UNIVERSITA’ DI MILANO-BICOCCA
FACOLTA’ DI PSICOLOGIA
a.a. 2012/2013
CORSO DI PSICOLOGIA
FISIOLOGICA
Prof.ssa Roberta Daini
METODI DI INDAGINE
• ALTERAZIONI CEREBRALI
• CORRELAZIONE ANATOMO-CLINICA (NEUROPSICOLOGIA)
• MANIPOLAZIONI FARMACOLOGICHE
• STIMOLAZIONE ELETTRICA DIRETTA
• STIMOLAZIONE MAGNETICA TRANSCRANICA (TMS)
INTERVENTO NEUROCHIRURGICO
NEGLI ANIMALI
NEGLI ESSERI UMANI: STUDIO DEGLI EFFETTI DI UNA
LESIONE PROCURATA A FINI TERAPEUTICI
(NEUROCHIRURGIA FUNZIONALE)
• Lobectomie per il trattamento dell'epilessia o di malattie
neurologiche o psichiatriche
• lobectomia temporale mesiale bilaterale àamnesia globale, caso HM
• sezione delle commessure inter-emisferiche per il trattamento
dell'epilessia àsindrome da disconnessione interemisferica
• Leucotomia pre-frontaleàsindrome frontale
INTERVENTO NEUROCHIRURGICO
• Vantaggi
• determinazione precisa della sede ed estensione della
lesione
• Limiti
• i pazienti --data la natura dell'intervento-- sono portatori di
lesioni o disfunzioni neurologiche e quindi è problematica
l'inferenza al sistema normale
STIMOLAZIONE ELETTRICA DIRETTA
• Stimolazione di aree specifiche della corteccia o di strutture
sottocorticali mediante elettrodi in animali o esseri umani
• W. Penfield: mappa funzionale della corteccia umana (processi sensori-
motori --omunculus-- e cognitivi)
• Stimolazione dell'attivita' neuronale mediante micro-elettrodi extra-
cellulari durante l'esecuzione di compiti specifici (ad es. di memoria o
linguaggio) per localizzare le aree fondamentali da non intaccare
durante una procedura neurochirurgica.
• Stimolazione mediante elettrodi impiantati in determinate aree celebrali
a scopo riabilitativo (ad es. sottocorticali o corticali nel Morbo di
Parkinson).
• Limiti
• Procedura invasiva, applicabile, nel caso degli esseri umani, solo a pazienti
che presentano un'indicazione clinica: ad es., epilettici in cui va fatta una
mappa elettrofisiologica in vista di un'ablazione corticale.
• Osservazione limitata al campo operatorio
SVILUPPI RECENTI: tDCS
• La Stimolazione transcranica con Correnti Dirette (transcranial Direct
Current Stimulation; tDCS).
• E’ un metodo di stimolazione cerebrale non invasiva capace di indurre
cambiamenti funzionali nella corteccia cerebrale. Consiste
nell’applicare sullo scalpo due elettrodi (anodo e catodo) eroganti una
corrente continua di bassa intensità in grado di attraversare lo scalpo e
influenzare le funzioni neuronali, innalzando o riducendo la soglia di
scarica in un’area circoscritta.
STIMOLAZIONE MAGNETICA TRANSCRANICA
La TMS crea un campo magnetico transitorio sopra lo
scalpo grazie ad una corrente elettrica prodotta da una
bobina. Il campo magnetico genera una corrente elettrica
nel tessuto cerebrale sottostante che determina una
lesione virtuale o transitoria, i cui effetti vengono
esaminati.
• Le aree cerebrali che partecipano allo svolgimento del compito
(à funzione) sono indispensabili allo svolgimento di esso
• Tipi di stimolazione:
• Ripetitiva (ad es. un impulso al secondo)
• Singolo impulso (erogato in un particolare momento)
• off line (per alcuni minuti a bassa frequenza prima dello
stimolo)
Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS)
Corrente ad alto voltaggio
Campo magnetico indotto
d a l l a c o r r e n t e
(perpendicolare)
AGOSTO 1831: Michael
Faraday scopre l’induzione
elettromagnetica
Campo elettrico indotto da quello
magnetico (pependicolare e di
direzione opposta)
STIMOLAZIONE MAGNETICA TRANSCRANICA
VANTAGGI
•
•
Possibilità di studiare la relazione mente-cervello in soggetti sani e
quindi su ampie popolazioni di soggetti
Buona risoluzione spaziale e (nella TMS a singolo impulso)
temporale
LIMITI
•
•
L’area stimolata è ampia e per avere un’alta precisione è
necessario avere una MRI di ogni singolo soggetto
Non tutte le aree possono essere stimolate (non le strutture
sottocorticali o le aree mesiali)
METODI DI INDAGINE
• METODI ELETTROFISIOLOGICI E NEUROIMMAGINI
FUNZIONALI
• REGISTRAZIONE ELETTRICA DAL SINGOLO NEURONE
• REGISTRAZIONE ELETTROENCEFALOGRAFICA (EEG)
• POTENZIALI CORRELATI AD EVENTI (ERP)
• MAGNETOENCEFALOGRAFIA (MEG)
• TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI (PET)
• RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE (fMRI)
• VISUALIZZAZIONE CEREBRALE OTTCA
• SEGNALI OTTICI CORRELATI AD EVENTI (EROS)
METODICHE ANIMALI
Lesioni cerebrali e studio comportamentale delle conseguenze
- lesioni demolitive
- lesioni reversibili (raffreddamento: circa 20 gradi)
Registrazione con elettrodi
- registrazione massiva (popolazioni di neuroni)
- registazione con microelettrodi
- registrazione extra-cellulare (10 micron)
- registrazione intracellulare (1 micron)
REGISTRAZIONE DAL SINGOLO NEURONE
• Vantaggi
• Hanno permesso di conoscere le caratteristiche a cui rispondono i
singoli neuroni
• Sulla base di questo metodo sono state descritte delle mappe
topografiche per le funzioni sensoriali (e non solo)
• Altissima risoluzione sia spaziale che temporale
• Svantaggi
• Non permette di conoscere l’organizzazione cerebrale e la
relazione tra aree.
Elettroencefalogramma (EEG):
Registrazione dell'attività elettrica cerebrale mediante
elettrodi posti sulla superficie cranica
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)
• 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, 1929.
Berger recorded alpha and beta waves and
demonstrated that they changed with mental state.
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 singolo 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.
Componenti essenziali di un elettroencefalografo tradizionale
* Elettrodi
* Sistemi di amplificazione del segnale
* Sistemi di riproduzione del segnale
SISTEMAZIONE DEGLI ELETTRODI SUL CRANIO:
IL SISTEMA 10-20
Gli elettrodi vengono applicati in base a coordinate standard, il cosiddetto
Sistema Internazionale 10-20 introdotto dalla International Federation of
Electroencephalography nel 1958.
F frontale
P parietale
C centrale
T temporale
O occipitale
Sistema
standard di
posizionament
o degli
elettrodi sul
cranio: In base
all’area
cerebrale
sottostante, gli
elettrodi
vengono
indicati con
sigle diverse :
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.)
Dall’EEG agli ERP"
l
ERPs!
• “Potenziali elettrici associati con specifici eventi sensoriali,
percettivi cognitivi o motori”.!
"
l
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!
POTENZIALI CORRELATI AD EVENTI (ERP)
• 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).
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.
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.
MISURE QUANTITATIVE: 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
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
• ENDOGENI (più tardivi)
• modulati in modo definito dai processi “cognitivi” di
elaborazione dello stimolo
ERP
• Vantaggi
• non invasivi: applicabilità vasta
• risoluzione temporale molto buona (msec)
• Limiti
• risoluzione spaziale (anatomica) scarsa: la
localizzazione della sorgente dell'ERP è
relativamente imprecisa
