Il ruolo del cervello: la psicologia come scienza biologica

Il ruolo del cervello: la psicologia come scienza biologica

Psychè e logos = scienza dell'anima/mente. Il termine è stato creato nel rinascimento. Viene definita come lo studio scientifico del comportamento e dei processi mentali. La psicologia è una scienza biologica perché:

1. gli esseri umani sono il prodotto dell'evoluzione
2. Il comportamento e le funzioni cognitive dipendono dal sistema nervoso.

Il comportamento umano (e di altre specie) è soggetto all'evoluzione ed è finalizzato ad aumentare la proporzione dei geni dell'individuo nella generazione successiva. L'evoluzione segue la selezione naturale: l'individuo con le caratteristiche più adatte sopravvive. Le mutazioni genetiche vantaggiose possono aumentare il livello di adattamento dell'individuo all'ambiente e quindi rappresentano un vantaggio selettivo. Il corredo genetico di un individuo costituisce il suo genotipo; il modo in cui un gene esercita i suoi effetti dipende dall'influenza ambientale e l'espressione genetica costituisce il suo fenotipo. Per i processi psicologici, i fattori genetici e ambientali interagiscono dando origine al fenotipo comportamentale. I geni non determinano direttamente i comportamenti, bensì producono molecole che influenzano le caratteristiche strutturali e queste caratteristiche influenzano il comportamento. L'essere umano non discende da nessuna delle specie attualmente esistenti: la nostra linea di discendenza si è separata da quella degli scimpanzé partendo da un antenato comune circa 5-7 milioni di anni fa, condividiamo comunque molti geni e meccanismi fisiologici con altre specie. Quindi studiando le altre specie possiamo capire meglio anche la nostra. Gli esseri umani condividono circa il 98% del DNA con altri primati (scimpanzé e gorilla) e questo vuol dire che circa il 2% del DNA che non condividiamo con altre specie è di importanza estrema e stabilisce la nostra differenziazione dagli altri primati. Rispetto ad altre specie, nell'essere umano si è verificata l'evoluzione di un rapporto maggiore tra massa del cervello e massa del corpo.

Breve storia della psicologia sperimentale

Nel 1800 le osservazioni astronomiche consistevano nella misurazione del tempo di passaggio dei corpi celesti scandito da un metronomo; il tutto dipendeva quindi strettamente dall'abilità di ogni singolo astronomo nelle misurazioni occhio-orecchio. Un astronomo, Bessel (1861), notò che le misurazioni variavano molto tra i diversi osservatori e in base al momento della giornata, alla stanchezza, all'attenzione, e che quindi c'era un fattore soggettivo, detto equazione personale che influiva sul tempo di rilevazione. Diversi fisiologi iniziarono a misurare la velocità di conduzione degli impulsi nervosi, tra i quali ricordiamo: Müller (1844) -> La velocità degli impulsi nervosi è infinita e non può essere misurata. Definì il principio dell'energia nervosa specifica, in base al quale la natura degli impulsi trasmessi non dipende dagli agenti che hanno stimolato, ma dalla natura del nervo. Von Helmoltz (1850)-> Cronometria: la conduzione richiede un tempo definito e può essere misurata. Teoria tricromatica: la percezione del colore deriva dall'esistenza nella retina di tre tipi di recettori, i coni sensibili a tre lunghezze d'onda della luce (rosso, verde e blu). Exner (1873)-> Tempo di reazione: Misurò la velocità di conduzione stimolando i nervi in diversi punti del corpo. Il punto di svolta verso la psicologia fu fatto da Donders (1818-1889), secondo cui la complessità dei processi mentali può essere misurata calcolando le differenze di tempo necessario allo svolgimento di processi mentali diversi. Metodo cronometrico: usato per calcolare il tempo di esecuzione mentale in diverse funzioni cognitive. Il metodo cronometrico venne usato anche da Wundt, allievo di von Helmholtz. Wundt ha realizzato il primo laboratorio di Psicologia nel 1879 a Lipsia ed è considerato uno dei padri fondatori della psicologia sperimentale, in particolare chiamò la sua disciplina: Psicologia fisiologica. La sua idea era di trattare la psicologia come le altre scienze esatte. Il neurologo Thomas Willis (1650) comprese che delle lesioni al cervello possono comportare cambiamenti nel comportamento. Joseph Gall (1825) fu uno dei primi neuro-anatomisti a proporre una localizzazione cerebrale delle funzioni mentali. Definì la sua disciplina «frenologia», in base alla quale il carattere di una persona può essere predetto attraverso la palpazione del cranio.Secondo Gall ciascuna funzione cognitiva ha una sua sede cerebrale precisa e separata dalle altre e quindi se una persona esercita per tanto tempo una stessa funzione cognitiva, allora la regione cerebrale coinvolta dovrebbe ingrandirsi e questo dovrebbe risultare in una protuberanza sul cranio. Questa visione si basa su una corrispondenza diretta tra attività cerebrali e attività mentali. La visione di Gall dei processi mentali è definita "verticale", cioè, implica che ogni funzione cognitiva sia separata dalle altre e ben localizzata nel cervello. In realtà oggi sappiamo che ci sono anche dei processi "orizzontali" che sono al servizio di diverse funzioni. In altre parole, ci sono dei network cerebrali coinvolti in diverse funzioni; questo vuol dire che una stessa funzione cognitiva, per essere svolta, ha bisogno di aree cerebrali diverse, connesse tra loro. Paul Broca (1861) notò che dei pazienti mostravano disturbi nella produzione dell'eloquio spontaneo. Dagli esami autoptici emerse che i pazienti presentavano danni in un'area precisa del lobo frontale (poi detta «area di Broca»). Carl Wernicke (1876) notò che dei pazienti mostravano disturbi nella comprensione del linguaggio (non nella produzione). Dagli esami autoptici emerse che i pazienti presentavano danni in un'area precisa del lobo temporale (poi detta «area di Wernicke»). Nel 1875, grazie alla scoperta delle tecniche di colorazione (da parte di un italiano, Camillo Golgi), è stato possibile studiare al microscopio le cellule che per la maggior parte costituiscono il cervello: i NEURONI. Ramon y Cajal (1852-1934) perfezionò la tecnica di Golgi e definì la teoria del neurone, secondo la quale i neuroni sono unità discrete, separate, che comunicano attraverso segnali elettrici in un'unica direzione. Brodmann fece una descrizione delle diverse aree cerebrali in base alla diversa organizzazione cellulare nelle varie regioni. Il termine «neuroscienze cognitive» fu coniato negli anni '70 da George Miller e Michael Gazzaniga. Le neuroscienze cognitive studiano come il cervello realizza le funzioni cognitive. Utilizzano tecniche all'avanguardia per indagare il funzionamento cerebrale mentre i soggetti sperimentali svolgono un compito cognitivo. La psicologia della Gestalt: si occupa dei processi cognitivi, tra cui percezione e pensiero -> Wertheimer (1912) formulò delle leggi di organizzazione dei processi percettivi. Comportamentismo ->Watson (1913) l'oggetto di studio è il comportamento inteso come l'insieme delle risposte muscolari e ghiandolari. Il metodo di studio è quello sperimentale in cui si considerano gli stimoli ambientali come variabili indipendenti e il comportamento come variabile dipendente. Cognitivismo: Nasce come opposizione al comportamentismo. L'oggetto di studio sono i processi cognitivi e il metodo è di vario tipo -> Neisser (1967) studiare il processo di elaborazione delle informazioni. Metodo sia introspezione sia comportamento.

Cenni di neurobiologia

I neuroni possono avere forme diverse. Tipi di neuroni:

1. neuroni sensoriali (afferenti): connessi alle cellule recettrici; trasmettono l'informazione dai recettori al midollo spinale o all'encefalo.
2. Neuroni motori (efferenti): trasmettono l'informazione proveniente dal midollo spinale o dall'encefalo e stabiliscono connessioni con le cellule muscolari.
3. Interneuroni: ricevono segnali dai neuroni sensoriali o da altri interneuroni e inviano segnali ad altri interneuroni o ad altri neuroni motori.

Struttura e funzione del neurone

NEURONE Dendriti Nucleo e nucleolo Soma Assone Guaina mielinica Nodo di Ranvier Direzione della trasmissione del segnale Bottoni sinaptici FUNZIONE: I neuroni hanno la funzione di comunicare e quindi ricevono e trasmettono informazioni. STRUTTURA: Per svolgere questa funzione i neuroni dispongono di: - una parte che riceve informazioni: Input; - una parte che trasmette informazioni: Output CONTIENE: - Nucleo con il materiale genetico; - Mitocondri producono energia; -Reticolo endoplasmatico serve a produrre proteine necessarie al funzionamento cellulare e i mediatori chimici; -I dendriti: ramificazioni del neurone che servono alla ricezione dei segnali provenienti da altri neuroni; -L'assone: singolo prolungamento del neurone che origina dal soma, serve a trasmettere il segnale nervoso dal corpo cellulare verso i terminali assonali.Molti assoni sono ricoperti da una guaina mielinica la cui presenza aumenta la velocità di propagazione dell'impulso nervoso. La guaina mielinica si interrompe ad intervalli regolari (nodi di Ranvier). I neuroni ricevono e trasmettono informazioni sotto forma di impulsi nervosi, i quali si propagano attraverso il neurone, dai dendriti o dal corpo cellulare fino all'estremità dell'assone.

Il Potenziale d'azione

La trasmissione del segnale all'interno del neurone avviene con un meccanismo preciso: il potenziale d'azione. Si tratta di un impulso elettrico che insorge nel segmento iniziale dell'assone e si propaga lungo tutto l'assone fino ai bottoni sinaptici. I potenziali d'azione sono tutti uguali in ampiezza e hanno una durata breve, cambia però la frequenza di scarica, cioè il numero di potenziali d'azione nell'unità di tempo. Il neurone è rivestito dalla membrana neuronale, costituita da un doppio strato di molecole lipidiche (grassi), che separa il citoplasma dall'ambiente extracellulare. La membrana impedisce il passaggio di sostanze dall'interno all'esterno del neurone e viceversa (tranne per ioni specifici). Questo determina una separazione tra gli ioni intracellulari ed extracellulari. La separazione tra gli ioni intracellulari ed extracellulari determina una diversa concentrazione di ioni e una differenza di cariche (negative e positive) ai due lati della membrana. In base a queste differenze di cariche elettriche, il neurone possiede un potenziale elettrico: il neurone, cioè, è carico elettricamente. Ioni = molecole o atomi dotati di carica negativa o positiva I neuroni sono carichi elettricamente e possiedono una differenza di potenziale tra l'interno e l'esterno della membrana (potenziale di membrana). In condizione di riposo, l'interno è carico negativamente rispetto all'esterno (potenziale di membrana a riposo), e questo è dovuto ad una diversa concentrazione di ioni ai due lati della membrana. Questo meccanismo è regolato prevalentemente dall'asimmetrica distribuzione di ioni sodio (Na+ ), potassio (K + ) e cloro (Cl- ), come pure di molecole proteiche cariche negativamente, ai due lati della membrana. In particolare, gli ioni Na+ sono più concentrati all'esterno del neurone, mentre gli ioni K + sono più concentrati all'interno. N.B. ai due lati della membrana ci sono anche altri ioni (carichi positivamente o negativamente). La negatività dell'interno della membrana si riferisce alla differenza di voltaggio rispetto all'esterno. Alcuni ioni possono attraversare la membrana grazie a delle proteine particolari che servono da condotte. Ci sono due tipi di proteine transmembrana: - i canali ionici: proteine dotate di un poro che le attraversa e che consente a determinati tipi di ioni (Na+, K + , Ca2+ e Cl-) di scorrervi. - le pompe ioniche: utilizzano energia per il trasporto attivo degli ioni attraverso la membrana. I canali ionici sono selettivi per tipi particolari di ioni (Na+ , K+ , Ca2+ e Cl-) e possono essere attivi o passivi. Alcuni canali ionici sono definiti «attivi» in quanto si aprono o si chiudono in base alle modificazioni limitrofe del voltaggio di membrana (questi canali ionici sono definiti anche «voltaggio-dipendenti»). L'apertura o la chiusura di questi canali ionici determina un cambiamento della permeabilità della membrana a particolari tipi di ioni e questo ha delle conseguenze sullo stato di «eccitabilità» del neurone. I canali ionici passivi non sono regolati e consentono il continuo passaggio degli ioni ad essi associati. I neuroni sono cellule «eccitabili», cioè, possono modificare la permeabilità delle loro membrane. (la membrana neuronale è maggiormente permeabile agli ioni potassio (K+), perché possiede più canali ionici passivi selettivi per il potassio). Due forze agiscono nel determinare il potenziale di membrana a riposo e lo spostamento degli ioni da una parte all'altra della membrana: - Il gradiente chimico - Il gradiente elettrico. Il gradiente chimico spinge gli ioni dalle aree ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione. Il gradiente elettrico spinge gli ioni verso l'area con la carica opposta: ioni positivi verso l'area con carica negativa e viceversa. In base al gradiente chimico, gli ioni K + fuoriescono dalla membrana neuronale (questo processo è favorito dal fatto che la membrana è altamente permeabile al K + ). Questo tende a lasciare l'interno del neurone più negativo dell'esterno, producendo un'ulteriore forza: il gradiente elettrico. Questi due gradienti (chimico ed elettrico) del K+ sono in opposizione l'uno con l'altro. Quando le due forze si equilibrano, si raggiunge l'equilibrio elettrochimico che rappresenta la condizione di differenza di potenziale che caratterizza la membrana a riposo (-70 mv, potenziale di membrana a riposo). Gli ioni Na+ invece in base al gradiente chimico tendono ad entrare.