Interazioni tra sistemi
sensoriali e movimento
Mirta Fiorio
Dipartimento di Scienze Neurologiche e della Visione
Università di Verona
PERCEZIONE
AZIONE
Quando ci muoviamo e agiamo nell’ambiente
esterno diversi tipi di informazione devono
essere integrati per permettere un’accurata
pianificazione, controllo ed esecuzione del
movimento.
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Esempio
Ho
fame!
Sistema visivo:
Sistema motorio:
Cos’è?
È una mela, buona!
Come?
Movimento delle gambe
Movimento della spalla
Movimento del braccio
Afferramento con la mano
…
Dove?
È sull’albero
Sistema che integra le informazioni visive sull’oggetto con l’atto
l’atto motorio:
Dove si trova il mio braccio rispetto alla mela?
Quanta velocità e forza devo usare viste la dimensione e il probabile
probabile peso
della mela?
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Trasformazioni sensorisensori-motorie
Il sistema visivo rappresenta la posizione spaziale
dell’oggetto da afferrare in coordinate retinocentriche,
retinocentriche,
mentre il sistema motorio rappresenta la posizione
dell’oggetto in coordinate articolari.
Il compito del cervello è trasformare la posizione del
target da coordinate retinocentriche a coordinate
articolari, in modo che il sistema motorio possa
impartire un comando che abbia come risultato finale
l’azione desiderata: la mano che afferra ciò che gli occhi
vedono.
Durante la pianificazione di un movimento
verso un target, è necessario avere una
stima corretta della posizione della parte
del corpo da muovere al fine di:
1) Pianificare la direzione del movimento Segnali visivi
2) Convertire questa direzione in un comando
Segnali propriocettivi
motorio
Questa stima è data grazie all’integrazione di
feedbacks visivi e propriocettivi.
Pianificare la direzione del movimento
Il vettore di movimento desiderato viene calcolato in
uno spazio visivo (estrinseco), sottraendo la posizione
stimata del braccio alla posizione del target.
Convertire la direzione in un comando motorio
Il vettore di movimento estrinseco deve essere
trasformato in un comando motorio intrinseco basato
sulle articolazioni. Questa trasformazione richiede una
stima della posizione iniziale del braccio.
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Se la posizione iniziale del braccio è stimata
erroneamente, potranno verificarsi due tipi di errori
nell’esecuzione del movimento di raggiungimento
verso il target.
Errore nella valutazione della posizione del dito
rispetto al target. Il vettore di movimento
pianificato sarà sbagliato.
Errore
nella
valutazione
dell’angolo
dell’articolazione
del
gomito.
Errore
nell’esecuzione del comando motorio.
Studio di Sober e Sabes 2003, 2005
Questi tipi di errore possono essere introdotti con:
- perturbazioni visive (per esempio spostando
illusoriamente il target).
- perturbazioni propriocettive (per esempio
vibrazione ad alta frequenza del tendine o
condizioni patologiche, v. Parkinson).
Parkinson).
Come riesce il cervello a integrare le
informazioni sensoriali con l’atto motorio?
movimento
tatto
?
udito
vista
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Studi neurobiologici su singoli neuroni e studi
neuropsicologici in pazienti suggeriscono che la
corteccia parietale posteriore e la corteccia intraparietale
ventrale eseguono questa trasformazione da coordinate
sensoriali a motorie.
Ipotesi:
Ipotesi:
queste aree ricevono informazioni da diverse modalità
sensoriali: visiva, uditiva, vestibolare, somatica, e le
convertono in coordinate centrate su punti di riferimento
diversi (occhi, testa, corpo, mondo esterno) in base alla
configurazione iniziale del corpo e agli scopi da raggiungere.
Sistema visivo e azione
Percepire per riconoscere o percepire per agire?
Via dorsale
Via ventrale
via del dove:
elabora
l’informazione
spaziale
via del cosa: elabora
le caratteristiche
degli oggetti
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La rappresentazione di un’azione facilita
il riconoscimento visivo degli oggetti
Helbig et al., 2006
L’accuratezza è maggiore per coppie
di oggetti che implicano le stesse
azioni
Osservare un’azione facilita il sistema
motorio
Rizzolatti et al., 1996
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Sistema mirror nell’uomo
L’eccitabilità del sistema cortico-spinale umano
è maggiore durante l’osservazione di azioni
rispetto a osservazione di oggetti (Fadiga et al.
1995).
Organizzazione somatotopica: gli stessi muscoli
coinvolti nell’esecuzione reale del movimento
sono anche maggiormente attivi durante
l’osservazione del movimento stesso (Fadiga
et al. 1995; Romani et al. 2005).
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Sistema mirror nell’uomo
L’attivazione premotoria potrebbe riflettere un
meccanismo che confronta le azioni osservate
con rappresentazioni motorie corrispondenti
(Rizzolatti et al. 2001).
Un simile sistema nell’uomo potrebbe avere una
duplice funzione:
• favorire il riconoscimento delle azioni eseguite
da altri
• permettere l’apprendimento di azioni attraverso
l’imitazione delle azioni osservate (Rizzolatti et
al. 2001)
Corteccia premotoria dorsale
= stimoli di balletto classico
= stimoli di capoeira
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Sistema somatosensoriale e
movimento
I sistemi motorio e somatosensoriale non
sono separati, ma interagiscono e si
influenzano a vicenda.
Il sistema somatosensoriale è lo strumento
primario del sistema nervoso per comunicare
al cervello come il corpo è configurato, se è in
pericolo, se è in contatto con altri oggetti e
quali sono le caratteristiche degli oggetti con
cui entra in contatto.
I recettori dei muscoli e delle articolazioni
servono per aggiornare continuamente il
cervello sulla posizione e movimento degli arti
(propriocezione). Questa informazione aiuta a
creare una rappresentazione interna del
corpo.
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Schema corporeo
Rappresentazione interna del corpo e dei suoi
movimenti.
Grazie ad essa, il cervello è in grado di:
- programmare movimenti accurati anche
quando il target da raggiungere è nascosto
- valutare le conseguenze delle azioni per
mezzo di una simulazione anticipata e
immaginata di come l’azione potrebbe
concludersi.
L’immaginazione motoria e sensoriale è
continuamente usata dalle persone per
elaborare soluzioni ai problemi, sia astratti che
concreti, prima di implementare le soluzioni
nell’ambiente esterno.
Interazioni anatomiche
I legami tra i canali sensoriali tattili e l’output motorio si
trovano a diversi livelli del sistema nervoso centrale.
Le fibre cutanee proiettano ai neuroni motori e agli
interneuroni a livello spinale, così come a neuroni di
proiezione che portano l’informazione alle aree corticali.
L’area motoria primaria riceve proiezioni dalle aree 1–3
della corteccia in somatosensoriale
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Interazioni anatomiche
Soglia tattile e movimento
Soppressione sensoriale: diminuzione della sensibilità
tattile durante un movimento
Studio di Williams e Chapman, 2000
Da dove origina questa soppressione
sensoriale?
TMS su M1 durante un compito di discriminazione tattile
Studio di Voss et al., 2005
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La preparazione di un comando motorio è
sufficiente per ottenere la soppressione
sensoriale anche in assenza di movimento
reale.
Feedback tattile e movimenti delle dita
Studio di Rabin et al., 2004
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