Lobo temporale e memoria - neurofisiologia.unige.it · Lobo temporale memoria Guido Rodriguez...

Lobo temporalememoria

Lobo temporalememoria

Guido RodriguezAndrea Brugnolo

Nicola GirtlerNeurofisiologia Clinica (DiNOG)

Università di Genova

Guido RodriguezAndrea Brugnolo

Nicola GirtlerNeurofisiologia 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.

• 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)


• 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’Aplysiacalifornica.

• L’Aplysia ha un sistema nervoso di appena 20.000 mila neuroni contri i 100 miliardi presenti nel nostro sistema nervoso

Sifone

Branchia

• 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 èriproposto ripetutamente

• La sensibilizzazione si riferisce a un incremento della risposta allo stimolo assuefatto quando questo venga abbinato a uno stimolo nocivo

Assuefazione e sensibilizzazione

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)

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.

Decremento rilascio

neurotrasmettitore tra

neurone sensoriale e

motoneurone

Incremento rilascio

neurotrasmettitore tra neurone

sensoriale e motoneurone a causa

dell’intervento degli interneuroni

modulatori

• 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 piùvelocemente

• 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 recNMDA consentendo agli ioni Ca di passare. L’entrata di Ca all’interno della cellula postsinapticagenera LPT

α-amino-3-idrossi-5-metil-4-isosazolo propionato

N-metil-D-aspartato

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)

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)

• 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 giàpresenti o aggiungerne di nuovi, avendo come risultato un aumento durevole della trasmissione sinaptica.

Il mantenimento dell’LPT dipende anche da variazioni nell’espressione genicae nella sintesi proteica e da cambiamenti morfologici nella sinapsi

Relazione tra LPT e prestazione mnemonica

• Sebbene l’LPT abbia molte proprietàrichieste 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

• 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.

La memoria a livello di sistemi cerebrali

Brenda Milner e il Caso H.M.

H.M. : Rimozione bilaterale della porzione centrale dei lobi temporali (ippocampo e corteccia circostante risultano assenti)

H.M. brain (Scoville& Milner, 1957)

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 ènormale.

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


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

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 perisilvianasinistra 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 primingsenza alterare le prestazioni della memoria dichiarativa

Il consolidamento sistemico della memoria dichiarativa

L’ippocampo (e le zone adiacenti) non sono la sede in cuisono depositati i ricordi e le memorie passate, ma svolge unruolo cruciale nel formare nuovi ricordi

Nel 1971 David Marr ha ipotizzato che l’ippocampo sia un sistema acapacità limitata che acquisisce informazioni rapidamente edautomaticamente, senza però mantenerle a lungo.

Col tempo, l’informazione originariamente disponibile nell’ippocampodiviene 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

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.

MODELLO TRACCIA MULTIPLA

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 DICHIARATIVAConsiderando 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 esle 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 memoria relazionaleTeoria della mappa cognitiva

Il modello della memoria episodicaL’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’ippocampoelaborano informazioni sulle posizioni spaziali e sulle associazioni fra gli elementi (tipo reminiscenza)

La corteccia peririnale elaborainformazioni più velocementebasate sugli elementi. I neuronidella corteccia peririnalesegnalano informazioni riguardantila 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 giàincontrato un dato oggettoCorteccia 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:

PrimingApprendimento di abilitàCondizionamento

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

Semantico

Concettuale

Percettivo

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

(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)

I soggetti dovevano completare

radici di parole che si

accoppiavano (prime) o che non

si accoppiavano con le parole

lette in precedenza

Il priming concettuale non dipende dalla consapevolezza (èpreservato 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

Al contrario del priming dipendono da attività più vasta (apprendimento di una lingua, suonare uno strumento musicale, sciare).Necessitano di addestramento e praticaDipendono da strutture come i gangli della base ed il cervelletto

Apprendimento di abilità

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 neurofunzionalemostra, in particolare, l’attivazione dello striato.Lo striato è la porzione dei gangli della base che include i nuclei caudato e putamen


Durante l’apprendimento di attività motorie è evidente anche l’attivazione di altre aree:

La corteccia parietale posteriore per i processi spazialiL’area motoria supplementare per la preparazione motoriaLa corteccia cingolata per la previsione della sequenzaIl cervelletto per la coordinazione motoria


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 percettive

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 delay conditioning è prototipicamenteprocedurale (quando un soggetto impara la risposta di eyeblink ad un lieve soffio d’aria sull’arcata sopraccigliare questo soggetto èinconsapevole del condizionamento) infatti soggetti con lesioni ippocampali e dei lobi temporali mediali possono essere condizionati come i soggetti sani.

Il condizionamento

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 dichiarativanon imparano.

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.

LA MEMORIA DI LAVORO

Non trovo le chiavi dell’auto!

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.

Memoria di lavoro - working memory)

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).

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.

La memoria di lavoro: il modello di Baddeley

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

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

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


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


E’ essenziale per la comprensione e la produzione del linguaggio sia parlato che scritto.

Le aree cerebrali deputate agli aspetti fonologici della memoriadi lavoro verbale sono la corteccia parietale inferiore sinistra per il magazzino fonologico e l’area di Broca per il ripasso articolatorio.

La memoria di lavoro verbale

The neural correlates of the verbal component of working memory (Paulesu et al, 1993)

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

La memoria di lavoro verbale

Condizione

semantica

Può essere suddivisa nella memoria di lavoro per leposizioni 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 èassociata 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 caserispetto a quelli che guardavano volti, mentre il giro fusiforme lateralemostrava l’effetto opposto.

La memoria di lavoro visiva

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)



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 piùsistemi:

memoria di lavoro

memoria a lungo termine

memoria esplicita (consente la rievocazione cosciente)

memoria implicita o procedurale, (si acquisisce con la pratica; èesaminabile 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)

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)



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

� Tecnica di Buschke-Fuld (Masur et al., J Clin Exp

Neuropsychol 1989; 11: 615-630)

normale

MA

SELECTIVE REMINDING TEST (SRT)

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”.

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.

VALUTAZIONE DELLA MEMORIA PROCEDURALE

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

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

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

Orecchio esterno e medio

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

Il primo stadio di trasformazione della variazione della pressione locale in segnale neurale èprodotta dall’orecchio esterno e dall’orecchio medio che amplificano la pressione locale.

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 cocleaGeorge 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 ciliateesterne 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 trasduzioneSono 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 nmpari al diametro di un atomo d’oro) e dare risposte in microsecondi (circa 10µs !!!)

Ogni cellula ha un fascio di ciglia ed un chinociglio piùlungo; 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 depolarizzapermettendo l’ingresso del Ca++

che porta alla fuoriuscita di neurotrasmettitore

Dalla coclea all’encefalo

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)

1 la posizione del suono


Gli assoni dei neuroni del nucleo cocleare proiettano al collicoloinferiore 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

1 la posizione del suono


L’informazione viene inviata al nucleo genicolato mediale del talamo

Il nucleo genicolato mediale del talamo elabora ulteriormente l’informazione e la proietta alla corteccia uditiva primaria

La corteccia uditiva

Nella corteccia uditiva primaria è presente una mappa tonotopica; elabora la sequenza temporale delle singole componenti del suono

La corteccia uditiva secondariaelabora suoni complessi come quelli verbali e quelli musicali (l’area di Wernicke è in questa corteccia)

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

Il sistema vestibolareSe il capo viene sottoposto ad accelerazione lineare gli otolitideformano la massa gelatinosache 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

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