Il documento tratta delle neuroscienze, analizzando l'evoluzione del pensiero su cervello e linguaggio attraverso tre fasi metodologiche: il razionalismo e l'empirismo, il comportamentismo e la gestalt, fino ad arrivare a un approccio biologico e evoluzionista. Viene esplorata la struttura e la funzione del sistema nervoso, compresi i vari tipi di neuroni, le tecniche di visualizzazione cerebrale e i sistemi percettivi. La storia della neurolinguistica è discussa, evidenziando le scoperte fondamentali e i contributi di vari studiosi nel campo.

1. Neuroscienze
A.A. 2012/13
Cervello, evoluzione e linguaggio
Prof. A. Falzone

2. Dalla psicologia alle Scienze cognitive
1. Empirismo vs Razionalismo
Razionalismo: attraverso il ragionamento è possibile determinare
le vere credenze e il funzionamento della mente vs logica
Empirismo: ogni conoscenza deriva dall’esperienza sensoriale
che produce idee e concetti semplici. Questi interagendo tra
di loro si associano in conoscenze complesse:
associazionismo
2. Apprendimento vs innatismo
3. Comportamentismo vs Gestalt

3. Le scienze cognitive
Kurt Gödel
Alan Turing

4. In una prima fase (1950-1980) il dominio metodologico è stato quello
dell’Intelligenza Artificiale (modello computazionale della mente)
Neuroscienze Psicologia
Linguistica
(o scienze del linguaggio)
Intelligenza Artificiale
(o Scienze dell’informazione)
Filosofia
Riferimenti bibliografici, culturali e scientifici
Alan Mathison Turing
1936 - On computable Number, with an application to
the Entscheidungsproblem (Sui numeri computabili
con una applicazione al problema della decisione);
1950 - Computing machinery and intelligence
(Macchine calcolatrici e intelligenza) test di Turing;
1952 - The chemical basis of morphogenesis (Le basi
chimiche della morfogenesi);
1891-1923 – Opere di G. Frege
1931 - K. Gödel, teoremi limitativi dei sistemi
formali
1944 - A. Tarski, semantica e metamatematica
1930-1950 - N. Wiener, cibernetica
1948 - C. Shannon – W. Weaver
teoria matematica delle comunicazioni
 La mente è il software
 I moduli sono routines
 L’intelligenza è una manipolazione
di simboli arbitrari
 La prospettiva è interdisciplinare
ma c’è una divisione tra le scienze
della natura e quelle della mente
(dualismo)

5. In una seconda fase (dagli anni ottanta) il dominio metodologico è stato
preso dalle Neuroscienze (modello cerebrale della mente)
Neuroscienze
Psicologia
Linguistica
(o scienze del linguaggio)
Intelligenza Artificiale
(o Scienze dell’informazione)
Filosofia
Riferimenti bibliografici, culturali e scientifici
Wilder Penfield
1959 - Speech and brain-mechanisms
Eric Kandel
1981 - Principles of Neural Science
Vilayanur S. Ramachandran
1998 - Probing the Mysteries
of the Human Mind
Michael Gazzaniga
Louis R. Caplan
Stephen Kosslyn
Andrew B. Newberg
Karl H. Pribram
Anthony Damasio
Jean Pierre Changeux
etc…
 La mente è il cervello
 I moduli sono aree cerebrali
 L’intelligenza è una funzione
organica complessa
 La prospettiva è interdisciplinare e
non c’è divisione tra le scienze della
natura e quelle della mente
(monismo)

6. Nella sua terza fase (dal 2000 in poi) il dominio metodologico va slittando
verso la biologia (modello evoluzionista della mente)
Biologia
evoluzionista
Psicologia
Linguistica
(o scienze del linguaggio)
Intelligenza Artificiale
(o Scienze dell’informazione)
Filosofia
Neuroscienze
Riferimenti bibliografici, culturali e scientifici
Gerald Maurice Edelman
1987 - Neural darwinism
1988 - Topobiology
1990 - The Remembered Present:
A Biological Theory of Consciousness
2000 - A Universe of Consciousness
2006 - Second Nature:
Brain Science and Human Knowledge
Richard Dawkins
Niles Eldredge
Stephen Jay Gould
Richard Lewontin
Ernst Mayr
Motoo Kimura
etc…
 Il cervello sta in un organismo che
vive in un ambiente
 I moduli sono strutture
morfologiche evolutesi
per selezione naturale
 L’intelligenza è un’insieme di
funzioni organiche complesse
evolutesi per exaptation
 La prospettiva è
rigorosamente monistica

7. Tre modelli di mente per le scienze cognitive
Il primo presuppone che la mente sia un
meccanismo flessibile e adattabile per
la scoperta delle regolarità acquisite
con l’esperienza. Nascerebbe con
l’empirismo di Locke e Hume, con
l’arbitrarismo, e troverebbe adepti
moderni nel primo computazionalismo e
nel connessionismo (Rumelhart-
McClelland, 1985; Hinton, 1993);
Il seconda prevede che la
mente sia un insieme di
meccanismi specifici, ciascuno
creato dall’evoluzione per
realizzare una particolare
funzione. Si ispirerebbe a
Darwin e Mendel, ed è
utilizzata dal modularismo,
dalle neuroscienze e dalla
psicologia evoluzionista
(Cosmides & Tooby, 1994;
Pinker, 2002).
Per la terza ipotesi gli esseri
pensanti non sono dotati né di
un unico sistema generico di
apprendimento, né da una
miriade di sistemi speciali
appositamente dedicati. Sono
invece dotati di un piccolo
numero di sistemi separabili di
conoscenza, corrispondenti a
domini filogenetici di base detta
appunto core knowledge
Robert Fludd (1617)
Il modello frenologico di Spurzheim (1833)
Berengario da Carpi (1620)

8. Storia della neurolinguistica in pillole (1)
1. Istinto di riproduzione (situato nel cervelletto)
2. Amore per la propria prole.
3. Affetto e amicizia.
4. Istinto di autodifesa e coraggio; tendenza a
fare a botte.
5. Istinto carnivoro; tendenze omicide.
6. Astuzia, acume; furbizia.
7. Senso della proprietà; tendenza ad
accumulare (negli animali); avidità; tendenza al
furto.
8. Orgoglio, arroganza, sicumera; amore per
l’autorità; superbia.
9. Vanità, ambizione, amore per la gloria (una
qualità “benefica per l’individuo e la società”)
10. Circospezione e prudenza.
11. Memoria delle cose e dei fatti; educabilità,
perfettibilità.
12. Senso dei luoghi e delle proporzioni spaziali.
13. Memoria per i volti.
14. Memoria per le parole.
15. Senso della parola e del linguaggio.
16. Senso del colore.
17. Senso del suono e della musica.
18. Senso della connessione tra i numeri.
19. Senso della meccanica, della costruzione;
talento architettonico.
20. Sagacia comparativa.
21. Senso della metafisica.
22. Senso della satira.
23. Talento poetico.
24. Gentilezza; benevolenza; compassione;
sensibilità; senso morale.
25. Facoltà di imitare.
26. Organo religioso.
27. Fermezza di intenti; costanza; perseveranza.
Fisiognomica e frenologia

9. Storia della neurolinguistica in pillole (2)
Brodman, 1909

10. Tecniche neuroanatomiche
Colorazione di Golgi -
Dicromato di potassio e
nitrato d’argento
Colorazione di Nissl
Cresil violetto

11. Tecniche visualizzazione attività cerebrale
TAC

12. Tecniche visualizzazione attività cerebrale
fRM

13. Tecniche visualizzazione attività cerebrale
PET

14. Tecniche visualizzazione attività cerebrale
EEG
ERPs

15. Interpretazione e problematicità dei dati
Il presupposto teorico dello studio con soggetti non-
umani è la continuità evolutiva del cervello.
Il cervello dell’uomo differirebbe esclusivamente nelle
dimensioni e nel grado di sviluppo delle aree corticali.
Le differenze sarebbero più quantitative che qualitative: i
principi di funzionamento del cervello umano possono,
dunque, essere dedotti dal funzionamento del cervello di
soggetti non-umani.
Inoltre l’impiego di soggetti non umani presenterebbe il
vantaggio della maggiore semplicità del loro cervello e
del loro comportamento.

16. Anatomia del sistema nervoso (1)
Il SN è composto da due parti
principali: il SNC e il SNP.
Il SNC è suddivisibile in cervello e
midollo spinale.
Il SNP è suddivisibile in :
•SN somatico (interazione con
l’esterno - nervi afferenti ed
efferenti);
•SN autonomo (regolazione
dell’ambiente interno dell’organi-
smo) composto da nervi simpatici
(mobilitano risorse energetiche) e
parasimpatici (mantengono
risosrse energetiche).

17. Anatomia del sistema nervoso (2)
SISTEMA NERVOSO
Cervello
SNC SNP
Midollo
Spinale
SN
Somatico
Nervi
afferenti
Nervi
efferenti
SN
Autonomo
Nervi
simpatici
Nervi
para-
simpatici

18. Sistema nervoso centrale (1)
Meningi:
•Dura madre
•Membrana aracnoidea
•Spazio subaracnoideo
•Pia madre

19. Sistema nervoso centrale (2)
Ventricoli cerebrali

20. Le cellule del SN: i neuroni
Il neurone
Doppio strato lipidico

21. Le cellule del SN: i neuroni

22. Tipi di neuroni
(1)Neurone unipolare
(2) Neurone bipolare
(3) Neurone Multipolare
(2) (1) (3)

23. Tipi di neuroni

24. Potenziali neurali
Potenziale di riposo: - 70mV
I fattori passivi spingono continuamente ioni K+ fuori dal
neurone, e ioni Na+ dentro il neurone. Per tale motivo gli
ioni K+ devono essere attivamente trasportati dentro la
cellula, gli ioni Na+ devono essere trasportati fuori.

25. Cellule del SN: Cellule gliali e satelliti
Astrociti: cellule gliali
grandi. Coprono la
superficie esterna dei
vasi sanguigni
cerebrali
Cellule di Schwann:
SNP
Oligodentrociti: si
avvolgono attorno agli
assoni con prolun-
gamenti ricchi di
mielina formando
guaine che aumen-
tano la velocità della
conduzione assonica
Cellule microgliali:
reagiscono alle ferite e
alle malattie tramite
risposte infiammatorie

26. Coordinate anatomiche nell’uomo

27. Piani di sezione del cervello

28. Strutture principali del cervello

29. Strutture principali del cervello

30. Mielencefalo e Metencefalo
1)Formato da tratti ascendenti e discen-
denti che veicolano segnali tra il corpo e
varie strutture del cervello
La formazione reticolare (sistema
reticolare attivante) è composta da cento
piccoli nuclei che entrano in gioco nel
mantenimento dello stato di vigilanza, del
tono muscolare, nel movimento, nel
sonno, nella regolazione di riflessi
cardiaci, circolatori e respiratori.
2) Formato da tratti ascendenti e discen-
denti e da una formazione reticolare.
Si suddivide in ponte e cervelletto (strut-
tura formata circonvoluzioni con funzioni
di controllo motorio a basso ed alto livello)

31. Mesencefalo
Si suddivide in tetto (collicoli in-
feriori- compiti uditivi- e superio-
ri -compiti visivi) e tegmento.
Questo contiene tre strutture co-
lorate: grigio periacqueduttale
(media effetti analgesici), sostan-
za nera e nucleo rosso (compo-
nenti del sistema sensorimotorio)

32. Diencefalo

33. Telencefalo

34. Corteccia

35. Sistema limbico e gangli alla base

36. Ms 0 10 60 400 …………….
-5
v 0
+5
Potenziali tronco-encefalici
Nervo acustico, nuclei cocleari,
olive superiori, lemnisco
laterale, collicolo inferiore,
nucleo geminato mediale
Reazione puramente
nervosa, discriminazione
acustica elementare
Potenziali corticali ERP
Componenti a latenza lunga o ritardata.
Attività a livello corticale delle aree
associative dei lobi temporali e parietali
degli emisferi cerebrali.
Attività di un registro sensoriale
(intensità, frequenza, tonalità) in un
continuum che va dallo stimolo allo
“aggiornamento cognitivo contestuale”
Coinvolgono la valutazione semantica:
non compaiono negli animali e nei
neonati (Butros et al., 1997; Javitt et
al., 2000; Coch et al., 2002)
Potenziali talamici
Strutture talamiche,
corteccia uditiva
della regione temporale.
Passaggio tra input
acustico e ricezione
cerebrale
LATENZA (ESTENSIONE TEMPORALE)
A
M
P
I
E
Z
Z
A
POTENZIALI EVOCATI
UDITIVI NELL’UOMO
Fonte (Proverbio-Zani, 2000)
isoelettrica

37. ERP e Gangli Basali

38. I sistemi percettivi: principi organizzativi
Corteccia sensoriale primaria: regione corticale che riceve la
maggioranza degli input direttamente dai nuclei talamici di relè
Corteccia sensoriale secondaria: regione corticale che riceve
la maggior parte degli stimoli dalla corteccia sensoriale primaria
Corteccia associativa: area corticale che riceve i suoi input
da più di un sistema sensoriale
Organizzazione
gerarchica Segregazione
funzionale
Elaborazione
In parallelo

39. I sistemi percettivi: principi organizzativi

40. I sistemi percettivi: sensazione e percezione
Sensazione: processo che consente di
rilevare la semplicepresenza dello stimolo
Percezione: processo di ordine superiore
che integra, riconosce e interpreta
complesse configrazioni

41. I sistemi percettivi: elaborazione parallela
I sistemi sensoriali non lavorano in maniera seriale, ma in
parallelo: l’informazione è trasmessa da un componente
all’altro attraverso una serie di vie.
Ciò implica l’elaborazione simultanea dei diversi
attributi di un segnale ad opera delle numeroese vie parallele che
collegano i vari componenti del circuito neurale
Esistono due modalità di analisi in parallelo: una influenza il nostro
comportamento senza la nostra consapevolezza; una influenza il
nostro comportamento con la partecipazione della nostra consa-
pevolezza

42. I sistemi percettivi: modelli di organizzazione
Binding problem: come il cervello mette insieme gli attributi sen-
soriali di uno stimolo producendo una percezione integrata?

43. Il sistema somatico
Sistema esterocettivo
-Stimoli meccanici
-Stimoli termici
-Stimoli nocicettivi
Sistema propriocettivo
Sistema introcettivo

44. I dermatomi

45. Le due vie somatosensoriali
Il sistema colonna dorsale-
lemnisco mediale
Trasporta alla corteccia
le informazioni che riguar-
dano il tatto e la proprio-
cezione

46. Le due vie somatosensoriali
Il sistema anterolaterale
Trasporta alla corteccia
le informazioni concernenti
dolore e temperatura

47. Le aree corticali somatosensoriali

48. Le aree corticali somatosensoriali: il dolore

49. Le aree corticali della visione

50. Le vie corticali della visione

51. L’udito

52. Le vie corticali dell’udito

53. Le vie corticali dell’olfatto

54. Le vie corticali del gusto