Webinar: Le funzioni proattive del cervello umano e controllo … · • Contrastano la disabilità. Conclusioni • Le Neuroscienze dello Sport mostrano che diverse regioni e funzioni

Le funzioni proattive del cervello umano e controllo dell’azioneProf. Francesco Di RussoUniversità di Roma «Foro Italico»Webinar:Laboratorio di Neuroscienze Cognitive e del’Azione

Mercoledì 16 Maggio 2018 ore 15:00

Il cervello umano è il sistema più complesso dell’universo• 100 miliardi di neuroni• Ogni neurone 40’000 sinapsi• Miliardi di Miliardi di Connessioni neurali• 1.5 Kg di peso (2% del corpo, 60% grassi)• Consumo energetico 20% (Nei bambini fino al 65%)• La quantità di granello di sabbia contiene 100’000 neuroni e un miliardo di sinapsi in comunicazione• Produce 50’000 pensieri al giorno

Perché abbiamo un cervello?• Il cervello nasce e si è evoluto per il controllo del movimento (per agire)• per inibire movimenti indesiderati• Per Percepire?• Per Pensare?• Per Ricordare?

Siamo molto più bravi ad agire o a pensare?Che mossa fare?Eseguire la mossa

.Inibizione e strategie evolutive sinergiche globali• I movimenti di un singolo dito sono caratterizzati dall’attivazione di tutta l’areadella mano a livello della corteccia.• In realtà, il movimento di un solo dito richiede un maggior controllo rispetto aquello di tutta la mano quando afferra un oggetto.• Nei movimenti di un singolo dito il cervello inibire l’attività delle altre dita cheè naturalmente coordinata.Il cervello come un oceano di inibizione con isole di attivazione

La nostra mente si serve di moduli o sistemi diversi• La mente fa capo a una serie di sistemi o moduli neurofisiologici• La loro varietà è una sfida al concetto di uniformità• Questi sistemi sono un prodotto dell’evoluzione naturale• In qualche modo la nostra mente rassomiglia a un temperino svizzero in quanto si basa su strumenti diversi. • I moduli mentali sono strategie che ci permettono di fronteggiare situazioni diverse.

Basi neurali della percezione visiva1:1Gangliari 1:21:3Bipolari Fotorecettori Solo 1/128 dei neuroni che lasciano l’occhio raggiungono il cervelloL’elaborazione delle informazioni visive sono un grosso carico per il cervello e fin dalla retina tende a semplificare le informazioni in arrivo

AttenzioneMemoria (emozioni)ValutazioniComprensioneGiudizioPresa di decisioneAnticipazioneProcessi CognitiviMondo esterno Percezione del mondoInterpretazone della percezione

Percezione Visiva e Corporea• Pareti che si muovono• Treno in partenza• Casa matta del luna-park• Videogiochi• Ventriloquismo• Doppiaggio• La percezione del movimento del nostro corpo e principalmente basata sulla visione • L’eccessivo affidamento alla visione è la causa delle illusioni percettive

Le Illusioni PercettiveAmbiguità percettivaChiusura percettiva

La Stanza di Ames2) all'interno di una Stanza le persone o gli oggetti sembrano restringersi o aumentare di misura quando si spostano da un angolo all'altro.1) la stanza appare cubica, se osservata con visione monoculare da uno speciale punto di vista, mentre essa è in realtà trapezoidale.Ci sono due tipi di illusione associati alla Stanza di Ames

Illusioni indotte da ombreggiaturaLe illusioni Percettive

Limiti del sistema visivo Le illusioni Percettive

Riconoscimento dei voltiLe illusioni Percettive

Le illusioni PercettiveRiconoscimento dei volti

Illusioni tattiliRubber handillusion(L’illusione della mano di gomma) Le illusioni Percettive

Percepire per agireGoodale and Milner (1992)

L’esempio delNeglect SpazialeUnilaterale

Il controllo Cognitivo Esecutivo• Processi cerebrali che permettono un comportamento flessibile e orientato agli obiettivi• Gli obiettivi o i piani influenzano il comportamento• Fra gli altri aspetti, questo processo è necessario per inibire le risposte automatiche e influenzare la memoria di lavoro • Permette risposte adattive e pensieri complesso orientati allo scopo • Consente di passare in modo flessibile tra pensieri e azioni diversi a seconda delle esigenze ambientali• la corteccia prefrontale (PFC) sta alla base il controllo esecutivo,

Autovalutazione delle funzioni Esecutive[dal questionario sulle funzioni dis-esecutive (DEX)]• Ho difficoltà a prendere decisioni o decidere cosa voglio fare• Ho difficoltà a pensare in anticipo e a pianificare il futuro• Trovo difficile pensare a qualcosa e sono facilmente distratto• Agisco senza pensare, facendo la prima cosa che mi viene in mente• Perdo la pazienza alla minima cosa• Sono inconsapevole / incurante di come gli altri si sentono riguardo al mio comportamento• Ho difficoltà a capire l'estensione dei miei problemi

Meccanismo duale del controllo Esecutivo(Braver et al., 2009)Controllo proattivo� Orientato al futuro� Anticipazione e prevenzione delleinterferenze� Pianificazione cheanticipa eventi in arrivo Controllo Reattivo

� Reazione ad unostimolo� Regolazione del comportamento in conseguenza ad avvenimenti

Il nostro comportamento sidistribuisce lungo un continuumProattivo

Orientato all’obiettivo

Reattivo

Impulsivo FuturoOra! Orientamento Temporale MoltiUno Fattori consideratiSè stessi Sè & AltriFocus Funzioni Esecutive: Abiltà che consentonoComportamento orientato agli obiettivi

Le funzioni esecutivesi sviluppano tardiperchè la cortecciaprefrontale a simatura intorno ai 30 anni.A 20 anni non è ancora del tuttosviluppataSviluppo delle funzioni Esecutive proattive

Il nostro cervello proattivoIl controllo cerebrale proattivo come preparazione ad eventi e ad azioni imminenti• Preparazione Motoria• Preparazione CognitivaBasi neurali del controllo proattivo (Aron 2011)• Area motoria Supplementare (specialmente pre-SMA)• Lobi Prefrontali inferiori (specialmente destro)• Gangli della BaseCorrelati Elettrofisiologici del controllo proattivo• Bereitschaftspotential (Kornhuber & Deecke, 1965)

Fattori che influenzano quotidianamentele funzioni esecutiveStress e ansia Sonno Attività fisica

L’AnsiaInclude aspetti• Fisiologici (frequenza cardiaca, conduttanza cutanea, sudorazione)• Comportamentali (fuga/evitamento)• Emotivi (paura di fallire) • Fisiologica (esame)• Patologica (fobie, ansia sociale, etc)E’ uno stato di tensione, solitamente cosciente associato a intensa preoccupazione per eventi futuri

L’importanza di un buon sonno• La deprivazione di sonno riduce drasticamente il funzionamento della corteccia prefrontale (PFC)• Le funzione esecutive dipendono dalla PFC• La deprivazione di una sola notte di sonno riduce l’efficacia delle funzioni esecutive• Si diventa meno proattivi e più reattivi

L’importanza dell’esercizio fisicoBenefici a breve termine (stesso giorno)• Aumento del flusso di sangue al cervello, portando nutrienti vitali alle cellule• Effetti su umore, stress ed funzioni esecutive che durano per diverse oreBenefici a lungo termine (dopo diversi mesi)• Porta alla formazione di nuovi neuroni e connessioni nel cervello• Migliora la resilienza allo stress, abbassando la risposta ormonale agli stress

Metodi di studio delle funzioni cerebrali• TAC• MRI• PET• fMRIPermettono la registrazione o la stimolazione dell’attività neuronale Tecniche di NeuroimmaginiTecniche Elettrofisiologiche Permettono la visualizzazione del cervello in vivo• EEG/ERP• MEG• TMS• tDCS tDCSTMS

Correlati Elettrofisiologici del controllo proattivo• Bereitschaftspotential SMA(e.g. Shibasaki & Hallett, 2006)• Prefrontal Negativity iFg (e.g. Di Russo et al., 2016)CzFpz-2 Vµ2 Vµ BPpN-1000 -500 0 500 ms -800 / -600 ms -1 Vµ+1 Vµ-2.5 Vµ+2.5 VµpN BP-600 / 0 msRispostaStimolo P3 iFgSMA+CMA(Di Russo et al. 2016)

Correlati Elettrofisiologici dell’autocontrollo (self-control)ResponseNo-response 0 500 1000 1500 ms-500-1000CzFp1 Fp2-1500-2000-2500-3000-3500 S1 S2 Stimulus Response0 500 1000-500-1000-1500-2000-2500-3000 0 1500-500 0 500 1000 1500 ms-500-1000-1500-2000-2500-3000 0 500 1000 1500 ms-500-1000-1500-2000-2500BP-3500pN pN

− µ4 V+4 Vµdecision preparation Bianco et al., NeuroImage 2017

Self-ControlYESBilateraliFg PremotorAreasIF InhibitionActionPremotorAreasRight IFgTake adecision BilateraliFgDecision Preparation ExecutionNO Right IFg

Controllo Proattivo dell’AzioneSMA iFgMetafora della «Muscle Car»

Sport & Funzioni Cognitive� Tempo di reazione

� Hatfield and Hillman, 2001� Preparazione all’azione

� Di Russo et al. 2005� Percezione e attenzione

� Di Russo et al. 2006� Funzioni esecutiveDi Russo et al. 2009� InvecchiamentoTaddei et al. 2011

Invecchiamento cognitivo e SportN-PEPPEP10 20 30 40 50 60 70 80 90350400450500550600ResponseTime(ms) Age (years)SedentaryActive SedentaryActive Berchicci et al., 2012

Risultati elettrofisiologiciSedentaryActive SedentaryActiveBerchicci et al., 2012

• Rallentamento motorio, cognitivo e percettivoKarl et al., 2004• Ridotta velocità di reazione Plinta et al., 2005• Minor efficienza cognitivaCrossman, 1996Effetto dello Sport sui Processi Cerebrali di Atleti Speciali

+ =• Contrasta i deficit cognitivi della disabilità fisicaDi Russo et al. 2009• Partecipare ad attività sportive open-skill come la pallacanestro può stimolare specifiche funzioni esecutive facilitandone il recupero in persone con disabilità fisicheSpecial-Basket

Conclusioni• Il cervello è fatto per muoversi ed agire• I processi cognitivi dirigono e anticipano le nostre azioni interpretando continuamente le informazioni percettive• Le azioni future sono pianificate in anticipo ma frenate in attesa del momento più opportuno• Sport e attività motoria mantengono i processi cognitivi efficienti• Specialmente quelli esecutivi• Rallentano l’invecchiamento• Contrastano la disabilità

Conclusioni• Le Neuroscienze dello Sport mostrano che diverse regioni e funzioni cerebrali corticali sono influenzate dall'allenamento• Un'area particolarmente importante nella relazione tra cognizione e azione sembra essere la corteccia prefrontale, che esegue controlli cognitivi della performance d'azione• L'attività nella corteccia prefrontale è fortemente influenzata dalle prestazioni cognitive e fisiche ed è modulata dall'affaticamento mentale

Conclusioni• La corteccia prefrontale è un buon candidato per essere l'interfaccia tra azione e cognizione• Questa area non è molto attiva durante le performance, ma soprattutto prima• La corteccia prefrontale agisce sugli aspetti cognitivi della preparazione all'azione• La corteccia prefrontale è un possibile obiettivo cerebrale dell'allenamento mentale

Conclusioni• Le funzioni proattive della corteccia prefrontale connettonomemoria ed anticipano azioni future• La corteccia prefrontal unisce passato e futuro nel momentisubito prima le nostre azioni• In quel momento la corteccia prefrontale collega mente e corpo consentendo prestazioni ottimali nella vita e nello sport

francesco.dirusso@uniroma4.itUniversità degli studi di roma “foro italico”Laboratorio di Neuroscienze Cognitive e dell’Azione