Apprendimento e plasticità cerebrale

4W
11W
6W
nascita
o
f
Il cervello ha distinte regioni funzionali
La corteccia cerebrale è la regione che contiene
diverse aree con specifiche funzioni, che insieme
costituiscono la nostra abilità cognitiva
AREE SENSITIVE DELLA CORTECCIA CEREBRALE
Aree del linguaggio
Ideazione-programmazione
Coordinazione bilaterale
Esecuzione atto motorio
Codifica forza, direzione
velocità
Preparazione o strategia
del
Movimento ideato
(mediale) o comandato
(laterale)
Esecuzione motoria
40
39
Associativa multimodale (somestesica, visiva,
acustica, propriocettiva, vestibolare)
Riceve Copie dei comandi motori
Codifica la posizione del corpo nello spazio durante
Il movimento monitorando movimento e risultati
verbale
spaziale
Abilità
manuale
grafia
dettagli
scrittura
Lessico e
sintassi
lettura
Capacità
spaziale
Prosodia
globalità
Riconoscimento
volti
Analitico
sequenziale
Funzioni emisfero
sinistro e destro
analitico
parallelo
EMOZIONI E
SISTEMA
LIMBICO
EMOZIONI E
SISTEMA LIMBICO
EMOZIONI E SISTEMA
LIMBICO
EMOZIONI E
SISTEMA LIMBICO
CIRCUITI
NEURONALI
E
PROPRIETA’
ELETTRICHE
DEI NEURONI
CORTECCIA
CEREBRALE
CIRCUITI
NEURONALI
Sinapsi chimica
Figura 7.22 a
Regolatori del comportamento il cui stato a sua volta modula i processi sensoriali e cognitivi
Comportamento
Problem solving
Pensiero
Decision making
Sensibilità somatica
Linguaggio
Visione
Acustica
Attività motoria
Apprendimento - Memoria
Emozioni - Motivazioni
ÂaxÄ
vxÜäxÄÄÉ
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ÅÉÜ|Üx x Ç|xÇàx Ñâ´
xááxÜx Ü|zxÇxÜtàÉÊ
Camillo Golgi (1843-1926)
S. Ramon y Cajal (1852-1934)
(morte di un dogma e rivoluzione nella concezione plastica del cervello)
dal
dal greco
greco plaistikos,
plaistikos, ‘formare”
‘formare”
Una
Una delle
delle più
più moderne
moderne concezioni
concezioni funzionali
funzionali del
del
cervello
cervello èè la
la plasticità
plasticità cerebrale
cerebrale intesa
intesa come
come
risposta
risposta adattativa
adattativa aa stimolazioni-sollecitazioni
stimolazioni-sollecitazioni che
che
porta
porta aa riorganizzazione
riorganizzazione dei
dei circuiti
circuiti nervosi
nervosi ee
migliora
migliora le
le funzioni.
funzioni.
Sulla
Sulla base
base della
della plasticità
plasticità ilil cervello
cervello èè potenziato
potenziato
dall’esperienza,
dall’esperienza, èè capace
capace di
di apprendere,
apprendere, ricordare
ricordare
ee rigenerare
rigenerare dopo
dopo lesioni.
lesioni.
Le esperienze e l’esercizio generano modificazioni
plastiche di specifiche aree cerebrali.
Cava Ispica. Il Castello visto da Jean Houël,
viaggiatore francese del XVIII secolo
Per giocare a tennis impieghiamo
diverse aree del cervello
Attention/control
task
Late/newly
Differenze
cerebrali tra
musicisti e non
musicisti
Risonanza
Magnetica
Cambiamento
Cambiamento
strutturale
strutturaledei
deicircuiti
circuiti
cerebrali
del
cervello
cerebrali del cervello
in
inrisposta
rispostaaa
sollecitazioni.
sollecitazioni.
Finalizzata
Finalizzataa:
a:
migliorare
migliorareuna
unafunzione
funzione
(potenziamento
(potenziamentofunzionale)
funzionale)
La regolazione fine dei circuiti nervosi crea chiare differenze
microscopiche tra due cervelli diversi e
Anche a livello dello stesso cervello in due momenti diversi,
variazioni che dipendono dall’attività e quindi
dalle esperienze.
Le modificazioni plastiche sono durature?
Il numero di sinapsi o di ramificazioni
si riduce dopo un periodo, compreso tra
6 mesi ed un anno, di completa
interruzione dell’esercizio.
Lo schema della funzione sopravvive
anche per lunghi periodi.
Cancellata del Palazzo dei Baroni
Bruno di Belmonte (Il Casino)
L’ampliamento plastico di funzioni cerebrali
come incide nelle esperienze nuove?
Facilita l’apprendimento
Facilita l’esecuzione
Un continuo
continuo rimodellamento
rimodellamento delle
delle sinapsi
sinapsi
Un
(rimozione oo aggiunta)
aggiunta) èè alla
alla base
base
(rimozione
dell’apprendimento ee potenziamento
potenziamento delle
delle
dell’apprendimento
capacità del
del cervello
cervello nonché
nonché del
del recupero
recupero
capacità
funzionale nelle
nelle lesioni
lesioni
funzionale
La Riorganizzazione plastica delle sinapsi e
dei circuiti è attività-dipendente e si riduce
con l’età
Nel bambino l’apprendimento comporta un utilizzo dei
circuiti esistenti che plasticizzano e sviluppano nuove
ramificazioni assonali e nuovi dendriti e la plasticità cerebrale
è elevata
Nell’adulto e con l’avanzare dell’età la plasticità si
riduce e le nuove acquisizioni cognitive utilizzano
prevalentamente un riarrangiamento sinaptico
Memoria dichiarativa
Episodica
Semantica
La memoria esplicita comporta almeno
quattro processi:
Codifica
Consolidamento
Conservazione
richiamo
“Codifica"
si riferisce al processo iniziale di riconoscimento ed
elaborazione
dell'informazione appena appresa. Meglio è
codificata una nozione, migliore sarà
il successo delle fasi successive.
Circuiti memoria dichiarativa
cortico-ippocampali e ippocampo-corticali
¾Memoria spaziale,
¾Date e luoghi (episodica)
¾Dettagli contestuali
¾Parole e discorsi
¾Informazioni scritte
Codifica e conserva
memoria esplicita
a breve termine
Memoria dichiarativa
Episodica
Where?
When?
What?
I due flussi di informazioni
“What” e “Where”
sono integrati nelle regioni ippocampali GD-CA3
Parahippocampal
Enthorinal
Perirhinal
Enthorinal
Temporal order
Nella regione ippocampale CA3-CA1 le informazioni “What” e
“Where” vengono combinate con l’ordine temporale “When”
La memoria esplicita comporta almeno
quattro processi:
Codifica
Consolidamento
Conservazione
richiamo
“Consolidamento"
corrisponde al processo di trasformazione della
memoria appresa in forma stabile.
consolidamento
Memoria Esplicita
Lobo temporale mediale
Durante il periodo di
consolidamento post-learning
l’ippocampo (lobo temporale
mediale) agisce come
Rigeneratore di combinazione
attivando simultaneamente i
circuiti neuronali
corrispondenti ai differenti
moduli sensoriali e
consolidando le loro
connessioni.
Lobo temporale
la corteccia prefrontale è attivata durante la formazione della memoria
episodica ed è richiesta per processi strategici come la ricerca di
informazioni il monitoraggio degli esiti, la scelta degli obiettivi, la
pianificazione, il controllo e la valutazione del comportamento.
Working memory Retrivied or experienzed
Memoria episodica
Connessioni delle subregioni della corteccia frontale mediale
Aree motrici
Amigdala
cingulata
azioni
emozioni
Corteccia rinale
Esiti
Delle azioni
Emozioni-motivazioni associati
all’episodio
Il contesto interno rappresentato dagli
stati emozionali e
motivazionali (impliciti) evocati dall’esperienza
possono essere
associati come segnali interocettivi all’evento appreso e come tali
costituire parte integrante dell’esperienza esplicita ed essere utili
come segnali di consolidamento e richiamo della memoria, oltre che
di apprendimento
L’acquisizione di nuove informazioni è fortemente incrementata
dall’abilità strategica di integrare e organizzare le informazioni
rilevanti in una coerente e significativa rappresentazione
dell’episodio
Il “Consolidamento” permette alla traccia di
memoria dichiarativa di trasformarsi in
memoria a lungo termine e rendersi
progressivamente indipendente
dall’ippocampo e dipendere dalle aree
corticali siti di deposito a lungo termine.
Il tempo impiegato a raggiungere
questa indipendenza è variabile e
va da giorni-settimane a mesi ed
anni dall’acquisizione
dell’informazione.
Una volta espletato il
“consolidamento” la memoria a
lungo termine diviene indipendente
dall’ippocampo.
Amnesia
anterograda,
retrograda e remota
La memoria esplicita comporta almeno
quattro processi:
Codifica
Consolidamento
Conservazione
richiamo
“Conservazione"
riguarda i meccanismi, poco noti di mantenimento
dell'informazione
appresa. Tale capacità è illimitata nel tempo a
differenza di ciò che avviene
nella memoria a breve termine.
La memoria remota è depositata in aree corticali diverse dal lobo
temporale mediale e corrispondenti ai moduli sensoriali coinvolti
nell’esperienza.
Il Lobo temporale mediale conserva
la memoria retrograda
secondo uno schema temporale di formazione non noto ma
graduale in relazione al tempo.
Memoria dichiarativa
Semantica
Le nozioni semantiche sono formate
nell’ippocampo e conservate a lungo termine in
diverse regioni della corteccia cerebrale
La memoria esplicita comporta almeno
quattro processi:
Codifica
Consolidamento
Conservazione
richiamo
“Richiamo"
è fondamentale per richiamare allo stato di
coscienza l'informazione
immagazzinata. Il recupero comporta la riunione di
diversi tipi di informazioni che
sono custodite in sedi cerebrali diverse.
Il richiamo della memoria episodica richiede una
ricodifica delle tracce di memoria, attivazione di
multiple tracce di memoria mediata
dall’ippocampo
che permette un legame con i circuiti neuronali o
moduli corticali che rappresentano
l’esperienza nella traccia di memoria.
Richiamo
Richiamo delle
delle nozioni
nozioni episodiche
episodiche
(luoghi
(luoghi ee tempi)
tempi) nella
nella corteccia
corteccia
prefrontale
prefrontale la
la cui
cui lesione
lesione produce
produce
amnesia
amnesia delle
delle origini
origini
Recupero o richiamo (tanto più efficace
quanto più si svolge in un contesto simile
al
precedente)
Il lobo temporale potrebbe svolgere un ruolo di coesione-assemblaggio
delle memorie nelle varie regioni ed il richiamo comporterebbe
il riassemblaggio. (Povertà del richiamo, confusione nel ricordare, e
confusione tra reale ed immaginario supportano questa ipotesi)
La memoria non-dichiarativa può essere formata e convertita in memoria a lungo
termine con modalità independente dall’ippocampo.
Memoria implicita
Non dichiarativa
abilità motorie-percettive
O
procedurali
Si richiama facilmente
La memoria implicita o riflessiva: abilità motorie
Dove si forma e conserva la
Memoria implicita o non dichiarativa?
la memoria implicita non dichiarativa
si forma e si conserva nelle aree di pertinenza :
L’apprendimento cognitivo implicito
percezioni affettive ed emozionali
Il bambino prima di imparare a parlare (gestione
memoria esplicita) comunica per percezioni implicite
Short-term memory
Working memory
La working memory è una memoria a breve termine che
coordina la conservazione transitoria delle informazioni
rendendo possibile una simultanea processazione e
manipolazione delle informazioni necessaria per la
realizzazione di complesse funzioni cognitive.
comprensione di una frase –discorso.
Guidare in un traffico complesso e disordinato
Multicomponenti di working memory
integrazione
integrazione
Link long-term memory
Working memory:
Mantenere e manipolare le informazioni nel processo di guida ed
esecuzione di compiti sotto il controllo di una centrale esecutiva con il
compito di attenzione ed integrazione.
Spatial-verbal working memory
Lo sviluppo delle connessioni neuronali, di
nuove sinapsi o stabilizzazione delle esistenti,
dipende dall’attività neuronale che entra nel
nostro cervello attraverso la nostra attività
sensoriale nonché dall’attività intrinseca dei
circuiti che elaborano le informazioni e ne
conservano una traccia di memoria.
Quali sono le basi anatomiche che si accompagnano alle
modificazioni plastiche del cevello?
Aumento di ramificazioni neuronali
Incremento di sinapsi
Formazioni di nuovi
circuiti neuronali
NEUROGENESI
La memoria a lungo termine richiede
fenomeni di potenziamento
e quindi fenomeni plastici
Le informazioni sono conservate nei neuroni
che sono attivati durante l’apprendimento.
L’efficacia della memorizzazione dipende
dalla formazione di nuove connessioni e
sinapsi.
Cambiamento plastico delle
sinapsi durante l’apprendimento
La formazione di memoria a lungo termine
può richiedere ripetizione
Synaptic
pasticity
Learning and memory are based on
synaptic plasticity
E.R. Kandel
Perché persone diverse
ricordano
un evento in modo diverso?
La Conservazione della
Memoria è statica
o dinamica?
Statica:
Conservazione degli eventi il cui richiamo se
incompleto dipende dalla non
Accessibilità ad alcuni particolari.
Dinamica:
Può essere influenzata dalla registrazione di nuovi
eventi o variazioni nei meccanismi di richiamo con
perdita di particolari degli eventi
(memoria
incompleta) o richiami distorti (falsa memoria)
“Le modificazioni indotte dall’apprendimento/memoria
(esperienza) e l’architettura cerebrale su base genetica
rappresentano le basi biologiche della individualità”
E.R Kandel