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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)
