Lezione 7
Neuroscienze cognitive
Argomenti
• Le neuroscienze cognitive dello
sviluppo e lo studio del
cambiamento
• Un approccio interdisciplinare
– Biologia, Genetica, Embriologia,
Etologia, Neuroscienze
• Metodologie di indagine
– Modelli animali, Sindromi genetiche,
connessionismo, neuroimaging
funzionale
• Il ruolo dell’esperienza
• Lo sviluppo come processo
probabilistico
• Lo sviluppo come processo
sistemico
Le neuroscienze cognitive dello sviluppo
• ANNI ‘90 => neuroscienze cognitive dello sviluppo
• In questo quadro: connessionismo e il
neurocostruttivismo
• Discipline che studiano il cambiamento:
–
–
–
–
–
Biologia
Etologia
Genetica
Embriologia
Neuroscienze
• Domanda
– Come strutture complesse (genotipo, embrione, corpo,
cervello, mente) si sviluppano a partire da strutture
semplici
La prospettiva biologica
• Piagetintelligenza come forma di adattamento
biologico
• Waddington paesaggio epigenetico
• Darwin intelligenza come forma di adattamento
biologico
Il contributo della genetica
• Rapporti non lineari tra genotipo e fenotipo
– L’azione di un gene è influenzata da variabili ambientali
• Azione di altri geni: geni regolatori
• Segnali dell’ambiente esterno
– Esempio: un gene si esprime nelle aree motorie (in seguito ad
attività motoria legata la canto) nelle aree uditive (in seguito
all’ascolto del canti di altri uccelli)
– L’uomo e lo scimpanzé condividono il 98% dei loro geni
• mentre scimpanzé e gorilla solo il 93%
Il contributo dell’embriologia
• La forma che assume un organo a partire dal
tessuto varia in base all’ambiente molecolare e
chimico
– Se ne roditori si trapianta una porzione di corteccia da
un’area ad un’altra, viene ad assumere funzioni diverse
(in base all’area di destinazione)
• Per tale ragione, un’elevata complessità fenotipica
può essere raggiunta a partire da una limitata
quantità di geni
Il contributo dell’etologia
• Ruolo dell’ambiente tipico della specie
– Nel plasmare lo sviluppo del cervello e i processi
cognitivi
Il contributo delle neuroscienze e della
neuropsicologia
• L’attività cognitiva come prodotto del cervello
• Legame tra cervello e cognizione: plasticità
• Il ruolo dei processi epigenetici
–
–
–
–
Espressione dei geni
Sviluppo dell’embrione
Sviluppo cerebrale
Cognizione
• Rappresentazione della conoscenza nella mente e nel
cervello adulto
– specializzazione funzionale e strutturale
• Linguaggio
• Elaborazione di numeri
• Volto umano
– Ruolo dell’esperienza (in interazione con predisposizioni innate)
nell’emergere della specializzazione cognitiva
Metodologie di indagine 1
•
Modelli animali
– Individuazione principi applicabili allo sviluppo umano
– Esempio: imprinting nel pulcino
•
Disordini evolutivi di origine genetica che
comportano deficit cognitivi selettivi
– Down
– Williams
– X fragile
Sindromi genetiche
•
Sindrome di Down
– Deficit in varie aree dello
sviluppo cognitivo
•
Sindrome di Williams
– Sviluppo normale nello in
ambito linguistico e
sociale
– Deficit nelle abilità
numeriche e visuospaziali
•
Sindrome X-fragile
– Deficit in diverse aree:
attenzione, cognizione
visuo-spaziale, memoria
a breve termine
• Alla base delle sindromi
genetiche
– Non c’è il
danneggiamento di
specifici moduli innati
localizzati in aree
specifiche del cervello
– Bensì, alterazioni diffuse
e aspecifiche che, solo
nel corso dell’ontogenesi,
possono assumere in
alcuni casi un’apparenza
dominio specifica
Metodologie di indagine 2
•
Connessionismo
–
–
Uso del computer per simulare la struttura e le proprietà
del cervello
La plasticità delle reti riproduce fenomeni di
cambiamento
Metodologie di indagine 3
•
Tecniche di
visualizzazione
dell’attività cerebrale
–
–
•
Rilevare l’attivazione
cerebrale in tempo reale
Ottenere mappe funzionali
dell’attività cerebrale
Risonanza magnetica
funzionale (fMRI)
–
–
Flusso sanguigno cerebrale
Localizzare l’area
• Potenziali evocati relati
all’evento (ERP)
– Attività elettrica in alcune
aree cerebrali
– Determinare la sequenza
temporale
• Tomografia ad emissione
di positroni (PET)
– Infusione in vena di una
sostanza di contrasto
Vantaggi delle tecniche fMRI e ERP
1. Consentono di utilizzare lo stesso compito con
soggetti di età diverse
•
•
ottenendo misure sovrapponibili
E quindi risolvendo il problema dell’equivalenza delle
misure
2. Consentono di indagare le competenze cognitive
in situazioni che implicano carichi attentivi e
mnestici molto ridotti (free viewing condition)
Vantaggi delle tecniche fMRI e ERP
• Vantaggi teorici
– Tematica continuità/discontinuità
• Nello svolgimento di certo compito sottoposto a età
diverse sono coinvolti gli stessi substrati neurali?
– Tematica natura/ambiente
• Esistono risposte cerebrali precoci specifiche per
particolari categorie di stimoli?
Il ruolo dell’esperienza nell’emergere della
specializzazione neurocognitiva
• Limiti della visione maturazionista
– Epigenesi unidirezionale e
predeterminata
• Plasticità del cervello
– i circuiti si riorganizzazione in funzione
dell’esperienza con l’ambiente
• Ambiente interno: altri circuiti
• Ambiente esterno: specie-specifico
– Epigenesi probabilistica
• Ruolo cruciale dell’esperienza
• Modularizzazione
Paesaggio epigenetico di Waddington
• Il paesaggio epigenetico (Waddington)
– Lo sviluppo come il percorso di una palla
– Restringimento progressivo dei gradi di libertà
Lo sviluppo come processo probabilistico
• Molteplici tipi di ambiente, a diversi livelli
– Molecolare
– Cellulare
– Ambiente esterno all’organismo
• tipico della specie
• Tipico dell’individuo
• Epigenesi probabilistica (Gottlieb)
• L’informazione necessaria per specificare la forma che
assumerà il fenotipo non è contenuta nei geni ma
emerge dall’interazione tra i geni e l’ambiente
Lo sviluppo come processo probabilistico
• Autorganizzazione
–
–
–
–
i sistemi complessi con molti gradi di libertà
Tendenza verso stati di stabilità
Assenza di prespecificazione
Esempio: cristalli, fiocchi di neve, le celle negli
alveari
– La forma finale rappresenta una proprietà
emergente delle dinamiche interne al sistema
Lo sviluppo come processo sistemico
• Dimensione sistemica del cambiamento
– Il cambiamento che avviene all’interno di un
sistema è sempre dipendente dal contesto nel
quale il sistema è immerso
• Lo sviluppo è il risultato di molti fattori interni
ed esterni al sistema
Lo sviluppo come processo sistemico
• Embodiment
– La mente e il cervello sono parte di un corpo
immerso in un ambiente
• Il corpo pone dei vincolo ma offre anche delle
opportunità
– Embodied cognition
• La dimensione fisica e corporea della cognizione
• La teoria dei sistemi dinamici (Thelen e
Smith, 2004)
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
approccio metodologico interdisciplinare
•
•
•
•
Studio di modelli animali
Disordini evolutivi genetici
Simulazioni connessioniste
Neuroimaging funzionale
– Risonanza magnetica funzionale (fMRI)
– Spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS)
– Potenziali evocati relati all’evento (ERP)
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
ruolo dell’esperienza nella specializzazione cognitiva
•
•
•
•
Plasticità
Modularizzazione
Paesaggio epigenetico
Restringimento dei gradi di libertà
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
ruolo dell’esperienza nella specializzazione cognitiva
• Plasticità
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
ruolo dell’esperienza nella specializzazione cognitiva
• Paesaggio epigenetico
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
ruolo dell’esperienza nella specializzazione cognitiva
• Restringimento dei gradi di libertà
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
sviluppo come processo probabilistico
•
•
•
•
Molteplici tipi di ambiente
Epigenesi probabilistica
Autorganizzazione
Proprietà emergenti
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
sviluppo come processo probabilistico
•
•
•
•
Molteplici tipi di ambiente
Epigenesi probabilistica
Autorganizzazione
Proprietà emergenti
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
sviluppo come processo probabilistico
• Autorganizzazione
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
sviluppo come processo probabilistico
• Proprietà emergenti
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
approccio metodologico interdisciplinare
• Embodied cognition
CONCETTI DELLE NEUROSCIENZE COGNITIVE
approccio metodologico interdisciplinare
• Teoria dei sistemi dinamici (Thelen e Smith, 1994)
