Lobo temporale memoria Lobo temporale memoria

Lobo temporale
memoria
Guido Rodriguez
Andrea Brugnolo
Nicola Girtler
Neurofisiologia Clinica (DiNOG)
Università di Genova
• E.P. era stato un abile tecnico di laboratorio per 28 anni quando, nel
1982, andò in pensione per godersi la famiglia e coltivare i propri
hobby. Dieci anni più tardi, a 70 anni, E.P. contrasse un’infezione
acuta di tipo virale (un’encefalite da herper simplex) e fu ricoverato
in ospedale. Una volta dimesso, i suoi amici e familiari, vedevano lo
stesso uomo raggiante, gentile e in buona salute che dialogava in
modo appropriato con gli altri. Tutti i suoi processi mentali erano
rimasti intatti, ma qualcosa non andava con la memoria, E.P.
continuava a ripetere gli stessi commenti e a porre le stesse
domande e non era in grado di riconoscere nuovi ospiti neppure dopo
100 visite. A causa del virus che aveva distrutto alcune porzioni
dell’encefalo, l’uomo aveva perso la capacità di memorizzare nuovi
eventi. E.P. poteva trattenere il ricordo di nuovi episodi o incontri
soltanto per pochi secondi. Rispetto al passato aveva dubbi circa la
casa in cui aveva vissuto per 20 anni, o sul fatto che uno dei suoi
figli, ormai adulto, vivesse nella casa accanto e che aveva due nipoti.
La malattia gli aveva impedito di trasportare i propri pensieri e le
proprie impressioni nel futuro e aveva interrotto il collegamento col
passato. Adesso E.P. era confinato nel presente.
• Il caso di E.P. dimostra in maniera drammatica che
l’apprendimento e la memoria costituiscono fenomeni
fondamentali dell’esperienza umana. Siamo in grado di
acquisire nuove conoscenze sul mondo che ci circonda
perché le esperienze che facciamo modificano il nostro
cervello e spesso, queste conoscenze, vengono
trattenute nella memoria per lungo tempo (modificazioni
durature).
• Le nozioni acquisite dipendono dall’esperienza e sono
trattenute grazie alla memoria (volti, nomi, conoscenze,
canzoni, ecc.).
• Noi siamo ciò che siamo in gran parte grazie a ciò che
impariamo e ricordiamo.
• Lo studio dell’apprendimento e dell’immagazzinamento
della memoria ha costituito uno dei pilastri di tre diverse
discipline intellettuali: prima la filosofia, poi la psicologia
e ora la biologia.
Convergenze tra psicologia e biologia
• All’inizio di questo millennio i quesiti
posti da psicologi e biologi hanno
cominciato a convergere su un terreno
comune.
1) Dove sono localizzati i ricordi nel
cervello?
2) Come si formano in termini
neurobiologici?
Convergenze tra psicologia e biologia
•
•
•
Rispetto alla questione del dove è oggi opinione
comune che le tracce di memoria siano conservate
principalmente nelle regioni cerebrali
originariamente coinvolte nell’elaborazione di
ciascun tipo di informazione.
Alcuni ricercatori credono che gli engrammi (tracce
mnestiche di origine organica) siano distribuiti sulla
base dei “domini di conoscenza” (danni cerebrali con
deficit selettivi – es categorie semantiche - animali)
Alcune forme di apprendimento sono state associate
a meccanismi di memoria in regioni cerebrali
circoscritte (condizionamento alla paura – amigdala)
Convergenze tra psicologia e biologia
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•
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•
•
Questa risposta generale sul dove ha suggerito
una risposta su come si formano i ricordi
Se un engramma (tracce mnestiche di origine organica)
è mediato da una rete di neuroni, allora la
sua creazione sarebbe il processo per il
quale neuroni che una volta funzionavano
indipendentemente cominciano a lavorare
assieme come una rete.
Daniel Hebb fu il primo nel 1949 ad ipotizzare
che le memorie siano conservate nel cervello
sotto forma di reti di neuroni che chiamò
“assemblee cellulari”.
La sua idea è che, attraverso l’esperienza,
queste assemblee gradualmente vengono a
rappresentare specifici oggetti o concetti.
L’apprendimento hebbiano sostiene che quando
i neuroni presinaptici e postsinaptici sparano
assieme dei potenziali d’azione aumenta la
forza delle loro connessioni sinaptiche
L’idea che le connessioni tra i neuroni siano rafforzate
dalla loro comunicazione, rendendo così più facile la
comunicazione successiva, fornisce la base neurologica
della memoria
• Molto di quello che sappiamo sulla
memoria deriva dagli studi su una piccola
lumaca marina (gasteropode), l’Aplysia
californica.
• L’Aplysia ha un sistema nervoso di
appena 20.000 mila neuroni contri i 100
miliardi presenti nel nostro sistema
nervoso
Branchia
Sifone
Assuefazione e sensibilizzazione
• Quando uno sperimentatore sfiora il sifone il
piccolo animale ritira la branchia.
• Questo semplice riflesso dimostra le due
forme di apprendimento che si verificano in
molti animali (essere umano compreso)
l’assuefazione e la sensibilizzazione
• L’assuefazione si riferisce a una riduzione
della risposta quando lo stesso stimolo è
riproposto ripetutamente
• La sensibilizzazione si riferisce a un
incremento della risposta allo stimolo
assuefatto quando questo venga abbinato a
uno stimolo nocivo
La stimolazione tattile del sifone dell’animale provoca la ritrazione della branchia.
Quando il sifone è toccato ripetutamente, questa risposta diminuisce
progressivamente (assuefazione). Al contrario, uno shock alla coda accresce il
riflesso assuefatto di ritrazione della branchia (sensibilizzazione)
Decremento rilascio
neurotrasmettitore tra
neurone sensoriale e
motoneurone
Incremento rilascio
neurotrasmettitore tra neurone
sensoriale e motoneurone a causa
dell’intervento degli interneuroni
modulatori
Il contatto con la pelle del sifone stimola i neuroni sensoriali, i
quali a loro volta eccitano gli interneuroni e i motoneuroni che
inducono la ritrazione della branchia.
Registrazioni elettriche mostrano che l’assuefazione comporta
un decremento del rilascio di neurotrasmettitore.
La sensibilizzazione comporta un aumento del rilascio del
neurotrasmettitore, ma dipende dall’attività di altri neuroni.
• Quando uno sperimentatore stimola la
coda dell’aplysia con una scossa elettrica
il piccolo animale ritira la branchia.
• Se si ripete la scossa la ritira ancora più
velocemente
• Un ora dopo, se si ripete la scossa,
l’aplysia ritira la branchia come se fosse
la prima volta, come se “non ricordasse”.
• Ma se si continuano a somministrare
scosse l’aplysia svilupperà una memoria
persistente che può durare giorni e
settimane.
• Un modello di MBT e di MLT
• il riflesso di retroazione esercitato
dalla scossa, ha una durata di pochi
minuti (MBT)
• Se si continuano a somministrare scosse
l’aplysia svilupperà una memoria
persistente (MLT) dovuta a l’innesco
dell’espressione genica, la sintesi di
nuove proteine e la formazione di nuove
connessioni sinaptiche.
• L’immagazzinamento a
lungo termine implica la
formazione di nuove
connessioni sinaptiche
(Kandel 1999).
• L’apprendimento
dell’Aplysia si basa su
cambiamenti che
coinvolgono le sinapsi sia
per la memoria a breve
termine (maggior rilascio
di neurotrasmettitore)
che per la memoria a lungo
termine (formazione di
nuove sinapsi)
• Qualsiasi esperienza che si
traduce in ricordo produce
dei cambiamenti fisici nel
nostro SN
ERIC KANDEL
(1929 –
• Un processo simile ma molto più potente si verifica nel
nostro ippocampo (ma non solo) che è un’area
fondamentale per l’immagazzinamento a lungo termine
dei nuovi ricordi.
• Bills e Lomo (1973) studiando l’ippocampo del
coniglio scoprirono che somministrando un
treno di stimoli elettrici ad alta frequenza
aumentavano i potenziali d’azione prodotti da
stimoli successivi ma solo in quella via neurale
(la corrente elettrica rinforzava le
connessioni sinaptiche lungo quella via per ore
o settimane).
• Si tratta del Potenziamento a lungo Termine
LTP che è un aumento della forza della
trasmissione neurale che deriva dal
rafforzamento delle connessioni sinaptiche.
• La scoperta del LPT ha fornito un altro buon
candidato per il tipo di meccanismo cellulare che
potrebbe essere alla base dell’immagazzinamento
delle memorie.
• L’LPT ha due ulteriori proprietà:
• La specificità, solo le sinapsi attivate durante la
stimolazione verranno potenziate
• L’associatività, se una via nervosa viene
debolmente attivata nello stesso momento in cui
un’altra via verso lo stesso neurone viene
fortemente attivata, allora entrambe le vie
mostreranno LPT
• Come suggerito dal fenomeno
dell’assuefazione, l’indebolimento
sinaptico fa parte dell’apprendimento e
della memoria. Se le sinapsi continuano
ad aumentare la loro forza attraverso il
LPT raggiungeranno il livello massimo
che andrà controbilanciato dal
meccanismo di inibizione sinaptica detto
Depressione a Lungo Termine (LTD)
• Il LTD, al contrario del LTP, si verifica
con stimolazioni a bassa frequenza per
un lungo periodo.
• Il LPT coinvolge il neurotrasmettitore
glutammato e due suoi recettori (AMPA,
NMDA). I rec AMPA mediano la normale
trasmissione sinaptica nell’ippocampo.
L’operazione dei rec NMDA dipende invece dallo
stato della cellula postsinaptica.
Se è a riposo i rec NMDA
sono bloccati dagli ioni
Mg, ma quando si
depolarizza il magnesio
viene espulso dai rec
NMDA consentendo agli
ioni Ca di passare.
L’entrata di Ca all’interno
della cellula postsinaptica
genera LPT
α-amino-3-idrossi-5-metil-4-isosazolo propionato
N-metil-D-aspartato
Solo quando il glutammato si lega a questi rec e la cellula
postsinaptica si depolarizza, il Ca può fluire all’interno
della cellula postsinaptica per dare inizio all’LPT.
LPT è limitato alle sinapsi attive dove è stato rilasciato
glutammato (specificità)
L’LPT può aver luogo
nelle sinapsi dove
uno stimolo debole
non è sufficiente a
depolarizzare la
cellula postsinaptica,
qualora la membrana
venga depolarizzata
da uno stimolo forte
che sopraggiunge
simultaneamente
nelle sinapsi vicine
(associatività)
• I meccanismi di mantenimento dell’LPT sono
compresi meno chiaramente. Sembra che il Ca
attivi le proteine chinasi che a loro volta
possono attivare i recettori AMPA già
presenti o aggiungerne di nuovi, avendo come
risultato un aumento durevole della
trasmissione sinaptica.
Il mantenimento
dell’LPT dipende
anche da variazioni
nell’espressione genica
e nella sintesi
proteica e da
cambiamenti
morfologici nella
sinapsi
Relazione tra LPT e prestazione
mnemonica
• Sebbene l’LPT abbia molte proprietà
richieste dall’immagazzinamento in
memoria si tratta di un fenomeno per
ora ricavato solo in vitro.
• Ultimamente è stato dedicato grande
sforzo alla ricerca di un collegamento
diretto tra LPT e memorizzazione
• Si sono cercate prove dell’ LPT
comportamentale; ad es un gruppo di
ratti allevati in ambiente arricchito
mostrano un aumento dei potenziali
postsinaptici (simile all’LPT) rispetto a
ratti allevati in ambiente impoverito.
• L’incremento scompare entro un paio di
settimane se i ratti “arricchiti” vengono
posti in un ambiente impoverito
• Un altro metodo per provare la relazione
tra LPT e memoria è stato quello di
prevenire l’LPT e determinare se la
memoria risulta compromessa.
• Sono stati utilizzati dei topi “knockout”
nei quali è stato eliminato il gene per una
proteina cruciale per la biochimica
dell’LPT
• Tonegawa et al hanno prodotto topi che
difettavano per i recettori NMDA nella
CA1 dell’ippocampo (cruciale per
l’apprendimento spaziale dei roditori)
• Mentre i topi “sani” cercavano una
piattaforma nascosta in una vasca
d’acqua torbida solo vicino alla posizione
in cui si trovava nelle prove precedenti, i
topi geneticamente modificati la
cercavano in lungo e in largo
Cambiamenti nella morfologia sinaptica legati all’apprendimento
• Come già detto il mantenimento a lungo temine dell’LPT richiede
l’espressione genica e la sintesi di nuove proteine
• Questi cambiamenti possono condurre ad alterazioni strutturali di
lunga durata nelle sinapsi (consolidamento sinaptico)
• Sono stati descritti 4 tipi di cambiamento morfologici nella spina
dendritica in risposta all’LPT
a) incremento
grandezza
spina
b) sinapsi perforate
c) divisione in due
spine distinte
d) accrescimento
numero delle
spine
La memoria a livello
di sistemi cerebrali
La memoria a livello di sistemi cerebrali
• I dati provenienti da numerosi casi clinici
hanno dimostrato che differenti regioni
cerebrali giocano ruoli diversi nei diversi tipi
di memoria
• I lobi temporali mediali giocano un ruolo
fondamentale nella codifica e nel
consolidamento del tipo di ricordi che sono
accessibili alla coscienza, ma queste regioni
non conservano permanentemente i ricordi
né sono necessarie per la codifica o il
consolidamento di altri tipi di memoria.
Brenda Milner e il Caso H.M.
H.M. brain (Scoville
& Milner, 1957)
H.M. : Rimozione bilaterale della porzione centrale dei lobi temporali
(ippocampo e corteccia circostante risultano assenti)
Il cervello di H.M.
NATURE REVIEWS |
NEUROSCIENCE VOLUME 3 |
FEBRUARY 2002 | 153-160
LA MEMORIA
Il caso di H.M.
Grave amnesia retrograda ed anterograda
Ne emerse un grave quadro di amnesia In H.M. i vecchi
ricordi (es. l’infanzia) erano rimasti quasi intatti, ma aveva
difficoltà nel recupero di memorie acquisite nei 3 anni
precedenti l’operazione, soprattutto per gli eventi personali
(amnesia retrograda)
Soprattutto, mostrava una grave incapacità nel ritenere
informazioni nuove (amnesia anterograda)
LA MEMORIA
Il caso di H.M.
Memoria a breve termine preservata
Ma la memoria a breve termine era normale
Utilizzando normali strategie di reiterazione del materiale
H.M. era in grado di mantenere in memoria delle informazioni
(es. una breve lista di numeri)
Una qualsiasi interruzione comprometteva però il ricordo
MEMORIA E APPRENDIMENTO
Il caso di H.M.
Memoria procedurale preservata
Anche la memoria
procedurale era intatta
Il paziente H.M. mostrava di
apprendere compiti motori
complessi (ad esempio copiare un
disegno allo specchio), benché
non ricordasse nulla delle sessioni
precedenti!
• I lobi temporali mediali sono necessari per
certi tipi di funzioni di memoria, ma non lo
sono per le funzioni percettive, intellettive ed
esecutive
• Queste regioni sono necessarie al ricordo di
eventi recenti, ma non sono necessarie al
ricordo di eventi remoti
• Sono necessarie per trasferire eventi e fatti
nel MLT, ma non per la ritenzione in “diretta”
dell’informazione
• Non sono necessarie alla memoria che si
manifesta attraverso la prestazione, come le
abilità motorie o altri tipi di destrezza
TASSONOMIA DEI SITEMI DI MEMORIA
I casi di H.M. ed altri pazienti con amnesia da lobo temporale mediale
implicano l’esistenza di differenti tipi di memoria
Memoria di Lavoro e Memoria a Lungo Termine
Evidenze a favore della separazione tra i due
magazzini si riscontrano nel paradigma di
rievocazione libera immediata di liste di parole (di
ampiezza superiore allo span), in cui è comune
osservare i seguenti fenomeni:
recency effect: rievocazione corretta e accurata
degli ultimi elementi della lista (sostenuta dal
sistema di MBT),
primacy effect: discreta rievocazione dei primi
elementi (sostenuta dal sistema di MLT).
• Vi sono casi in cui invece i pazienti a fronte di
una memoria a lungo termine conservata
mostrano deficit della memoria di lavoro
• Ad esempio K.F. (Warrington e Shallice) aveva
difficoltà a rievocare immediatamente liste di
4 parole ma era anche più rapido e bravo dei
soggetti normali ad apprendere liste lunghe di
parole
• In questi casi il danno è localizzato nelle
regioni temporo-parietali sinistre (area
perisilviana)
Memoria Dichiarativa e Memoria Non Dichiarativa
Sebbene H.M. sia gravemente
compromesso a livello di memoria
dichiarativa, la sua prestazione in molti
compiti di memoria non dichiarativa è
normale.
Si può sostenere che alcune, o tutte, le
strutture del lobo temporale mediale sono
necessarie per la memoria dichiarativa ma
non per la memoria non dichiarativa
Memoria Dichiarativa e Memoria Non Dichiarativa
Il primo incontro di uno stimolo (detto prime)
aumenta l’abilita’ di analizzare quello stesso stimolo ad
una successiva presentazione
Esempio: Compito di completamento di radici di
parole. Al soggetto viene data una lista di parole e,
dopo un intervallo di tempo, gli vengono dati dei
frammenti di parole da completare con le parole
apprese precedentemente (esplicito) o con la prima
parola che viene in mente (implicito)
Priming di ripetizione preservato (memoria non dichiarativa)
I pazienti amnesici con lesione delle strutture del lobo
temporale mediale svolgono correttamente il compito di
completamento implicito ma non quello di completamento
esplicito
Memoria Dichiarativa e Memoria Non Dichiarativa
Priming percettivo visivo
Importante la
corteccia occipitale
In sintesi
La distinzione tra sistemi di memoria di lavoro e a lungo termine e
quella tra sistemi di memoria dichiarativa e non dichiarativa sono
state finora sostenute da una grande quantità di prove.
Mentre un danno al lobo temporale mediale compromette la memoria
a lungo termine, ma non quella di lavoro, una lesione perisilviana
sinistra danneggia la memoria di lavoro, ma non quella a lungo
termine.
Nel dominio della memoria a lungo termine un danno al lobo
temporale mediale compromette la memoria dichiarativa (rievocazione
e riconoscimento) ma non le funzioni della memoria non dichiarativa
come il priming.
Un danno al lobo occipitale compromette alcune forme di priming
senza alterare le prestazioni della memoria dichiarativa
Il consolidamento sistemico della
memoria dichiarativa
L’ippocampo (e le zone adiacenti) non sono la sede in cui
sono depositati i ricordi e le memorie passate, ma svolge un
ruolo cruciale nel formare nuovi ricordi
Nel 1971 David Marr ha ipotizzato che l’ippocampo sia un sistema a
capacità limitata che acquisisce informazioni rapidamente ed
automaticamente, senza però mantenerle a lungo.
Col tempo, l’informazione originariamente disponibile nell’ippocampo
diviene permanente in altre strutture del cervello (in corteccia), in
maniera indipendente dall’attività dell’ippocampo stesso.
Il meccanismo cruciale di questo trasferimento è la riattivazione
(‘replay’) delle configurazioni di attivita’ neurale – forse svolta durante
il ricordo conscio e il sonno
(A) L’ippocampo è necessario durante lo stadio iniziale del
consolidamento perché le tracce mnestiche sono distribuite in varie regioni
(festa).
(B) L’ippocampo e le strutture temporali mediali a esso collegate sono
cruciali per ritenere un evento nella sua globalità in quanto le tracce
mnestiche sono distribuite. Si può accedere ai ricordi dichiarativi non
consolidati solo tramite l’ippocampo
(C) Il consolidamento avviene quando un ricordo viene ripetutamente
riattivato (ricordo cosciente, sonno). La riattivazione conduce alla
creazione di connessioni dirette tra le tracce corticali e quindi alla
formazione di una rappresentazione integrata nella neocorteccia
MODELLO TRACCIA MULTIPLA
Alcuni pazienti con amnesia temporale mediale hanno un
disturbo della memoria retrograda autobiografica (episodica) che
copre anche l’intero arco di vita.
Ma allora il processo di consolidamento può impiegare anche più
di 40 anni?
Nadel e Moscovitch propongono la teoria della traccia multipla:
I ricordi episodici più o meno consolidati sono sempre dipendenti
dall’ippocampo; il gradiente temporale non è dovuto al
trasferimento in corteccia ma al numero di tracce archiviate
nell’ippocampo.
Ogni volta che un ricordo è riattivato si archivia nell’ippocampo
una nuova traccia di memoria. I ricordi remoti sono codificati da
tracce multiple e diventano più resistenti a danni ippocampali.
LA MEMORIA DICHIARATIVA
Sensazione di aver vissuto
un episodio a un certo
punto nel passato
Ricordi di un evento
passato che includono
associazioni specifiche e
dettagli del contesto
I modelli della MEMORIA DICHIARATIVA
Considerando gli effetti drammatici provocati da una lesione dei Lobi
Temporali Mediali non c’è dubbio che giocano un ruolo fondamentale
nella memoria dichiarativa.
Tuttavia i processi di memoria in questa regione e i contributi di altre
parti del Lobo Temporale Mediale non sono stati ancora compresi
appieno.
Vi sono diversi modelli circa il suo funzionamento
La teoria della mappa cognitiva (‘OKeefe):
L’ippocampo media la memoria per le relazioni spaziali attraverso gli
oggetti presenti nell’ambiente.
Una prova è data dalle cellule per i luoghi nei roditori. Questi neuroni
scaricano quando il ratto è in una posizione particolare della gabbia
aperta.
Attivazione di otto differenti cellule per i luoghi
1. NELL’UOMO
L’IPPOCAMPO SI
ATTIVA IN COMPITI DI
MEMORIA SPAZIALE
(VEDI IMMAGINE
OTTENUTA CON LA
PET DEL CERVELLO DI
UN TASSISTA
LONDINESE MENTRE
STA IMMAGINANDO DI
PERCORRERE UN
CERTO ITINERARIO)
UNA PARTE DELL’IPPOCAMPO
DI TASSISTI ESPERTI (LA PARTE
POSTERIORE) RISULTA ESSERE
PIU’ ESTESA DI QUELLA DI UN
GRUPPO DI CONTROLLO DI
NON-TASSISTI = IL VOLUME
IPPOCAMPALE CORRELA CON
L’AMMONTARE DI ESPERIENZA
DI NAVIGAZIONE SPAZIALE.
Il modello della memoria relazionale (Eichenbaum, Cohen)
Teoria più generale, include la memoria spaziale ma cerca
di spiegare altri aspetti della memoria dichiarativa.
L’ippocampo non fornisce una rappresentazione dello
spazio in quanto tale ma uno spazio di memoria. Ad es
le cellule per i luoghi dei roditori non rappresentano una
topologia globale dell’ambiente, ma le relazioni spaziali tra
sottosistemi e segnali.
L’attivazione di queste cellule è influenzata anche da
variabili non spaziali, come la velocità con cui il ratto si
muove, la presenza di particolari stimoli, ricompense
nell’ambiente.
Teoria della mappa cognitiva
Teoria della memoria relazionale
Il modello della memoria episodica
L’ippocampo negli esseri umani contribuisce in egual modo alla
memoria episodica e alla memoria semantica?
Secondo Tulving, Moscovitch et al l’ippocampo è fondamentale per la
memoria episodica ma non per quella semantica.
Il paziente KC (Tulving) a seguito di un incidente in moto si procurò
lesioni in diverse aree cerebrali compreso l’ippocampo.
Le abilità intellettive risultavano preservate (leggere, scrivere, giocare
a scacchi) ma mostrava un grave deficit della memoria anterograda e
retrogada (tutto l’arco della vita!).
Le sue conoscenze semantiche erano tuttavia intatte (lessico,
matematica, storia, geografia).
Una lesione al lobo temporale mediale può danneggiare la memoria
retrograda episodica lasciando intatta la memoria retrograda
semantica (tali pazienti, con fatica possono apprendere nuovi vocaboli
o informazioni).
Un’ulteriore prova è data dal fatto che pazienti con lesioni alla
corteccia temporale anteriore di sinistra hanno maggiori danni alla
memoria semantica rispetto alla memoria episodica.
Ad esempio la demenza semantica
IPPOCAMPO E CORTECCIA PERIRINALE
Come sono collegate le funzioni dell’ippocampo alle
funzioni delle altre strutture del lobo temporale?
La teoria ippocampale–peririnale (Brown, Aggleton)
L’ippocampo elabora informazioni in modo lento e sarebbe
associativo e relazionale. I neuroni dell’ippocampo
elaborano informazioni sulle posizioni spaziali e sulle
associazioni fra gli elementi (tipo reminiscenza)
La corteccia peririnale elabora
informazioni più velocemente
basate sugli elementi. I neuroni
della corteccia peririnale
segnalano informazioni riguardanti
la novità dei singoli elementi
(tipo familiarità)
(A) la registrazione di singole cellule negli animali ha
mostrato che i neuroni periferici scaricano di più quando
un oggetto è mostrato per la prima volta rispetto a quando
è mostrato successivamente
(B) Studi di Fmri dimostrano il diverso contributo di
ippocampo e corteccia peririnale nella reminiscenza.
Ippocampo più attivo quando si è certi di aver già
incontrato un dato oggetto
Corteccia peririnale più attiva con oggetti nuovi
La Memoria Non Dichiarativa
Le principali forme di ricordi non dichiarativi (impliciti)
ricadono all’interno di tre grandi categorie:
Priming
Apprendimento di abilità
Condizionamento
Queste tre forme di memoria non dichiarativa dipendono
da diverse regioni cerebrali e sono tutte indipendenti dal
lobo temporale mediale
Priming
Il priming rappresenta quell’alterazione della
prestazione che risulta da un’esperienza
precedente (prime)
Il priming può essere diretto quando il prime e il target (stimolo successivo
per verificare l’effetto) sono identici, o indiretto quando gli stimoli sono
diversi
Il priming diretto può essere percettivo o concettuale
Percettivo
Concettuale
Semantico
Il priming percettivo è relativamente stabile durante il ciclo
di vita, ed è sensibile a lesioni della corteccia sensoriale,
ma non a lesioni dei lobi temporali mediali
I soggetti dovevano completare
radici di parole che si
accoppiavano (prime) o che non
si accoppiavano con le parole
lette in precedenza
(A) Il completamento di radici di parole attiva diverse aree tra cui la corteccia
prefrontale ventrolaterale sx (a sx) e la corteccia occipitotemporale ventrale (a dx).
(B) Il priming ha ridotto l’attività in entrambe le regioni (soppressione da ripetizione)
Il priming concettuale non dipende dalla consapevolezza
(è
preservato in pazienti amnesici con danno ai lobi temporali mediali).
Sono coinvolte la corteccia frontale, parietale e temporale.
Nell’ambito della corteccia prefrontale è associato alla
porzione anteriore del giro prefrontale inferiore sinistro
Il priming semantico ha una durata molto più breve
(secondi) rispetto al priming percettivo (mesi) e
concettuale (giorni). E’ sensibile a lesioni della corteccia
temporale anteriore sinistra
capanno
granaio
Apprendimento di abilità
Al contrario del priming dipendono da attività più vasta
(apprendimento di una lingua, suonare uno strumento
musicale, sciare).
Necessitano di addestramento e pratica
Dipendono da strutture come i gangli della base ed il
cervelletto
Apprendimento di abilità motorie
Sequenze ripetitiva di tasti da schiacciare all’insaputa del
soggetto mostra l’apprendimento implicito, i tempi di
reazione diminuiscono. Se si introduce un blocco con
sequenza casuale i tempi di reazione aumentano
nuovamente.
Apprendimento di abilità motorie
Questo tipo di apprendimento di
abilità è preservato nei pazienti
con danno al lobo temporale
mediale, ma sono compromessi
in quelli con disturbi ai gangli
della base (M. di Parkinson, Corea
di Huntington)
La visualizzazione neurofunzionale
mostra, in particolare, l’attivazione
dello striato.
Lo striato è la porzione dei gangli
della base che include i nuclei
caudato e putamen
Apprendimento di abilità motorie
Durante l’apprendimento di attività motorie è evidente
anche l’attivazione di altre aree:
La corteccia parietale posteriore per i processi spaziali
L’area motoria supplementare per la preparazione motoria
La corteccia cingolata per la previsione della sequenza
Il cervelletto per la coordinazione motoria
Apprendimento di abilità percettive
L’apprendimento di attività percettive si riferisce ai
miglioramenti di elaborazione degli stimoli percettivi
pienamente familiari, familiari ma con qualche
trasformazione o interamente nuovi.
E’ essenziale in attività di vita quotidiana come
comprendere il linguaggio parlato e scritto (significato e
regole grammaticali implicite)
Sono coinvolte, oltre ai gangli della base le cortecce
sensoriali e associative
Apprendimento di abilità cognitive
L’apprendimento di attività cognitive si riferisce alla
risoluzione di problemi (problem-solving). Coinvolge
inizialmente i lobi temporali mediali quando si apprendono
le regole esplicite del compito che si disattivano durante
l’apprendimento implicito
Il condizionamento
Il delay conditioning è prototipicamente
procedurale (quando un soggetto
impara la risposta di eyeblink ad un
lieve soffio d’aria sull’arcata
sopraccigliare questo soggetto è
inconsapevole del condizionamento)
infatti soggetti con lesioni ippocampali e
dei lobi temporali mediali possono
essere condizionati come i soggetti sani.
Una piccola variazione del paradigma (trace
conditioning) converte il condizionamento implicito
nella memoria esplicita.
Richard Thompson et al (49, 50) trovano che il trace
conditioning dipende dall’ippocampo infatti nei loro
esperimenti gli animali con lesioni ippocampali non
riescono ad essere condizionati con questa metodica.
Clark e Squire (48) estendono l’esperimento agli esseri
umani e scoprono che il trace conditioning richiede il
ricordo consapevole. I soggetti diventano
consapevoli del gap temporale tra lo stimolo
condizionato e quello incondizionato; i soggetti che
non raggiungono la consapevolezza non acquisiscono
il trace conditioning. Infatti i soggetti con lesioni al
lobo temporale mediale e che quindi soffrono di un
deficit di memoria dichiarativa
non imparano.
LA MEMORIA DI LAVORO
Non trovo le chiavi dell’auto!
Le cerco mettendo in azione la memoria
di lavoro, definita come:
Ritenzione temporanea e manipolazione
di informazioni necessarie per
raggiungere gli obiettivi
comportamentali a breve termine.
Memoria di lavoro - working memory)
E’ vista come una sorta di magazzino temporaneo
necessario per svolgere un’ampia gamma di
compiti cognitivi.
Essa consente di ritenere una quantità limitata di
informazione per un periodo breve di tempo
(nell’ordine di secondi).
E’ la memoria che usiamo costantemente, quella che
è sempre “in linea” quando dobbiamo
comprendere qualcosa o risolvere un problema o
fare un ragionamento.
Il concetto emerge negli anni intorno al 1960
discutendo su casi di pazienti con amnesie ma che
presentavano una capacità intatta a ricordare
immediatamente serie di numeri.
Ad esempio una sequenza di stimoli verbali non eccedenti lo
span di memoria viene quasi del tutto dimenticata se al
soggetto viene impedito di ripassare l’informazione (ripeterla
tra sé e sé) impegnandolo in un altro compito.
Lo span di memoria è il numero di stimoli (ad es. numeri,
lettere o parole) che una persona è in grado di ripetere
nell’ordine di presentazione; lo span di memoria è di 7 + 2
stimoli (il magico numero di Miller, 1956).
La memoria di lavoro: il modello di Baddeley
Consiste in tre magazzini intermedi (o buffer) di
memoria a capacità limitata e un sistema di
controllo.
Ogni buffer di memoria trattiene un tipo diverso
di rappresentazione.
Il circuito (o loop) fonologico
ritiene rappresentazioni
fonologiche basate sul suono
Il taccuino visuospaziale ritiene
le rappresentazioni
visuospaziali
Il buffer episodico ritiene
rappresentazioni integrate e
multimodali
La memoria di lavoro: il modello di Baddeley
Ogni buffer interagisce strettamente con diverse
rappresentazioni della memoria a lungo termine.
Il loop fonologico con conoscenze linguistiche
Il taccuino visuospaziale con la memoria semantica
visiva
Il buffer episodico con la memoria episodica.
Il circuito (o loop) fonologico
ritiene rappresentazioni
fonologiche basate sul suono
Il taccuino visuospaziale ritiene
le rappresentazioni
visuospaziali
Il buffer episodico ritiene
rappresentazioni integrate e
multimodali
La memoria di lavoro: il modello di Baddeley
Ogni buffer di memoria ha due componenti: un magazzino che
trattiene le informazioni per pochi istanti e un meccanismo di
ripasso che riattiva queste informazioni prima che si dissipino.
Loop fonologico – magazzino fonologico – ripasso articolatorio
Taccuino visuospaziale – deposito visivo – scrivano interno
La memoria di lavoro: il modello di Baddeley
Il sistema di controllo chiamato esecutivo
centrale avrebbe il compito di distribuire le
risorse attentive ai buffer di memoria ed
esegue le manipolazioni delle informazioni
La memoria di lavoro verbale
E’ essenziale per la comprensione e la produzione del
linguaggio sia parlato che scritto.
Le aree cerebrali deputate agli aspetti fonologici della memoria
di lavoro verbale sono la corteccia parietale inferiore
sinistra per il magazzino fonologico e l’area di Broca per
il ripasso articolatorio.
The neural correlates of the verbal component of
working memory (Paulesu et al, 1993)
La memoria di lavoro verbale
La memoria di lavoro verbale semantica è controllata dalla
porzione anteriore del giro frontale inferiore sinistro (area
45/47 Brodmann) e dalla corteccia temporale laterale
sinistra
Condizione
semantica
La memoria di lavoro visiva
Può essere suddivisa nella memoria di lavoro per le
posizioni spaziali e in quella per le caratteristiche degli
oggetti. Studi di fRMI evidenziano l’importanza dell’area
frontale dorsale (campi oculari, area 8 di Brodmann),
importante per ritenere l’informazione oculomotoria, e
del solco intraparietale deputato a ritenere le posizioni
spaziali.
La ritenzione dell’informazione per gli oggetti è
associata principalmente con le cortecce temporali e
occipitali.
Per quanto riguarda la corteccia temporale sembra che
la sua attività sia specifica per categoria.
La memoria di lavoro visiva
Courtney S in un lavoro di fMRI ha trovato che il giro fusiforme mediale del
lobo temporale mostrava maggiore attività nei soggetti che guardavano case
rispetto a quelli che guardavano volti, mentre il giro fusiforme laterale
mostrava l’effetto opposto.
Il ruolo della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro
Vi sono evidenze del coinvolgimento della corteccia prefrontale nella
memoria di lavoro.
Il modello basato sul contenuto (Goldman-Rakic; Courtney) postula che le
regioni della corteccia prefrontale ventrolaterale (area 45/47 di
Brodmann) sono coinvolte nella memoria per gli oggetti e le regioni
dorsolaterali (aree 9 e 46) nella memoria di lavoro spaziale
Il ruolo della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro
Il modello basato sul processo (Petrides) postula che le regioni
ventromediali sono coinvolte in operazioni di ritenzione semplici, mentre
le regioni dorsolaterali sono coinvolte in processi complessi (monitoraggio,
manipolazione dell’informazione)
Il ruolo della corteccia prefrontale nella memoria di lavoro
In sintesi pur essendo ancora del tutto aperta la questione della corteccia
prefrontale e memoria di lavoro, si presume che tali regioni medino il
controllo generale sulle operazioni della memoria di lavoro in
tutte le modalità
VALUTAZIONE DELLA MEMORIA
la memoria non costituisce una singola entità ma è suddivisa in più
sistemi:
memoria di lavoro
memoria a lungo termine
memoria esplicita (consente la rievocazione cosciente)
memoria implicita o procedurale, (si acquisisce con la pratica; è
esaminabile in un unico modo, facendo svolgere al soggetto un
compito che consenta di dimostrare che l’informazione è stata
acquisita)
La memoria esplicita viene ulteriormente suddivisa in:
memoria episodica
verbale (si studia con esercizi di ripetizione o
riconoscimento)
non verbale (si studia con il riconoscimento di oggetti)
Memoria semantica (si studia attraverso esercizi di categorizzazione)
VALUTAZIONE DELLA MEMORIA
Per valutare le funzioni mnesiche si può
utilizzare materiale
- verbale (es. liste di parole)
- visivo (figure, oggetti)
- spaziale (mappe)
Ad esempio ai soggetti viene letta una lista di
parole che devono rievocare immediatamente
(memoria a breve termine) e dopo un
intervallo di tempo occupato da un compito
distraente (memoria a lungo termine)
VALUTAZIONE DELLA MEMORIA
Memoria di lavoro
PASAT Paced Auditory Serial Addition Test
Memoria verbale a breve termine:
Digit span
Memoria verbale a breve e a lungo termine:
Selective Reminding Test (Buschke-Fuld)
Breve Racconto
Memoria visiva
Figura di Rey
Memoria spaziale
Corsi span
Memoria semantica
Giudizi categoriali
Memoria procedurale
Procedure
PASAT Paced Auditory Serial Addition Test
Data una serie di numeri il soggetto deve
sommare il primo con il secondo e dire il
risultato, il secondo con il terzo e dire il
risultato e così via.
5, 3, 7, 4, 2
5+3=8; 3+7=10; 7+4=11; 4+2=6
DIGIT SPAN
Vengono lette al soggetto delle sequenze di numeri di
lunghezza crescente al ritmo di un numero al secondo
Il compito è quello di ripetere gli stessi numeri della
sequenza nello stesso ordine
Lo span di memoria è dato dal numero di cifre che
compongono la sequenza più lunga che il soggetto è
riuscito a ripetere correttamente
SELECTIVE REMINDING TEST (SRT)
Tecnica di Buschke-Fuld (Masur et al., J Clin Exp
Neuropsychol 1989; 11: 615-630)
normale
MA
BREVE RACCONTO
Anna / Pesenti / di Bergamo /che lavora
/come donna delle pulizie / in una ditta di
costruzioni / riferì /al maresciallo / dei
carabinieri / che la sera / precedente /
mentre rincasava/ era stata aggredita / e
derubata / di 50.000 lire/. La poveretta /
aveva 4 / bambini piccoli / che non
mangiavano/ da 2 giorni / e doveva pagare
l’affitto/. I militari / commossi / fecero una
colletta/.
MEMORIA VISIVA
Figura di Rey
MEMORIA VISUO- SPAZIALE
TestdiCorsi
VALUTAZIONE DELLA MEMORIA SEMANTICA
Si utilizzano i giudizi di associazione semantica.
Si fornisce al soggetto una parola target relativa
ad una categoria semantica più altre due parole;
il soggetto deve decidere quale, tra queste
ultime, può rientrare nella categoria semantica
della parola target.
Ad esempio: parola target: “agnello”; parole tra
cui scegliere per l’associazione semantica:
“capra”, “pecora”.
VALUTAZIONE DELLA MEMORIA PROCEDURALE
LA TORRE DI LONDRA
Il test della Torre di Londra è un problema a
difficoltà graduale che richiede al soggetto di
muovere delle palline forate, poste in una
certa configurazione su una particolare
struttura fino a raggiungere una nuova
configurazione con un numero minimo di
mosse. A tale scopo è necessario adottare
opportune strategie.
LA TORRE DI LONDRA
A
B
C
In particolare sono richieste tre
operazioni:
formulare un piano generale
identificare sottomete ed organizzarle
entro una sequenza di movimenti
conservare le sottomete e il piano
generale nella memoria di lavoro
(Morris et al., 1988; Owen et al.,
1990; Shallice, 1982).
SISTEMI DI MEMORIA
Udito
Il sitema uditivo trasforma l’energia meccanica prodotta dal movimento delle
molecole d’aria in attività neurale che dà origine alle qualità percettive dei suoni
che sentiamo
Un vero capolavoro d’ingegneria: risponde a vibrazioni del diametro di un atomo in
uno spazio ristrettissimo eseguendo una trasduzione del segnale in un tempo mille
volte superiore a quello dei trasduttori visivi; è un sistema essenziale non solo per la
comunicazione linguistica ma anche per la fruizione della musica una delle forme di
espressione umana più raffinate dal punto di vista estetico.
Suono: onde sonore caratterizzate da una forma d’onda, una fase, una frequenza
(Hz per gli umani il tono) ed un’ampiezza (db per gli umani l’intensità del suono)
Si sente tra 20Hz e 20.000 Hz; in
alcune specie il range è diverso: i
pipistrelli arrivano a 200kHz
Orecchio esterno e medio
Il primo stadio di
trasformazione della
variazione della pressione
locale in segnale neurale è
prodotta dall’orecchio esterno
e dall’orecchio medio che
amplificano la pressione
locale.
I tre ossicini dell’orecchio medio collegano la
membrana timpanica e l’orecchio interno e
aumentano l’energia dello stimolo che viene
trasmessa alla finestra ovale
Orecchio interno
La finestra ovale segna l’ingresso nella coclea che
ospita l’apparato dei recettori neurali dell’orecchio
interno.
Orecchio interno
Le caratteristiche più importanti sono la
membrana basilare e le sue cellule recettrici
(cellule ciliate)
La risposta della coclea
George von Bekesy (1960) dimostra che la membrana basilare vibra in punti
diversi in risposta a suoni di frequenza diversi; alla base la risposta alle alte
frequenze all’apice quella alle basse.
Questo modello di risonatori esclusivamente passivo è oggi sostituito da uno
che prevede anche un processo biomeccanico attivo dovuto alle cellule ciliate
esterne ed interne; il nuovo modello serve a rendere conto della estrema
precisione dei fenomeni acustici di sintonizzazione ma non è ancora del tutto
chiarito.
La risposta della coclea
In risposta all’onda sonora avvengono spostamenti delle
cellule ciliate (che poggiano sulla membrana basilare)
rispetto alla membrana tettoria; si determinano
spostamenti delle stereociglia che a loro volta causano
modificazioni del potenziale di membrana delle cellule
ciliate.
Stereociglia e trasduzione
Sono un mirabile complesso
evolutivo che trasforma
l’energia delle vibrazioni in
segnale elettrico.
Sono in grado di rilevare
movimenti piccoli come un
atomo (più o meno 0.3 nm
pari al diametro di un atomo
d’oro) e dare risposte in
microsecondi (circa 10µs !!!)
Ogni cellula ha un fascio di
ciglia ed un chinociglio più
lungo; strutture filamentose
uniscono le punte delle ciglia
determinando allo
spostamento l’apertura di
canali ionici per il K+
La trasduzione del segnale
La cellula è ad un
potenziale di riposo
tra -45 e -60 mV;
quando entra il K+ si
la cellula si
depolarizza
permettendo
l’ingresso del Ca++
che porta alla
fuoriuscita di
neurotrasmettitore
Dalla coclea all’encefalo
1 la posizione del suono
Il primo stadio dell’elaborazione
uditiva centrale ha luogo nel nucleo
cocleare dove gli assoni del nervo
uditivo portano le informazioni
generate dalla membrana basilare.
Da qui l’informazione uditiva
periferica diverge in un certo
numero di vie parallele
Il complesso olivare superiore:
l’informazione proveniente dalle due
orecchie interagisce (prima fase
localizzazione suoni nello spazio)
Dalla coclea all’encefalo
1 la posizione del suono
Gli assoni dei neuroni del nucleo
cocleare proiettano al collicolo
inferiore del mesencefalo che
rappresenta un importante centro di
integrazione. Inoltre l’informazione
uditiva interagisce con il sistema
motorio (ad es. ruotare la testa)
Gli assoni dei neuroni del nucleo
cocleare proiettano anche al nucleo del
lemnisco laterale del mesencefalo i cui
neuroni elaborano gli attributi temporali
degli stimoli sonori fondamentali per la
localizzazione
Dalla coclea all’encefalo
Il nucleo genicolato mediale del
talamo elabora ulteriormente
l’informazione e la proietta alla
corteccia uditiva primaria
L’informazione viene inviata al nucleo
genicolato mediale del talamo
La corteccia uditiva
Nella corteccia uditiva primaria è presente una mappa
tonotopica; elabora la sequenza temporale delle singole
componenti del suono
La corteccia uditiva secondaria
elabora suoni complessi come
quelli verbali e quelli musicali
(l’area di Wernicke è in questa
corteccia)
Il sistema vestibolare
Serve per mantenere l’equilibrio, la coordinazione dei
movimenti del capo e del corpo e far conservare agli occhi la
fissazione di un punto anche durante il movimento
Le strutture costituenti sono: sacculo, utricolo e i canali
semicircolari (anteriore, posteriore e orizzontale) che
contengono le cellule ciliate
Il sistema vestibolare
l’utricolo contiene una zona chiamata macula (regione
recettrice) ricoperta da una sostanza gelatinosa contenente
gli otoliti.
La regione recettrice dei canali semicircolari è situata in una
dilatazione chiamata ampolla.
Il sistema vestibolare
Se il capo viene sottoposto ad
accelerazione lineare gli otoliti
deformano la massa gelatinosa
che a sua volta piega le ciglia
delle cellule recettrici.
Il piegamento delle ciglia in una
direzione determina
depolarizzazione delle cellule e
aumento di scarica delle fibre
afferenti; il piegamento in
direzione opposta provoca
iperpolarizzazione della cellula e
diminuzione frequenza di scarica
A riposo le fibre del nervo
vestibolare scaricano
spontaneamente ad una freq di
100Hz
I canali
semicircolari
Forniscono
informazioni circa
accelerazioni
rotatorie della testa
Le vie centrali per stabilizzare sguardo, testa e postura
•Ganglio di Scarpa
contiene 20.000 cellule
bipolari, il ramo
periferico innerva le
cellule ciliate, il ramo
centrale decorre nell’
ambito dell’VIII paio di
nervi cranici e termina
nel tronco dell’ encefalo
a livello del bulbo
(nuclei vestibolari) e al
cervelletto