intervallo il segnale viene rimosso e uno stimolo target, di solito una forma, appare o a destra o a sinistra. Per calcolare il TR l osservatore deve rispondere al rilevamento dello stimolo attraverso l utilizzo di una tastiera di un computer. L intero paradigma viene ripetuto per un numero di prove predeterminate dallo sperimentatore. Vengono utilizzati due tipi di cue: uno endogeno, che viene presentato al centro dello schermo, di solito, nella stessa posizione del centro di messa a fuoco ed è una freccia che indica una delle due box; uno esogeno è presentato al di fuori del centro di messa a fuoco, evidenziando sempre una delle due box che è di solito un oggetto o un immagine in periferia. Posner, inoltre, ha distinto le prove valide da quelle non valide; nelle prime lo stimolo target è presentato nella posizione indicata dal cue con una probabilità pari all 80%, mentre nelle prove non valide lo stimolo target appare nella posizione opposta a quella indicata dal cue con una probabilità del 20%. Si vengono, così, a creare: una condizione neutra, in cui il soggetto non crea aspettative poiché il segnale target non viene preceduto da un cue, oppure può essere preceduto da una doppia freccia che indica entrambe le direzioni; una condizione positiva, dove l aspettativa viene determinata dal prestimolo ed è confermata dalla comparsa dello stimolo nella posizione indicata dalla freccia; infine una condizione negativa, in cui l aspettativa è disattesa. Questo studio ha permesso di giungere alla conclusione che la condizione positiva comporta tempi di reazione più rapidi rispetto a quella neutra e in particolare a quella negativa, con l effetto validità è evidente che l attenzione può essere volontariamente diretta in diverse

2 posizioni spaziali. In particolare, nelle prove valide, i TR sono veloci perché l attenzione è orientata nel punto di comparsa del target, invece nelle prove invalide i TR sono più lenti perché bisogna spostare l attenzione dalla direzione indicata dal cue al punto di comparsa del target, quindi richiede del tempo. Il Paradigma di Posner, dunque, è un test neuropsicologico utilizzato per valutare la capacità di eseguire uno spostamento dell attenzione; in seguito è stato modificato e usato per valutare i disturbi, lesioni cerebrali focali ed effetti sull attenzione spaziale. IL PARADIGMA DI POSNER E LE SUE APPLICAZIONI Ana B. Chica e Juan Lupianez, ricercatori del Dipartimento di Psicologia Sperimentale e Fisiologia del Comportamento, dell università di Granada in Spagna, hanno applicato il paradigma di Posner per indagare gli effetti dell attenzione endogena ed esogena sull elaborazione visiva. Per far ciò hanno studiato le modulazioni P1 (modulazione precoce) e P3 (modulazione tardiva) dei potenziali evento relati (ERP) prodotte dalle componenti endogene ed esogene dell orientamento spaziale dell attenzione. Durante lo studio è stato

3 trovato un indice di orientamento esogeno (automatico), il cosiddetto IOR (Inhibition of Return); indice già trovato dallo stesso Posner. Questo meccanismo rappresenta la tendenza ad evitare di riorientare l attenzione su posizioni spaziali già esplorate, favorendo l esplorazione di nuove posizioni spaziali e nuovi oggetti non ancora esplorati durante la ricerca visiva. Lo studio è stato eseguito su venti volontari, età media ventuno anni, tutti con visione normale e privi di problemi neurologici. I soggetti erano posti a circa 57 cm dal monitor, all inizio di ogni trial il punto di fissazione era visualizzato al centro dello schermo su uno sfondo nero. Due scatole grigie erano visualizzate a destra e sinistra del punto di fissazione. Come indicazione dell orientamento, una delle caselle lampeggiava per 50ms, dando l impressione di un breve flash. L obiettivo era costituito dalla lettera X oppure O, che sarebbe apparsa al centro di una delle scatole. Un suono di 500 Hz, 50 ms di durata, è stato utilizzato per fornire il feedback di risposta. Il punto di fissazione e le due scatole sono stati visualizzati sullo schermo all inizio di ogni prova. La segnalazione periferica è comparsa per 50 ms dopo un intervallo casuale da 1000 a 1500 ms. Dopo 950 ms l'obiettivo è stato presentato per 100 ms. Se dopo 2000 ms non era fornita nessuna risposta oppure la risposta era sbagliata, venivano fornite risposte uditive per 50 ms. Risposte uditive venivano fornite anche per le risposte anticipatorie. Dopo la risposta del soggetto (o 2000 ms dopo la presentazione del segnale) veniva eseguito un intervallo di prova della durata di 750 ms, durante il quale lo schermo era nero. Nel 20% delle prove non veniva presentato nessun obiettivo e non veniva richiesta nessuna risposta. Nell 80% delle prove veniva presentato un obiettivo e ai partecipanti veniva chiesto di rilevarlo o di discriminare la sua identità. Lo studio mostra come gli effetti percettivi di IOR non vengono eliminati dall attenzione volontaria (endogena), in questo modo viene suggerito che questo meccanismo produce un decremento percettivo sull elaborazione degli stimoli che non può essere contrastato dall attenzione volontaria. Invece l attenzione esogena (automatica) è stata studiata con un paradigma in grado di catturare automaticamente l attenzione spaziale, i segnali utilizzati mostrano che: - Se l obiettivo viene visualizzato subito dopo la presentazione del segnale si ha un affetto facilitatore; - Se l obiettivo appare dopo un lasso di tempo lungo si osserva la presenza dell IOR. E stato dimostrato, nell ambito dell attenzione endogena, che la dimensione e il corso del tempo dell IOR dipendono dalle richieste del compito. Molte ipotesi sono state proposte sul ruolo e il funzionamento endogeno o esogeno dell IOR, quella più accreditata sostiene che esso non venga cancellato dall attenzione endogena ma semplicemente mascherato. Concludendo, i risultati attuali hanno dimostrato che l'attenzione esogena, nelle condizioni in cui l'ior comportamentale viene osservato, modula l'elaborazione degli obiettivi almeno a due stadi. Il meccanismo IOR è correlato a una modulazione di entrambi i componenti precoci (P1) e tardivi (P3). Questo risultato suggerisce che l'ior sia un meccanismo che produce un effetto sulle fasi iniziali dell'elaborazione che non può essere annullato da parte di una posizione endogena. In un altro studio del 2009 condotto dai medici della Fondazione Santa Lucia di Roma si è utilizzato il cueing task di Posner per individuare nuove prove sui correlati neurali delle componenti spaziali e di aspettativa dell'orientamento endogeno dell'attenzione. In particolare si è cercato di capire se ci fosse una attivazione cerebrale differente nelle due condizioni base

4 del compito, ossia nelle prove valide e non valide. La visualizzazione delle aree cerebrali implicate è stato possibile grazie all'utilizzo dell' fmri, confrontando il livello di ossigenazione del sangue (segnale BOLD) in un gruppo di partecipanti sani e destrimani mentre svolgevano un compito standard di Posner. I primi risultati confermano ciò che era già stato appurato in letteratura, ossia l'attivazione massiccia dell'emisfero destro nel processo attentivo rispetto a quello sinistro. In particolare, si è notato che l'orientamento endoge no dell'attenzione impiega una rete dorsale, che comprende solco-intraparietale (IPS), lobulo parietale superiore (SPL)e campi oculari frontali (FEF) e controlla gli spostamenti endogeni dell'attenzione, e una rete più ventrale costituita dalla giunzione temporo-parietale (TPJ), dal giro frontale medio (MFG) e dal giro frontale inferiore (IFG) che è maggiormente coinvolta nel riorientamento attentivo degli stimoli inattesi. Dallo studio è emerso che l'ossigenazione del sangue della rete dorsale è equivalente sia nelle prove valide che non valide, mentre la rete ventrale si attiva maggiormente durante le prove non valide. Di notevole interesse è stata la differenza di attivazione della giunzione temporo-parietale (TPJ) sinistra e destra. Secondo questi studiosi tale differenza è dovuta alla diversa funzione che le due aree svolgono. Sembrerebbe che la TPJ sinistra si attiva se c'è corrispondenza tra l'aspettativa e la posizione effettiva del target, condizione caratterizzante le prove valide. In questa condizione la TPJ destra è disattivata, poiché essa si attiva maggiormente quando bisogna orientare l'attenzione verso stimoli inaspettati. In altre parole: quando la predittività degli stimoli è alta e l'efficacia di quest'ultimi è provata, il riorientamento attentivo e l'attivazione della TPJ destra è scarsa, poiché le aspettative vengono soddisfatte. Attivazione emisfero sinistro durante le prove valide Attivazione emisfero destro nelle prove non valide Fig.1. Aree attivate durante prove valide e non valide. (tratto da F.Doricchi, 2009) La figura 1 mostra l'attivazione della TPJ sinistra nelle prove valide, mentre nelle prove non valide l'attivazione della TPJ destra e delle aree MFG e IGF. L'attivazione dei campi oculari frontali(fef) avviene in entrambe le prove. Queste attivazioni confermano l'esistenza delle due reti attenzionali sopra citate e le loro differenti funzioni nel processo attentivo. La TPJ destra e sinistra si attivano quando non c'è corrispondenza tra aspettativa e posizione effettiva del target, condizione tipica delle prove non valide. Quando la predittività è bassa o assente, l'uso degli indizi non viene premiato e gli obiettivi non validi attivano frequentemente la risposta del riorientamento attentivo. Ciò può favorire la costante attivazione della TPJ

5 destra. Le restanti aree della rete ventrale, ossia il giro frontale inferiore e giro frontale medio, si attivano maggiormente in condizioni di prove non valide, assieme alla TPJ destra e sinistra. Questo perché esse hanno un ruolo importante nel fornire un segnale pre-allerta, che favorisce l'interruzione dell'orientamento endogeno delle reti dorsali e ventrali. Ciò è utile quando la prevalenza statistica delle prove valide su quelle non valide induce una forte focalizzazione dell'attenzione sulla posizione degli indizi. Quindi queste aree si attivano ogni qual volta vi è una violazione delle aspettative prodotte da target non validi. Sommariamente i risultati indicando che nelle prove non valide si ha un attivazione cerebrale generale maggiore, perché non solo si deve riorientare l'attenzione verso stimoli in posizioni non attese, ma anche annullare l'effetto aspettativa prodotto da un indizio che in realtà non indica la posizione futura dello stimolo. Soggetti sani, inoltre, sono stati confrontati con pazienti affetti da neglect. La negligenza spaziale unilaterale è un disordine associato a lesioni corticali e sottocorticali dell'emisfero destro con il deficit che riguarda l emispazio sinistro. La negligenza è determinata da malattie cerebrovascolari, tumori, ma anche malattie degenerative. Nella fase acuta dopo un ictus la diagnosi è compiuta semplicemente osservando il paziente che tende a tenere la testa e gli occhi deviati verso destra (in direzione ipsilesionale), oppure se lo sperimentatore si rivolge al paziente dal lato negletto, sinistro, questi può non rispondere o cercare l interlocutore sul lato destro, girando la testa e gli occhi sempre più verso destra. Quindi questi pazienti non orientano più l attenzione verso la scena controlaterale alla lesione trascurando gente ed oggetti. Il bias spaziale verso destra, è stato associato ad uno squilibrio funzionale durante la fase acuta nella corteccia parietale e nella corteccia visiva. Nella fase cronica, l attività di queste regioni tende a ritornare alla normalità in parallelo al recupero comportamentale Si è anche ipotizzato che questo eccessivo orientamento verso il lato ipsilesionale nei pazienti con negligenza sia dovuto ad uno squilibrio di due vettori controllati dall'emisfero destro e dall'emisfero sinistro rispettivamente. Il vettore destro è diretto verso sinistra, mentre il vettore sinistro è diretto a destra. Di conseguenza una lesione destra, libera il vettore sinistro diretto verso destra determinando un orientamento patologico in quella direzione, maggiore di quello determinato da una lesione sinistra che libera il vettore emisferico destro. Corbetta

6 et al. fece uno studio di fmri, ha scansionato i pazienti con negligenza spaziale post ictus due volte, una volta nella fase acuta e una volta nella fase cronica dopo riabilitazione, durante lo svolgimento del compito classico di orientamento dell attenzione di Posner: il compito consisteva nella presentazione di una freccia centrale che indirizzava l attenzione dei soggetti o verso destra o verso sinistra ed era seguita da uno stimolo brevemente presentato in una delle due posizioni (nell 80% dei casi è attendibile, cioè lo stimolo compariva dallo stesso lato indicato dalla freccia; nel 20% no è attendibile, cioè lo stimolo compariva dal lato opposto da quello indicato dalla freccia) È stato evidenziato da un punto di vista strutturale danni nella rete ventrale destra (area temporo-parietale e corteccia frontale ventrale, coinvolto nella rilevazione di stimoli inaspettati); invece a livello funzionale si è osservato che il solco intraparietale (IPS) e il lobulo parietale superiore (SPL) dell'emisfero di destra non erano attivi nella fase acuta ma si riattivano nella fase cronica quando i sintomi di negligenza miglioravano. Al contrario, le strutture IPS/SPL dell'emisfero sinistro omologo erano più attive nella fase acuta rispetto alla fase cronica. Dai risultati ottenuti si può affermare che in seguito ad un periodo di riabilitazione vi è una diminuzione significativa del bias verso destra, come mostrato da un miglioramento nei tempi di reazione per i bersagli presentati nel campo visivo controlesionale. Un secondo risultato evidenziato è il miglioramento significativo nel riorientamento dell'attenzione espresso con un incremento nel numero di risposte corrette. Il paradigma di Posner ha trovato applicazione anche nel campo degli studi riguardanti bambini con Sindrome da Deficit di Attenzione e Iperattività (ADHD). Il disturbo è eterogeneo e

7 multifattoriale ed è caratterizzato, tra gli altri, da disattenzione rendendo il bambino facilmente distraibile con molte difficoltà di concentrazione (disfunzionalità dell attenzione endogena volontaria). Poiché l orientamento esogeno è automatico e, di conseguenza, meno influenzabile dalle mancanze di controllo esecutivo e di inibizione comportamentale che caratterizzano l ADHD, si riteneva da tempo che almeno l attenzione esogena fosse stata preservata nella Sindrome e quindi funzionasse correttamente come per i soggetti sani. Ci sono state alcune controversie sulla sua disfunzionalità, tanto che molti studi sperimentali suggeriscono l esistenza di un deficit generale che potrebbe sfuggire ai compiti utilizzati per valutare quelli di orientamento spaziale e di capacità di dislocazione dell attenzione. Al fine di vagliare questa ipotesi e far luce sulla presunta disfunzionalità dell attenzione esogena in pazienti con ADHD, il recente studio di Ortega et al. (2012) ha indagato l orientamento spaziale visivo e la capacità di dislocazione dell attenzione in 60 bambini dai 10 ai 14 anni sottoponendoli al compito di Posner e eseguendo controlli con EEG/ERP per studiarne i correlati neurali (l onda di aspettativa CNV è stata usata come indice per la misura dei TR). Dal confronto con il gruppo di controllo, i risultati hanno mostrato TR più lunghi e prestazioni inferiori per i bambini ADHD ma nei compiti di dislocazione dell attenzione dopo cue non validi i TR erano più lenti per entrambi i gruppi; invece i cue validi ottenevano meno errori e prestazioni migliori. È stata segnalata comunque un interazione significativa tra la validità del cue e il tipo di attenzione (esogena/endogena). Grazie al compito di Posner i ricercatori sono arrivati alla conclusione che in alcune situazioni anche l attenzione esogena automatica, che si credeva risparmiata in ADHD, può risultare disfunzionale. Tuttavia i risultati fanno supporre che questa limitazione più che a causa del processo di orientamento stesso, possa dipendere dalla difficoltà a mantenere informazioni rilevanti acquisite durante la fase di elaborazione dell obiettivo. Bibliografia: Chica et al Effects of endogenous and exogenous attention on visual processing: An Inhibition of Return study. Brain Research. 1278, F. Doricchi et al Neural Correlates of the Spatial and Expectancy Components of Endogenous and Stimulus-Driven Orienting of Attention in the Posner Task. Cerebral Cortex. 20, H. Karnath et al Spatial attention systems in spatial neglect. Neuropsychologia. 75, R. Ortega et al exogenous orienting of visual-spatial attention in ADHD children. Brain Research. 1493, Bolognino Vanessa Caforio Elena Centomani Isabella Del Gaudio Valentina Di Giulio Ilaria