CIRCUITI ATTENZIONALI

L’attività mentale è realizzata da circuiti. Il circuito dorsolaterale e il circuito oculomotore[i] costituiscono il sistema operativo.Il circuito orbitario laterale e il circuito orbitario mediale costituiscono il sistema semantico Questi circuiti sono formati da numerosi sottocircuiti interconnessi.

Essi generano i concetti, gli oggetti fisici, i pensieri. Possiamo affermare che la funzione di tali sistemi concerne la costruzione degli “psicostati”. I neurostati, invece, sono attività neuronali di specifiche aree corticali o subcorticali.

Fanno parte di ciascun circuito aree corticali e subcorticali

Il sistema operativo ha il compito di costruire i movimenti e gli “oggetti fisici”.

Il sistema semantico costruisce i significati.

La sedia che sta davanti ai miei occhi, nasce dall’agire del sistema operativo diviene un “oggetto significativo” dopo l’intervento del sistema semantico. La stessa cosa avviene con i movimenti. Il sistema operativo costruisce i movimenti, il sistema semantico rende significativo ciò che il sistema operativo ha costruito; il movimento quindi acquista un suo significato.

Il sistema semantico è la guida del sistema operativo. Nell’agire del sistema operativo la scelta delle azioni da compiere dipende dalle informazioni che il sistema semantico gli invia.

Presenziato e percepito

In qualsiasi momento della nostra giornata, i recettori sensoriali di tutti i sensi entrano in contatto con l’ambiente esterno. Essi inviano nelle aree primarie della corteccia impulsi nervosi che vengono elaborati in modo automatico attraverso vari stadi. In questo momento in cui scrivo, per esempio, dai recettori sensoriali dei piedi provengono impulsi alla corteccia somatosensitiva primaria da qui attraversano vari stadi di elaborazione. Questi processi avvengono automaticamente ed in modo inconsapevole. Chiamiamo questi costrutti con il termine di “presenziati”. Essi, infatti, sono presenti alla coscienza anche se non “percepiti”. Siamo ad un livello di conoscenza preattenzionale. Affinché ciò che è presenziato divenga percepito è necessario l’intervento dell’attenzione

I sistemi operativo e semantico, come abbiamo già detto, sono costituito da numerosi circuiti. Si tratta di circuiti attenzionali. Il loro compito è quello di trasformare un messaggio inconsapevole e quindi preconscio in un messaggio conscio (psicostato).

Caratteristiche generali dei circuiti

Il compito dei circuiti attenzionali nella costruzione dell’oggetto fisico è all’apparenza semplice. Ciascuno di essi deve essenzialmente integrare in uno spazio i dati preattenzionali (presenziati). Per fare ciò deve attivare uno spazio là dove proiettano i recettori sensoriali; esso deve inoltre essere commisurato ai dati sensoriali. In altri termini la sintesi tra materia (dati sensoriali) fornita dai presenziati e forma (spazio) fornito dall’attenzione deve essere perfetta, combaciare punto per punto.

In questo compito la corteccia prefrontale si occupa dei tempi di attivazione. Gli spazi si attivano nella corteccia parietale (sistema operativo) ed in quella temporale (sistema semantico).

Si può considerare l’attività dei circuiti attenzionali come un “processo cinematico” (spazio/temporale) che si realizza microsecondo per microsecondo.

Chiamo col termine momento attenzionale[ii] il costrutto più semplice di un circuito attenzionale.

Il momento attenzionale consta di due componenti: una “spaziale” ed una “temporale”.

Un oggetto fisico è costituito da numerosi momenti attenzionali correlati.

Anche i movimenti sono costituiti da più momenti attenzionali correlati insieme. Un singolo momento attenzionale agisce sulla corteccia motrice primaria generando la contrazione di un muscolo e il rilassamento di quello complementare.

Ciascun momento attenzionale si applica a componenti sensoriali. Nel caso del movimento la componente sensoriale è data dalla corteccia motrice primaria; nel caso della percezione la componente sensoriale origina nelle cortecce sensitive primarie

Negli schemi che utilizzeremo di seguito, la componente relativa al tempo di pertinenza della corteccia prefrontale sarà indicata con un “punto”, gli spazi con una “linea”, (lo spazio in movimento con una linea tratteggiata). Per semplicità non utilizzeremo schemi concernenti singoli momenti attenzionali, bensì gruppi associati

La costruzione dell’oggetto fisico tramite la vista

Tra i sistemi percettivi il più studiato è quello della visione. E’ risaputo che, in maniera automatica, le informazioni provenienti dai recettori sensoriali della retina, si ripartiscono in più vie parallele che elaborano: i colori, il movimento, lo spazio e la forma dell’oggetto…[iii]

Quando percepiamo un oggetto, il primo sistema che agisce è quello operativo. Esso, tramite la corteccia prefrontale, attiva due spazi. Si tratta dello spazio strutturale dell’oggetto da percepire (spazio strutturale) e dello spazio che guida i movimenti oculari (spazio oculomotore). Quest’ultimo sulla base delle informazioni dello spazio strutturale (riferimento) guida il movimento degli occhi, che effettuano la scansione dell’oggetto. Le informazioni sensoriali dalla retina giungono nella corteccia visiva primaria da qui tramite più vie poste in parallelo proiettano:

1) nella corteccia parietale (spazio strutturale) chiudendo il circuito. In tal modo lo spazio strutturale che guida i movimenti oculari si conforma alla “realtà esterna”

2) nell’area V4 (spazio dei colori)

3) nella corteccia inferotemporale (oggetto)

In un secondo momento interviene il sistema semantico.

Esso agisce sulle informazioni provenienti dai recettori sensoriali. Queste informazioni, sono dettagliate e colorate (sistema parvicellulare). Esse giungono ben organizzate in seguito alla scansione effettuata dal sistema operativo.

Il sistema semantico ricostruisce lo spazio, che è conforme a quello strutturale (parietale)

I tempi di ricostruzione del sistema semantico diventano tempi di riferimento per il sistema operativo

Abbiamo così un doppio controllo. Lo spazio semantico ha come riferimento lo spazio operativo; il tempo operativo ha come riferimento il tempo semantico.

Una regola generale di questa teoria è che ad ogni tempo corrisponde uno spazio ed ad ogni spazio corrisponde un tempo. Quindi lo spazio operativo su cui la mente attiva la scansione col sistema oculomotore ha il proprio tempo di attivazione. Anche la scansione dell’oggetto da parte del sistema oculomotore ha il suo tempo di attivazione, che dipende dal tempo operativo.

Prima di andare avanti nella trattazione è necessaria una digressione

La dislocazione temporale delle percezioni

Durante gli interventi su pazienti con patologie cerebrali sono stati condotti numerosi studi.

Interessante è il seguente esperimento.[iv]

Si stimolano con un elettrodo alcuni neuroni della corteccia somatosensitiva primaria. Il paziente, che è sveglio, riferisce di percepire una sensazione somatica corrispondente alla parte del corpo (per esempio l’alluce del piede destro) i cui recettori sensoriali proiettano sui neuroni della corteccia attivati.

Se qualche millisecondo dopo questa stimolazione, viene toccata una parte del corpo del paziente (per esempio l’alluce del piede sinistro), il paziente riferisce di aver percepito prima il tocco all’alluce del piede sinistro e dopo la stimolazione dell’alluce del piede destro. Come si spiega questo fatto?

E’ lecito supporre che a livello di percezione cosciente, il tempo venga commisurato sulla base degli stimoli periferici e non sulla base della registrazione corticale.

Dal momento che il tempo della realtà è commisurato sul momento in cui i recettori sensoriali vengono attivati, abbiamo l’impressione che l’oggetto sia ben formato davanti ai nostri occhi e che la scansione da parte del sistema oculomotore dell’oggetto trasferisca nel nostro cervello ciò che è presente e completo nella sua struttura fuori di noi.

In effetti l’oggetto è una complessa costruzione che avviene ben due volte, la seconda delle quali è quella percepita. La realtà che ci circonda è quella costruita la seconda volta dal sistema semantico. Essa è infatti significativa. Nella realtà sono presenti alberi, strade, case,…

L’oggetto fisico in movimento

Se l’oggetto è in movimento il sistema oculomotore compie due funzioni. La prima è quella di delimitare l’oggetto, la seconda funzione è quella di seguirlo nella sua traiettoria. Espleta la prima funzione, tramite il proprio spazio oculomotore di cui si è detto. La seconda funzione avviene per mezzo di uno spazio oculomotore dinamico. Anche questo, come il precedente ha un riferimento nella corteccia parietale. Si tratta dello spazio strutturale dinamico. Lo spazio oculomotore dinamico guida il movimento degli occhi, che seguono il movimento dell’oggetto. Le informazioni sensoriali dalla retina giungono nella corteccia visiva primaria da qui proiettano nell’area MT/V5 da quest’area giungono:

a) nella corteccia parietale (spazio strutturale dinamico) chiudendo il circuito. In tal modo lo spazio strutturale dinamico che guida i movimenti oculari di inseguimento si conforma alla “realtà esterna”

b) nella corteccia inferotemporale (oggetto dinamico)

Lo spazio strutturale parietale è stato ipotizzato con diversa terminologia da numerosi studiosi[v] per spiegare la “agnosia appercettiva”. Si tratta di una sindrome parietale nella quale i pazienti, tra l’altro, non riconoscono oggetti fotografati da prospettive insolite.

Anche la eminegligenza spaziale unilaterale[vi] è una sindrome parietale che può essere spiegata con la distruzione a livello di neurostato dello spazio strutturale degli oggetti

Il movimento

Il movimento altro non è che una serie ordinata di momenti attenzionali applicati ai muscoli tramite i motoneuroni della corteccia motrice primaria. Come tali hanno una componente temporale (corteccia prefrontale) ed una spaziale (corteccia parietale) Ricordiamo che la corteccia motrice primaria controlla l’intensità della contrazione muscolare, tramite la frequenza di scarica dei motoneuroni.

Chiamiamo “centro motorio” lo spazio parietale

Durante il movimento i fusi neuromuscolari e i recettori sensoriali dei piedi inviano alla corteccia somatosensitiva informazioni sulla posizione della gamba. Da essa le informazioni sensitive giungono al centro motorio. In tal modo esso si adatta alla “realtà esterna”.

I recettori sensoriali ed i fusi neuromuscolari inviano alla corteccia somatosensitiva primaria non solo informazioni relative alla posizione ma anche informazioni propriocettive

Esse proiettano, oltre che nel centro motorio anche nella corteccia temporale. Qui si attiva il sistema semantico Esso ricostruisce lo spazio, analogo a quello del centro motorio, con il proprio tempo. Questo tempo diviene riferimento del tempo operativo

Ciò spiega perché lesioni alla corteccia somatosensitiva primaria procura paresi di quella parte del corpo che proietta nel punto lesionato. Viene a mancare l’informazione al sistema semantico che guida il sistema operativo.

La percezione aptica

Supponiamo di prendere un oggetto in mano un bicchiere. La mano assume la forma del bicchiere. Essa agisce come il sistema oculomotore fa con la vista, effettua una scansione dell’oggetto. In questa scansione il centro motorio è guidato dallo spazio operativo dell’oggetto. Le informazioni sensoriali di ritorno consentono al centro motorio ed allo spazio operativo di conformarsi alla “realtà esterna”. Queste informazioni, inoltre proiettano al corteccia temporale ed innescano il sistema semantico. La costruzione spaziale viene ripetuta e l’oggetto viene riconosciuto da quest’ultimo sistema.

A questo punto si può fare una semplice obiezione. Ma se noi tastiamo con la mano un oggetto che abbiamo visto ma mai toccato, chi guida i movimenti del centro motorio visto che non è conservato in memoria lo spazio strutturale?

La risposta a questa domanda ci dà l’opportunità di chiarire le interrelazioni tra centro motorio, spazio operativo e spazio semantico

Quando tastiamo un oggetto eseguiamo dei piccoli movimenti delle dita che corrispondono a momenti attenzionali. La risposta dei recettori sensoriali guida i momenti attenzionali dello “spazio strutturale” nonché i momenti attenzionali dello “spazio semantico”. I momenti attenzionali del sistema semantico guidano i momenti attenzionali del sistema operativo. Quando l’oggetto viene riconosciuto dal sistema semantico, i suoi momenti attenzionali vengono fissati in memoria nello spazio strutturale. La memoria dell’oggetto viene così conservata nell’attività di tre circuiti:

1) movimenti della mano

2) sistema operativo

3) sistema semantico

C’è da chiedersi il perché di questa ridondanza. E’ ovvio che vi deve essere una memoria specifica per i movimenti di qualsivoglia gruppo muscolare. Fondamentale è anche una memoria semantica. Ci consente di riconoscere l’oggetto con il tatto. Ma a cosa serve la memoria del sistema operativo (lo spazio strutturale con i suoi tempi)?

Supponiamo di dover riconoscere l’oggetto precedente con l’altra mano. Il sistema che guida i movimenti di questa seconda mano a quale spazio fa riferimento? La risposta è ovvia. Fa riferimento allo spazio operativo.

Esso quindi funge da riferimento per qualsivoglia coordinazione di momenti attenzionali finalizzati a quel movimento.

C’è di più. Dal momento che tutti i sistemi sensoriali utilizzano la stessa modalità operativa, l’oggetto conosciuto con la vista può essere riconosciuto immediatamente al tatto.Infatti la percezione visiva e tattile utilizzano circuiti diversi ma analoghi momenti attenzionali.

La conferma di ciò viene da una particolare patologia parietale: l’atassia ottica o incoordinazione visuomotoria I pazienti che ne sono affetti hanno difficoltà nell’integrare l’informazione visiva sulla localizzazione dello stimolo con l’informazione somatosensoriale riguardo alla posizione mano/braccio. Palesano chiara difficoltà a dirigere la mano verso lo stimolo visivo ed a conformare la mano alla forma dell’oggetto visto.[vii]

Tale patologia si spiega in modo semplice supponendo che nella corteccia parietale (solco interparietale) si attivi un centro motorio (spazio strutturale) comune alla visione e al movimento mano/braccio.

Parcellizzazione della corteccia parietale

L’atassia ottica può essere lo spunto per trattare il modo in cui è ripartito, a livello di neurostati, lo spazio nella corteccia parietale.

Questa patologia, come del resto tutte le patologie cerebrali, presenta una doppia dissociazione. Alcuni pazienti hanno difficoltà in ambedue le componenti il movimento e cioè la fase prossimale (direzione del movimento) e quella distale (conformazione della mano all’oggetto); altri pazienti eseguono bene la fase prossimale ed hanno difficoltà in quella distale; altri ancora presentano problemi opposti eseguendo bene la fase distale e male quella prossimale.

Ciò fa pensare che due aree separate della corteccia parietale si occupano delle due componenti. Dal momento che la corteccia parietale è la parte di un circuito, è ovvio supporre che due circuiti diversi sono interessati ciascuno ad una componente il movimento dell’arto nella prensione degli oggetti.

Ciò che mi ha colpito maggiormente nello studio della neuropsicologia è il numero alto delle doppie dissociazioni presenti nelle varie patologie. Per esempio i disturbi causati dal disorientamento visivo consistono nella difficoltà a valutare la distanza fra gli oggetti (cioè quanto sono vicini o lontani in profondità) nonché nella difficoltà a giudicare la loro localizzazione sul piano coronale (cioè a sinistra o a destra dalla posizione del corpo). Anche in questo caso sono state trovate doppie dissociazioni. [viii]Ciò fa supporre che due circuiti diversi lavorano per realizzare questa funzione.

Considerando il numero alto delle patologie parietali (si pensi anche ai numerosi disturbi del linguaggio, del calcolo…) si può arguire che i sottocircuiti che costituiscono il sistema dorsale sono centinaia.

Plasticità neuronale

La frammentazione dell’attività cognitiva non è un handicap. Al contrario dal momento che ciascun circuito agisce con modalità uguali, l’esperienza dell’uno può trasferirsi nell’altro.

Il fatto che la percezione ed il movimento ubbidiscano agli stessi principi facilita enormemente il compito della mente. Supponiamo di dover fare un qualsiasi movimento con la mano, per esempio disegnare un cerchio. Il centro motorio che si attiva nella corteccia parietale viene revisionato continuamente sulla base dei risultati ottenuti che consentono di monitorare il circuito. I risultati, però, sono misurati dalla vista. La visione di un cerchio imperfetto mi consente una correzione. Dal momento che il movimento oculomotore agisce in modo analogo al movimento del braccio e della mano, è più facile effettuare una correzione.

Una volta imparato un movimento (si pensi alla firma) che si concretizza in una coordinazione motoria di un gruppo di muscoli, esso può essere ripetuto con un gruppo di muscoli diverso ( firma su di un foglio e firma alla lavagna). Imparare un nuovo movimento altro non è che coordinare tempi e spazi di uno specifico circuito. Questa esperienza può essere sfruttata da circuiti collaterali.

Supponiamo di vedere un oggetto. Possiamo chiudere gli occhi e conformare le mani all’oggetto visto anche se non lo abbiamo mai toccato. Si può realizzare l’esperienza opposta. Tastare con le mani un oggetto sconosciuto e immaginare la sua forma a livello visivo. Quando camminiamo, il sistema visivo e quello propriocettivo interagiscono senza che ce ne rendiamo conto. Stiamo camminando su un marciapiedi.Una macchina parcheggiata ostruisce il passaggio. Lo spazio per passare viene misurato dalla vista e immediatamente ci rendiamo conto se il nostro corpo ci passa senza strisciare il muro. L’informazione visiva viene trasferita a livello propriocettivo e misuriamo col corpo lo spazio.

In tal modo è possibile, usando circuiti diversi, vedere un oggetto ed immaginarlo subito dopo. E’ possibile sognare ad occhi aperti e chiusi.

Informazione sensoriale e circuiti attenzionali

Abbiamo illustrato in che modo i circuiti attenzionali integrano (costruendo uno spazio) le informazioni sensoriali. Gli psicostati nascono da questa sintesi tra materia e forma.

C’è da chiedersi se è possibile l’ipotesi della Scuola Operativa Italiana[ix] che vede gli psicostati quali attività mentale pura e la sintesi tra psicostati e informazioni sensoriali quali costituenti gli oggetti fisici.

Questa tesi nasce dall’ovvia considerazione che moltissimi concetti non hanno alcunché di fisico. Si pensi a verbi quali: essere, sconvolgere, pensare. Questo si può spiegare con l’ipotesi che esiste un’attività mentale (attenzionale) pura, che non si applica cioè ai dati sensoriali. Essa costruisce gli psicostati “astratti”. L’applicazione dell’attività attenzionale ai dati sensoriali, integrando materia e forma costituisce ciò che è fisico.

Io ero partito da questa ipotesi, ma i dati neurofisiologici non la confermano. Nel cervello ogni area sembra funzionare come una elaborazione di dati sensoriali. E’ inconciliabile con questa ipotesi, per esempio il fatto che la maggior parte (se non ricordo male circa l’80%) del manto corticale nel macaco svolge funzioni visive. Viene da pensare che il rimanente 20% sia correlato agli altri organi di senso. Il cervelletto contiene più aree somatotopiche. Anche a livello subcorticale vi sono rappresentazioni somatotopiche. Non c’è alcuna area che in modo diretto o indiretto non sia collegata alla corteccia motrice primaria o a una delle cortecce sensoriali primarie.

Scartata l’ipotesi che esistano momenti attenzionali puri, bisogna capire come possa la mente attraverso l’elaborazione di psicostati “fisici” costruire i pensieri.

Prima di affrontare questa tematica è opportuno soffermarsi su una problematica derivante dalla sola presenza di psicostati fisici. Essa è la seguente: se lo psicostato è una sintesi tra materia e forma la sua natura dipende da ambedue le componenti. Ebbene se appare plausibile che psicostati visivi siano simili e si integrino (vedi atassia ottica) con quelli somestetici, è inverosimile che ciò accada tra psicostati concernenti l’udito, l’odorato e la vista. Infatti le informazioni sensoriali di queste tre modalità sono notevolmente diverse le une dalle altre. Lo spazio strutturale di un suono che integra il presenziato proveniente dalla corteccia uditiva primaria differisce da quello spaziale o cinestetico. Ciò vuol dire che possiamo misurare con la mano ciò che abbiamo misurato con la vista ma non ciò che abbiamo misurato con l’udito.

I blocchi

Immaginiamo di muoverci a casa nostra e di voler raggiungere la credenza posta di fronte a noi. In una frazione di secondo misuriamo con la vista la distanza che ci separa da essa. I passi che noi muoviamo sono rapportati a questa distanza. Questa esperienza ci insegna che gli psicostati possono essere uno il riferimento dell’altro. D’altronde gli oggetti fisici che ci circondano sono costituiti da figura e sfondo. In genere nessuno psicostato è percepito da solo, c’è sempre un sistema di riferimento.Il pavimento, la parete, la stanza. Anche i suoni sono inseriti in uno spazio visivo o somatosensitiva; così pure gli odori.

Questa relazione interviene, tra l’altro, tutte levate che effettuiamo una misura. Per esempio col metro misuriamo l’altezza di una persona.

Due psicostati possono associarsi all’interno di un sistema di riferimento. Si pensi ad una sedia ed ad un tavolo all’interno di una stanza. Essi entrano in relazione di vicinanza. Abbiamola relazione la sedia vicino al tavolo

Questo costituisce un blocco, cioè una relazione significativa tra psicostati.

Il riferimento ed il riferito possono anche essere i tempi. Per esempio avendo come riferimento il tempo possiamo misurare la durata di un’azione; possiamo stabilire ciò che accade prima rispetto a ciò che accade dopo

Il significato di ogni blocco, semplice o complesso che sia, è dato dal sistema semantico e quindi da ciò che percepiamo.

Il punto fondamentale è il seguente. Partendo da questi due tipi di costrutti (riferimento ed associazione) è possibile costruire la gamma quasi infinita dei pensieri umani?