Psicotecnologie ed empowerment cognitivo
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In questa presentazione sono descritti i principi della neuroplasticità e del potenziamento cognitivo e il possibile ruolo delle nuove tecnologie nel supportare questi processi
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Psicotecnologie ed empowerment cognitivo
- 1. Psicotecnologie per il Benessere Psicotecnologie ed empowerment cognitivo
- 2. Sommario • Cos’è la neuroplasticità? • In cosa consistono gli interventi di potenziamento cognitivo? • Qual è il ruolo delle psicotecnologie nel potenziamento cognitivo?
- 4. Potenziamento cognitivo Lo scopo del potenziamento cognitivo è migliorare le prestazioni cognitive di una persona sana Questo scopo si persegue: -‐ contrastando il declino cognitivo conseguente all’invecchiamento cerebrale (brain fitness) -‐ stimolando il cervello a migliorare le prestazioni cognitive (brain training)
- 5. • I geni determinano il destino del nostro cervello • L’invecchiamento implica un declino cognitivo automatico e irreversibile • Avremo presto una “pillola magica” per potenziare la mente • Tutta l’attività mentale è equivalente • L’età cerebrale può essere “ringiovanita” di 10, 20, 30 anni • Tutti i cervelli umani hanno bisogno della stessa quantità di esercizio Potenziamento cognitivo: alcuni miti da sfatare
- 7. Anatomia di un neurone Tutta la superficie dei dendriti è cosparsa da piccole espansioni simili a gemme, dette spine dendritiche Le ramificazioni dendritiche espandono enormemente la superficie recettoriale del neurone
- 8. Sinapsi Sinapsi interneuronale asso-somatica
- 9. La neuroplasticità 1/2 Plas%cità neuronale Plas%cità cogni%va esperienza supporta s%mola La plasticità neuronale (neurogenesi, sinaptogenesi, riorganizzazione corticale) si riferisce ai cambiamenti a livello neurale che possono essere stimolati dall’esperienza La plasticità cognitiva si riferisce a cambiamenti adattativi che riguardano i processi cognitivi
- 10. La neuroplasticità 2/2 • E’ un processo che avviene continuamente, come risposta alle azioni che svolgiamo, alle nostre sensazioni e percezioni, e a ciò che pensiamo e immaginiamo • A lungo si è creduto che il cervello si modificasse solo durante i “periodi critici” • In realtà anche il cervello adulto è capace di notevole plasticità sia a livello neurale che a livello cognitivo – l’esposizione a nuove esperienze, incluse l’educazione e l’apprendimento, stimola la plasticità – lo stile di vita (dieta ed esercizio fisico) influenzano la plasticità – gli effetti migliori si hanno combinando le due strategie
- 11. Le basi neurobiologiche della neuroplasticità • Potatura sinaptica (synaptic pruning) Le connessioni cerebrali sono costantemente eliminate e ricreate in funzione dell’uso • “Fire together-wire together, fire apart, wire apart” Neuroni che si attivano simultaneamente si legano tra loro e tendono a formare mappe comuni, viceversa separate (principio di Hebb, 1949)
- 12. Le mappe corticali • Insiemi di minicolonne specializzate per l’elaborazione di informazioni specifiche • Scoperte da Wilder Penfield a Montreal negli anni ’30 con la “sonda elettrica” (stereotassi) • La rappresentazione degli input sensoriali alla corteccia è somatotopica (homunculus)
- 13. Mappe corticali e plasticità • Utilizzando la mappatura con microelettrodi, Hubel e Wiesel hanno dimostrato che le colonne della dominanza oculare nella area corticale visiva V1 sono immodificabili dopo il periodo critico di sviluppo (3-8 settimane) • La plasticità è osservabile solo nei periodi critici o anche nell’adulto?
- 14. Gli esperimenti di Merzenich • Michael Merzenich usò il metodo della micromappatura su cavie animali (scimmie) deafferentate per verificare se le mappe variano in funzione dell’esperienza • Merzenich e John Kaas hanno scoperto che una mappa deafferentata si ricabla “attivandosi” in risposta a input adiacenti Michael Merzenich
- 15. Constraint-‐Induced Therapy • I contestati esperimenti di Taub hanno condotto allo sviluppo di una terapia riabilitativa dell’ictus che ha ottenuto notevoli risultati terapeutici e ha dato l’avvio alla riabilitazione basata sulla neuroplasticità
- 16. Gli studi di V. I. Ramachandran sull’arto fantasma
- 17. Mirror Box
- 18. © atn-‐p lab all rights reserved • Sovrapponibilità neuro-‐funzionale tra generazione dell’immagine motoria e programmazione motoria • Jeannerod (1994): la produzione di immagini motorie è un processo integrante quello di elaborazione del movimento • Divergenze teoriche ma concordanza su ipotesi della condivisione dei substrati • Evidenze sperimentali dell’ipotesi della condivisione: 1) dati di cronometria mentale, 2) analogie degli effetti a carico del SNV 3) misurazioni di flusso ematico cerebrale Immaginazione motoria
- 19. Virtual Reality Mirror per la riabilitazione dell’ictus
- 20. 20 La procedura VR Mirror 1. Il movimento è registrato dall’arto sano 2. Il movimento è ricostruito in 3D è simulato sul lato plegico 3. Il paziente osserva il movimento simulato e immagina di eseguirlo con l’arto plegico 4. Il paziente esegue fisicamente il movimento con l’arto plegico, seguendo la simulazione
- 21. Plasticità e invecchiamento 1/2 • Anche in età avanzata, il cervello umano è capace di generare nuove cellule (neurogenesi) e di “ricablarsi” (ad esempio reclutando i neuroni adiacenti all’area lesionata) • Questa capacità può essere sfruttata per limitare e posticipare gli effetti del deterioramento cognitivo collegato all’età
- 22. Plasticità e invecchiamento 2/2 La plasticità del cervello adulto è mediata da quattro meccanismi principali: 1. Riparazione del DNA e rilascio di fattori neurotrofici 2. Sinaptogenesi 3. Riorganizzazione funzionale delle reti nervose 4. Neurogenesi
- 23. QUALI CONDIZIONI STIMOLANO E FAVORISCONO LA PLASTICITÀ NEURONALE?
- 24. Fattori che stimolano la NP 1. L’esposizione a nuovi stimoli ed esperienze in animali giovani (inclusi gli uomini) promuove l’integrità cognitiva e cerebrale 2. Il “training cognitivo” negli adulti può modificare l’integrità a livello cognitivo e cerebrale 3. I comportamenti che aumentano la NP (come dieta equilibrata ed esercizio fisico) preservano e consolidano anche l’integrità cognitiva
- 25. Fattori che stimolano la NP 1. L’esposizione a nuovi stimoli ed esperienze in animali giovani (inclusi gli uomini) promuove l’integrità cognitiva e cerebrale 2. Il training cognitivo negli adulti può modificare l’integrità a livello cognitivo e cerebrale 3. I comportamenti che aumentano la NP (come dieta equilibrata ed esercizio fisico) preservano e consolidano anche l’integrità cognitiva
- 26. Ambien% arricchi% Rosenzweig, M.R., Bennet, E.L., and Diamond, M.C. (1972). Brain Changes in response to experience, Scien%fic American, 226 (2), 22-‐29.
- 27. EffeO degli ambien% arricchi% sulle cavie animali • Inspessimento (fino al 7%) e aumento ponderale della corteccia • Aumento del’estensione dendri%ca e della densità sinap%ca (fino al 25% di sinapsi in più) • Aumento dell’abilità cogni%va • L’effeUo dura fino a sei mesi (questo suggerisce il ruolo della novità dell’esperienza) • Nei raO adul% l’effeUo persiste anche quando vengono trasferi% in ambien% impoveri% per 30 gg
- 28. EffeO cerebrali dell’educazione formale negli esseri umani • L’educazione formale è considerata, negli esseri umani, equivalente agli ambien% arricchi% • In effeO, le persone che ricevono una maggiore educazione durante l’infanzia sono soggeUe a minore declino cogni%vo nell’età senile (Colsher & Wallace, 1991) e sono soUoposte a minore rischio di Alzheimer • Una maggiore educazione è associata, in età senile, a una maggiore aOvazione delle regioni frontali a livello bilaterale (Springer, McIntosh, Winocur, & Grady, 2005)
- 29. Le ricerche sulla deprivazione di contaUo di Spitz • Spitz ha compiuto una ricerca sugli effeO neurofisiologici da deprivazione di contaUo su bambini ospedalizza% o is%tuzionalizza% • il bambino deprivato subisce un mancato sviluppo della connessione tra corteccia cerebrale e diencefalo, che ha conseguenze sullo sviluppo della relazione emozionale • la deprivazione genera dei disturbi evolu%vi che si manifestano sul piano affeOvo, motorio, cogni%vo e linguis%co: il 60% dei bambini con meno di un anno di età va incontro alla morte per inedia (“marasma”) René Spitz 1887-1974
- 30. Fattori che stimolano la NP 1. L’esposizione a nuovi stimoli ed esperienze in animali giovani (inclusi gli uomini) promuove l’integrità cognitiva e cerebrale 2. Il training cognitivo negli adulti può modificare l’integrità a livello cognitivo e cerebrale 3. I comportamenti che aumentano la NP (come dieta equilibrata ed esercizio fisico) preservano e consolidano anche l’integrità cognitiva
- 31. L’apprendimento plasma il cervello 1/5 • L’apprendimento senso-‐ motorio modifica l’organizzazione cor-cale • Ad esempio, apprendere l’alfabeto Braille estende l’area cor%cale somatosensoriale del dito indice destro
- 32. Come l’esperienza plasma il cervello 2/5 • Apprendere a suonare il violino aumenta l’area cor%cale delle dita della mano sinistra • I musicis% hanno il 25% in più di spazio cor%cale nelle mappe udi%ve per i toni del pianoforte • I violinis% hanno più spazio cor%cale per i toni di violino, mentre i suonatori di tromba hanno più spazio cor%cale per i toni della tromba
- 33. Come l’esperienza plasma il cervello 3/5 • La pra%ca del giocoliere estende le aree della corteccia visiva deputate alla detezione del movimento
- 34. Come l’esperienza plasma il cervello 4/5 • Uno studio MRI ha evidenziato che i tassis% di Londra l’ippocampo posteriore più sviluppato rispeUo ai controlli (Maguire et coll. 1999) • L’ippocampo non è “l’organo della navigazione” ma è deputato alla registrazione e l’uso delle mappe spaziali
- 35. Come l’esperienza plasma il cervello 5/5 • Lo stesso studio MRI è stato ripetuto confrontando i tassis% e gli au%s% di bus (Maguire et coll. 2006) • Nei tassis% l’area mediale-‐ posteriore dell’ippocampo è più voluminosa e la parte anteriore è meno voluminosa che nei bus driver • Perchè??
- 36. Effetti del training cognitivo negli anziani • Tutte le evidenze finora raccolte depongono a favore dell’ipotesi che il training cognitivo beneficia le funzioni cognitive che sono allenate (Ball et al., 2002; Willis et al., 2006). • Non è ancora chiaro fino a che punto questi benefici si estendano a compiti non allenati o siano generalizzabili alle attività di vita quotidiana (ad esempio, se faccio degli eservizi per la memoria poi mi ricordo la lista della spesa?)
- 37. Fattori che stimolano la NP 1. L’esposizione a nuovi stimoli ed esperienze in animali giovani (inclusi gli uomini) promuove l’integrità cognitiva e cerebrale 2. Il training cognitivo negli adulti può modificare l’integrità a livello cognitivo e cerebrale 3. I comportamenti che aumentano la NP (come dieta equilibrata ed esercizio fisico) preservano e consolidano anche l’integrità cognitiva
- 38. Il ruolo dell’esercizio fisico • Un numero consistente di studi animali ha dimostrato gli effetti positivi dell’EF sulla cognizione e sul funzionamento cerebrale (Cotman & Berchtold, 2002) • Diverse ricerche su individui adulti dimostrano gli effetti benefici dell’attività aerobica a livello cognitivo e cerebrale (Hillman, Erickson, & Kramer, 2008)
- 39. Il ruolo dell’esercizio fisico • Gli effetti neuroplastici dell’EF sono stati studiati a livello animale: – NEUROGENESI: EF aumenta la proliferazione e la sopravvivenza di nuovi neuroni nel giro dentato dell’ippocampo di ratti adulti (Naylor et al, 2008) – SINAPTOGENESI: EF aumenta la lunghezza e la complessità dei dendriti e la densità delle spine dendritiche, migliorando l’efficienza della comunicazione tra i neuroni (Eadie, Redila, & Christie, 2005)
- 40. Il ruolo di una dieta equilibrata • La dieta, al di là degli aspetti meramente nutrizionali, ha un effetto dimostrato sul funzionamento cognitivo e cerebrale. Ad esempio: – gli acidi grassi Omega-‐3 (presenti nel pesce) influenzano la permeabilità ionica delle membrane plasmatiche presso le regioni sinaptiche, con effetti diretti sulle funzioni cognitive (Freeman et al, 2006) – diete ricche di grassi saturi influenzano negativamente i processi cognitivi e aumentano il rischio di disfunzioni neurologiche (Greenwood & Winocur, 2005)
- 41. Il ruolo del sonno • Nella nostra cultura 24/7, il sonno è stato confinato a «perdita di tempo» • In media, nei paesi occidentali si dorme 45 minuti in meno che 25 anni fa • Le attività cerebrali non «cessano» o «rallentano» durante il sonno, che non ha solo un ruolo «ristorativo», ma anche «ristrutturativo» • Diverse attività di tipo neuroplastico avvengono durante il sonno: servono soprattutto a consolidare gli apprendimenti effettuati durante la veglia
- 42. COME POSSIAMO STIMOLARE LA PLASTICITÀ MEDIANTE LE TECNOLOGIE?
- 43. Potenziamento cognitivo 1/2 • Perchè il PC è importante? 1. Invecchiamento popolazione! 2. Prevenire e fronteggiare il declino cognitivo 3. “Lifelong learning” 4. Il cervello è come un giardino da coltivare
- 44. Potenziamento cognitivo 2/2 • Non ci sono limiti al miglioramento: più uno si esercita, maggiori i benefici • PC = dieta bilanciata + esercizio fisico + stress management + brain training • Nessuna di queste cose funziona da sola ma in combinazione, come gli attrezzi di una palestra • La stimolazione mentale riduce del 40% il rischio di Alzheimer!
- 45. Interventi di potenziamento TECNICHE • Meditazione • Terapia cognitiva (es stress) • Mental practice • Esercizio fisico TECNOLOGIE • Farmaci neurostimolanti • “Tecnologie positive” (biofeedback, neurofeedback, realtà virtuale, brain training games, TMS, BCI..)
- 46. Tecnologie Positive: i vantaggi – Consentono di creare “ambienti arricchiti” attraverso la stimolazione sensoriale multimodale (es. realtà virtuale) – Permettono di sviluppare esercizi interattivi adeguando la difficoltà ai miglioramenti delle prestazioni – Consentono di aumentare la motivazione attraverso esercizi divertenti e coinvolgenti – Permettono di esercitarsi quando si vuole e dove si vuole – Consentono di registrare e quantificare la performance
- 47. Come agiscono le Tecnologie Positive nell’empowerment cognitivo? 1/2 Plas%cità neuronale Plas%cità cogni%va Tecnologie Posi%ve supporta s%mola (A) In modo DIRETTO, stimolando la plasticità cognitiva e neuronale (brain training)
- 48. (B) In modo INDIRETTO (brain fitness), ad es promuovendo stili di vita più salutari Tecnologie per il fitness Più esercizio fisico Potenziamento cogni%vo Come agiscono le Tecnologie Positive nell’empowerment cognitivo? 2/2
- 49. Tecnologie Positive per l’empowerment cognitivo: esempi Brain fitness Brain training Ges%one stress
- 52. Lumosity
- 54. Fast Forword Programma di esercizi dedicato a bambini con problemi linguistici e di apprendimento
- 55. Stress Eraser