I fondamenti della neuropsicologia cognitiva

I fondamenti della neuropsicologia cognitivalezione 1

1970 neuropsicologia cognitiva

• Neuroscienze cognitive (vari eventi: convegno di Boston primi anni ‘50; European Workshop on Cognitive Neuropsychology ’84)

• Modularità (Fodor 83, Marr, 82)

• Il modello di lettura a due vie (la scuola inglese di neuropsicologia)

• Connessionismo

• Nuove tecniche di neuroimmagine

Jerry Fodor “La mente modulare”

modello del linguaggio di Wernicke-GeschwindI modelli dei costruttori di diagrammi sono traducibili in termini moderni e vengono utilizzati anche al giorno d’oggi.

modello di riconoscimento e lettura della parola a due vie(Coltheart et al, 2001)

studi di gruppo e casi singoli• Ricerca effettuata su singoli pazienti o su gruppi di pazienti, con

attenzione per i comportamenti discrepanti rispetto alla media

• Utilizzo di test tarati e standardizzati

• Confronto della prestazione del paziente con i soggetti di controllo

• Correlazione anatomo-clinica tramite metodi di neuroimmagine strutturale e funzionale

il connessionismo• I fenomeni mentali possono essere

descritti da reti di unità interconnesse

nuovi metodi: neurofisiologia e neuroimmagine

MRI, fMRI

EEG, ERP cap MRI scanner MEG scanner TMS coil

TC PET

1970 neuropsicologia cognitiva

• Neuroscienze cognitive (vari eventi: convegno di Boston primi anni ‘50; European Workshop on Cognitive Neuropsychology ’84)

• Modularità (Fodor 83, Marr, 82)

• Il modello di lettura a due vie (la scuola inglese di neuropsicologia)

• Connessionismo

• Nuove tecniche di neuroimmagine

neuropsicologia cognitivista• Perché questo approccio?

• Perché anche nella pratica clinica?

cognitivismo

riconsiderazione delle questioni teoriche in termini di “elaborazione delle informazioni”

cognitivismo e neuropsicologia• I problemi neuropsicologici, compresi quelli concernenti la diagnosi clinica,

sono inseriti in una logica che riguarda l’elaborazione dell’informazione

• compito della NPS cognitiva: ➜ localizzare la lesione funzionale all’interno di un modello teorico dell’elaborazione di un determinato tipo di informazione

cognitivismo e neuropsicologia• Il tipo di modello cui si riferisce la neuropsicologia cognitiva si dice

“computazionale” (Marr, 1982)

• compito della NPS cognitiva clinca: ➜ la diagnosi clinica deve identificare dove la lesione ha prodotto un danno delle componenti del modello computazionale e la loro mutua collocazione nel sistema cognitivo (“architettura funzionale”)

architettura funzionale

rappresentazioni processi

informazioni in un dato formato che deve essere specificato, insieme al contenuto

trasformano una classe di rappresentazioni in un’altra o attivano la classe di rappresentazioni successiva

cognitivismo e neuropsicologia• i modelli funzionali possono essere lesionati concettualmente

• gli effetti neuropsicologici possono essere confrontati con le predizioni del modello teorico (con mutuo beneficio)

• CONSEGUENZA: la neuropsicologia fa parte delle scienze cognitive

• SCOPO COMUNE: una teoria cognitiva

localizzazione cerebrale• Il progresso avviene solo quando lo permette il livello di dettaglio raggiunto

dalla teoria

[-> leggi ereditarietà di Mendel 1855; -> genetica, 1909 -> 1953 DNA]

• il livello in cui la teoria funzionale potrà essere utilmente confrontata con i dati anatomici sembra ancora lontano da raggiungere [?]

• Questo non vuole dire che i clinici debbano evitare il problema della localizzazione (anche se un bravo clinico può fare meglio della TAC)

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obiezioni storiche alla neuropsicologia

1 danno cerebrale abbassamento globale risorse (osservazioni su cerebrolesi non estendibili ai “normali”) Ma!!! deficit molto selettivi

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2danno cerebrale deficit cognitivo arbitrario Ma!!! lo stesso vale per gli esperimenti sui normali correlazione tra dati pazienti e normali valore euristico del deficit neurologico

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3danno cerebrale riorganizzazione delle funzioni Ma!!! difficile che nuove funzioni sorgano dal nulla doppia dissociazione una “certa” riorganizzazione funzionale non è negata

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fondamenti della NPS cognitiva

1 PRINCIPIO DI FRAZIONAMENTO il danno cerebrale determina il deficit di una o più unità di elaborazione, lasciando le altre intatte (Caramazza 1984)

la questione della modularitàDavid Marr (1982). Vision

principio di modularità: qualunque sistema computazionale complesso (o sistema organico) è costituito da un insieme di sottocomponenti, i “moduli”, che sono indipendenti tra loro per quanto è consentito dal compito (o dall’organismo)

la questione della modularitàJerry Fodor, (1983) The modularity of mind i moduli sono:

innati, veloci, specifici per modalità, obbligatori, sostenuti da materia neuronale, soggetti a sviluppo predeterminato, “incapsulati” dal punto di vista informazionale, autonomi dal punto di vista computazionale

la porzione “centrale” del sistema cognitivo non è organizzata in maniera modulare e, perciò, non può essere studiata.

la questione della modularitàTim Shallice, (1988)

i moduli sono equivalenti a sotto sistemi isolabili e quindi “dissociabili”

Moscovitch e Umiltà, (1989) vi sarebbero moduli di 1°, 2° e 3° tipo, partendo da moduli fodoriani per arrivare a moduli complessi (es riconoscimento, in ordine di complessità, di “volti”, oggetti”, “materiale scritto”)

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2 PRINCIPIO DI TRASPARENZA O SOTTRAZIONE

trasparenza: formulazione “forte”• esiste una relazione trasparente tra un deficit osservato e una componente

del processo di elaborazione dell’informazione che viene sottratta dal danno cerebrale.

• Un deficit selettivo è dimostrazione che la componente esiste.

• Paradosso: è trasparente quel che è perso!

trasparenza: formulazione “debole”Il danno cerebrale permette di osservare meglio il lavoro di processi d’elaborazione dell’informazione che sono “opachi” nella prestazione di un cervello intatto.

scompare il paradosso: quel che è reso trasparente è quello che è rimasto.

a) i sintomi sono meglio compresi in termini di ciò che il paziente fa piuttosto che di ciò che il paziente non fa;

b) l’analisi degli errori diviene fondamentale; c) qualunque cosa faccia il paziente può essere visto come un modo per superare il deficit.

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3 ASSUNZIONE DI CORRISPONDENZA Esiste una qualche corrispondenza tra l’organizzazione funzionale della mente e quella neurologica del cervello.

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4 ASSUNZIONE DI COSTANZA Il danno cerebrale ha solo effetti locali sul sistema cognitivo, che non subisce una riorganizzazione funzionale generale

METODI DI INDAGINE

Dissociazione semplice Dissociazione doppia Associazione

dissociazioniPrincipio di base:

• se il sistema cognitivo è multicomponenziale il modo migliore per evidenziare le singole componenti è di trovare pazienti con un danno ad una singola componente mentre le altre sono risparmiate.

• Vista l’assunzione di frazionamento, le dissociazioni si possono considerare fonte di informazione circa l’organizzazione del sistema nervoso.

dissociazioni• stumento fondamentale per l’investigazione dell’architettura funzionale del

sistema cognitivo

• dissociazioni semplici e doppie

differenza nella prestazione tra due compiti appartenenti a domini distinti ma simili

indipendenza funzionale dei processi cognitivi

dissociazioni• Agnosia visiva: deficit nell’abilità nel riconoscere visivamente gli oggetti

• compito sperimentale:

• 1) usare la vista per riconoscere un oggetto

• 2) usare la vista per afferrare un oggetto

• [caso DF] incapace di utilizzare la vista per il riconoscimento degli oggetti (agnosia visiva)

[Goodale, Milner et al. 1991]

0

25

50

75

100

risorse disponibili per il compitoscarse medie complete

compito facile (B?)

compito più difficile (A?)

perfo

rman

ce

A B

A B

compito

normale

deficitaria

perfo

rman

ce

{

normale

deficitaria

perfo

rman

ce

{

dissociazione semplice

caso DF [Goodale, Milner et al. 1991]

A: … riconoscere un oggettoB: … afferrare un oggetto

compito: usare info visiva per...

A B

A B

CF, CWABControlla

doppia dissociazione

compito

normale

deficitariope

rform

ance

{

normale

deficitario

perfo

rman

ce

{

compito A: lettura e pronuncia vocali compito B: lettura e pronuncia consonanti

caso CF [Cubelli, 1991] incapacità di scrivere le vocali (capace di leggerle) “Bologna” -> B L GN

caso AB [Kay & Hanley, 1994] errori selettivi di spelling nelle consonanti RECORD -> RECORG

Disgrafia (o agrafia): deficit di scrittura, indipendente dalla capacità di leggere; Alessia: deficit di lettura

caso CW [Cubelli, 1991] errori selettivi di spelling nelle vocali DIETRO -> DIATRO

studi con caso singoloperché fare studi con caso singolo?

• diversità lesioni cerebrali (non è possibile “mediare” tra pazienti)

• ottimo metodo per validare, revisionare e sviluppare le teorie

associazioni• per ogni dissociazione di deficit ci sono migliaia di associazioni (la maggior

parte dei pazienti disgrafici hanno problemi sia con le consonanti che con le vocali)

• sindrome: associazione di sintomi clinici che si ritiene possano essere messi in relazione a qualche livello

• lo studio delle sindromi è utile in quei campi in cui la neuropsicologia cognitiva non è sviluppata sufficientemente; preparano il campo agli studi con singoli pazienti

associazioni• Sindrome funzionale (“forte”)

• L’associazione fra n deficit (N1,N2 N3… Nn) è determinata da un unico meccanismo che altera la funzione F1

deficit funzionale di Memoria a Breve Termine (MBT) verbale: sintomi:

• N1 - riduzione dello span di memoria • N2 - effetto recency nella rievocazione libera immediata, • N3 - deficit di comprensione di frasi lunghe e complesse

associazioni• Sindrome funzionale (“forte”)

• L’associazione fra n deficit (N1,N2 N3… Nn) è determinata da un unico meccanismo che altera la funzione F1

• Sindrome anatomica (“debole”)

• L’associazione (N1,N2 N3… Nn) è determinata dal fatto che diverse funzioni (ad es F1 e F2 ) sono localizzate in aree cerebrali vicine, che sono quindi lese assieme con frequenza

• Sindrome anatomo-funzionale o mista

studi di gruppo• perché fare studi di gruppo?

• contribuiscono a preparare le basi di nuove teorie ed i primi sviluppi

• forniscono importanti dati per il confronto con studi di neuroimmagine

• come raggruppare i pazienti?

• gruppi per sindrome

• gruppi per sintomi cognitivi

• gruppi le lesione anatomica

studi di gruppog. per sindrome

•offrono un ampio spettro di analisi •si assume che ci sia un preciso significato nell’associazione dei diversi sintomi •utile per capire i correlati neurali di una determinata patologia

g. per sintomi cognitivi •offrono un livello di analisi più dettagliato •permettono la scoperta di tutte le aree critiche coinvolte nello specifico processo, che produce quei sintomi

•processo di analisi all’indietro

g. per lesione anatomica •utilizzati per testare delle precise predizioni sulla specificità delle funzioni critiche di una certa regione

•utilizzati a supporto di studi con tecniche di neuro-immagine

studi di gruppo• attenzione! (1): identificazione dei confini della lesione

• lesioni più semplici: fluido cerebrospinale rimpiazza il tessuto danneggiato (infarto, neurochirurgia)

• i tumori gliali sono difficili da circoscrivere

• emorragie possono rendere i neuroni non attivi temporaneamente (ma non sono distrutti per sempre)

• le immagini delle lesioni vanno ottenute dopo 3 mesi

studi di gruppo• attenzione! (2): inferenze funzionali da associazioni lesione-deficit

• se una funzione F è deficitaria dopo lesione a regione X, allora la funzione F è localizzata nella regione X, o allora il fine della regione X è di implementare la funzione F

• posizioni neo-frenologiche

• relazione 1 a 1? oppure altre regioni e/o funzioni sono implicate

• dischisi: una lesione circoscritta può lesionare il funzionamento di una regione cerebrale distante (che è strutturalmente intatta)

incoerenze tra dati di pazienti e fMRIinconguenza (1): i dati fMRi indicano che una regione è attiva in un compito ma dati di pazienti indicano che la stessa regione NON è cruciale

• la regione riflette una peculiare ma non cruciale strategia

• la regione è inibita

• gli studi con i pazienti non hanno abbastanza potenza per rilevare la regione (campione piccolo, incorretta localizzazione, compiti diversi)

incoerenze tra dati di pazienti e fMRIinconguenza (2): i dati fMRi indicano che una regione NON è attiva in un compito ma dati di pazienti indicano che la stessa regione è cruciale

• sia la condizione sperimentale che baseline vedono coinvolta la regione critica

• difficoltà intrinseche nel rilevare l’attività della regione in questione

• il deficit nei pazienti è dovuto ad un problema di connessione tra aree e non di un’area specifica

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