Metodi di studio della cognizione animale: comportamentali, anatomici e neurofisiologici. Flashcards
Continuità evolutive ed omologie nell’anatomia, fisiologia e comportamento dei vertebrati
-profonda similarità ricercata con metodi neuroanatomici, neurofisiologici e etologici
-funzioni e strutture comuni che condividono un’origine evolutiva comune permettendo di
svolgere stesse funzioni
-es: ala uccello e braccia, cervelletto con 3 strati
-caratteristiche specie-specifiche
NB: sono MODELLI!
Relazione tra anatomia e dimensioni del cervello e capacità cognitive e comportamentali
-più grande non significa che va meglio
-balene per isolamento
-grande perchè il corpo è grande
Localizzazionismo e relazione tra strutture e funzioni in prospettiva evoluzionistica
-localizzare su specifiche strutture cerebrali determinate funzioni (vedi frenologia e studi lesionali)
-strutture morfologicamente diverse sottendono a funzioni diverse
-ogni animale sviluppa maggiormente aree e strutture utili ad adattamento ottimale
Metodi neuroanatomici per lo studio comparato del sistema nervoso
-Studio struttura cervello con
1.approccio architettonico
2.connessioni
3.lesioni.
-analoghi input elaborati con mod e scopi diversi quindi anatomia orienta funzione (es: M1 e S1 oppure cervelletto a 3 strati).
-materiale biologico per capire sistema statico (tipologie più che processi)
-rapporti spaziali tra le parti
-organizzazione anatomica adattata a necessità etologiche dell’animale
-omologie anatomo-funzionale per lo studio comparato (utilizzo la parte dell’organismo con storia evolutiva comune)
Metodi e obiettivi degli studi architettonici
-organizzazione (cartografia) tipologie di cellule che formano una certa struttura
METODO MULTIARCHITETTONICO:
1.approccio mieloarchitettonico (distribuzione fibre di mielina, Gallyas),
2.citoarchitettonico (tipologie cellule e strati, Nissl)
3.immunoistochimico (sottopopolazioni neuronali specifiche, anticorpi)
Metodi e obiettivi degli studi di connettività anatomica
studiare regioni direttamente connesse anatomicamente
(metodi degenerativi post mortem, metodo Marchi)
1. iniezioni traccianti neuronali
-trasporto retrogrado (da terminazione a corpo cellulare) o anterogrado o anteroretrogrado (connessioni afferenti e efferenti)
-traccianti mono (captati dal corpo o dalla sinapsi) o trans-sinaptici (iniettati con virus infettivo, si diffondono in più sinapsi, si vede la via nervosa)
2.DTI: metodo non invasivo basato sulla fmri, ma attendibilità non rigorosa (falsi + e-)
Neuroanatomia funzionale
-morfologia che si riflette su funzioni
-moduli funzionali da semplici a complessi
-la fx di ogni modulo è correlata agli altri moduli
-metodi: registrazione e stimolazione
-primi tentativi con Fritsch e Hitzig (1879): motorio vs non-motorio e controlateralità
-attualmente tecniche su paziente sveglio
Diffusion Tensor Imaging (DTI): vantaggi e svantaggi rispetto alle tecniche neuroanatomiche
-direzione e diffusione di h2o nei tessuti basato su fmri
VANTAGGI:
-in vivo, non invasiva, basata sulla risonanza magnetica funzionale
traccia fasci più evidenti (non connessioni tra neuroni)
-attenzione ai falsi + e - che dipendono dall’algoritmo, ma se è buono allora bene
SVANTAGGI:
-non molto accurata
-falsi + e -
-risoluzione spaziale limitata
-non si usa per fibre grigie mieliniche
Tecniche per lo studio delle basi elettrofisiologiche del comportamento
-prima di edwars studio fx di base ma non associate a comportamenti
-1968 paradigma di elettrofisiologia comportamentale di Edward Evarts -> registrazione singoli neuroni in animali svegli- addestramento, intervento chirurgico, registrazione e organizzazione dati
-traccia molto-unitaria quindi necessario spike sorting (isolamento grafico del neurone)
Metodi di studio delle funzioni cerebrali con la stimolazione elettrica: treni lunghi e brevi
TRENI BREVI:
-300 hz (NB: periodo refrattario)
-3/4 ms tra ogni impulso
-evidenzia fx locale (soprattutto aree motorie)
-mappa sonatotopica
-<100 ms provocano twitch osservabili in diverse parti a seconda di dove viene inserito l’elettrodo
TRENI LUNGHI:
->500 ms (?)
-azioni multi-effettoriali complesse
-mappa actotopica (classi diverse di COMPORTAMENTI)
-per studio causalità cervello e comportamento
Stimolazione intracorticale e registrazione extracellulare: principi e applicazioni cliniche
STIMOLAZIONE INTRACORTICALE:
-perturbare neuroni fino a 200 um intorno all’elettrodo
-effetti prodotti sul comportamento
REGISTRAZIONE EXTRA-CELLULARE:
-rilevare la differenza di potenziale tra punta elettrodo e parte esterna
-effetti prodotti dal comportamento (correlati neurali)
NB: per rilevare PDA max 80-100 um dal corpo cellulare. Con tanti neuroni adiacenti c’è molto rumore elettrico (cocktail party)
MATERIALI: conduttivo->tungsteno e isolante->vetro
APPLICAZIONI TECNICHE:
-controllo di devices esterni con propria attività neuronale
-il paziente riceve feedback somatosensoriali
-neuroprostetica (gambe e braccia)
ELETTRODI:
-lineari multi-side: registra i vari strati (può sia stimolare che registrare)
-matrice di elettrodi: 96 punte, non si distinguono gli strati
Stimolazione optogenetica
-tecnica recente solo x animale, in via di sviluppo
-controllo attività neuronale attraverso la luce tramite vettori virali (indurre/inibire comportamenti)
-precisione temporale, spaziale e anche in termini di tipologia cellulare incomparabile
-trasfezione: clonaggio e sequenziamenti di vari geni
-Si prende un virus, lo si svuota del suo materiale genetico e si inserisce all’interno l’info legata alla codifica di una particolare proteina presa da un’alga o da un batterio (una proteina fotosensibile, che forma un canale ionico); si inietta nella zona del cervello che si vuole controllare (popolazione neuronale)
-una volta inserito il virus, transfetta le cellule per cui è stato istruito, esprime questa proteina
-opsine: proteine eccitatorie (canali) o inibitorie (passaggio ioni negativi), sono proteine sensibili alla luce credo.
-esempio: topo stimolazione ipotalamo per farlo essere affamato o meno (ricerca cibo)
LIMITE:
-VOLUME RIDOTTO che può essere interessato: il vettore trasfetta solo un particolare tipo neurone, quindi nell’uomo questo tipo di stimolazione andrebbe a intercettare un numero piccolo e molto preciso di cellule. la luce inoltre non va molto in profondità
Tecniche non invasive per lo studio dell’attività elettrica e metabolica del cervello
- visualizzazione indiretta dell’attività cerebrale
-eeg: potenziali elettrici dallo scalpo (+temporale; –spaziale)
-fmri: attività metabolica (come RM) con ricostruzione 3D –>studi comparati con scimmia
-pet (poco invasiva)
Le quattro domande di Timbergen e il focus della neuroetologia
1.Quali sono le cause ambientali e fisiologiche che causano un comportamento? -> base neuroetologia (studio correlati neurali delle funzioni etologiche)
2. Come geni e ambiente interagiscono nel corso dello sviluppo di un dato comportamento?
3. Come un comportamento favorisce la fitness (sopravvivenza e riproduzione) degli individui di una data specie che lo manifestano?
4. Qual è la storia evolutiva del comportamento?
Studi neuro-comportamentali di laboratorio e studi etologici sul campo
IN LABORATORIO
contesto non naturale. V.I che hanno effetti significativi sul comportamento. Isolare e manipolare le VI, strutturare l’ambiente, addestrare i soggetti
NB: bassa validità ecologica
NB: solo studio comportamenti semplici
SUL CAMPO
VI non manipolabili ma alta validità ecologica, osservazione
C’è necessità di intervenire sul comportamento per riuscire a studiarlo e a fare esperimenti
