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Interazioni tra sistemi Interazioni tra sistemi

sensoriali e movimentosensoriali e movimento

Mirta FiorioMirta Fiorio

Dipartimento di Scienze Neurologiche e della VisioneDipartimento di Scienze Neurologiche e della VisioneUniversità di VeronaUniversità di Verona

PERCEZIONEPERCEZIONE

AZIONEAZIONE

Quando ci muoviamo e agiamo nell’ambiente Quando ci muoviamo e agiamo nell’ambiente esterno diversi tipi di informazione devono esterno diversi tipi di informazione devono essere integrati per permettere un’accurata essere integrati per permettere un’accurata pianificazione, controllo ed esecuzione del pianificazione, controllo ed esecuzione del movimento.movimento.

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Esempio Ho

fame!

È una mela, buona!È una mela, buona!

È sull’alberoÈ sull’albero

Sistema visivo:Sistema visivo:

Dove? Dove?

Cos’è? Cos’è?

Sistema motorio:Sistema motorio:

Come? Come? Movimento delle gambeMovimento delle gambeMovimento della spallaMovimento della spallaMovimento del braccioMovimento del braccioAfferramentoAfferramento con la manocon la mano……

Sistema che integra le informazioni visive sull’oggetto con l’atSistema che integra le informazioni visive sull’oggetto con l’atto motorio:to motorio:Dove si trova il mio braccio rispetto alla mela?Dove si trova il mio braccio rispetto alla mela?Quanta velocità e forza devo usare viste la dimensione e il probQuanta velocità e forza devo usare viste la dimensione e il probabile peso abile peso della mela?della mela?

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Il sistema visivo rappresenta la posizione spaziale Il sistema visivo rappresenta la posizione spaziale dell’oggetto da afferrare in coordinate dell’oggetto da afferrare in coordinate retinocentricheretinocentriche, , mentre il sistema motorio rappresenta la posizione mentre il sistema motorio rappresenta la posizione dell’oggetto in coordinate articolari. dell’oggetto in coordinate articolari.

Il compito del cervello è trasformare la posizione del Il compito del cervello è trasformare la posizione del target da coordinate target da coordinate retinocentricheretinocentriche a coordinate a coordinate articolari, in modo che il sistema motorio possa articolari, in modo che il sistema motorio possa impartire un comando che abbia come risultato finale impartire un comando che abbia come risultato finale l’azione desiderata: la mano che afferra ciò che gli occhi l’azione desiderata: la mano che afferra ciò che gli occhi vedono.vedono.

Trasformazioni Trasformazioni sensorisensori--motoriemotorie

Durante la pianificazione di un movimento verso un target, è necessario avere una stima corretta della posizione della parte del corpo da muovere al fine di:

1) Pianificare la direzione del movimento

2) Convertire questa direzione in un comando motorio

Questa stima è data grazie all’integrazione di feedbacks visivi e propriocettivi.

Segnali visivi

Segnali propriocettivi

Pianificare la direzione del movimentoPianificare la direzione del movimento

Il vettore di movimento desiderato viene calcolato in Il vettore di movimento desiderato viene calcolato in uno spazio visivo (estrinseco), sottraendo la posizione uno spazio visivo (estrinseco), sottraendo la posizione stimata del braccio alla posizione del target.stimata del braccio alla posizione del target.

Convertire la direzione in un comando motorioConvertire la direzione in un comando motorio

Il vettore di movimento estrinseco deve essere Il vettore di movimento estrinseco deve essere trasformato in un comando motorio intrinseco basato trasformato in un comando motorio intrinseco basato sulle articolazioni. Questa trasformazione richiede una sulle articolazioni. Questa trasformazione richiede una stima della posizione iniziale del braccio.stima della posizione iniziale del braccio.

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Se la posizione iniziale del braccio è stimata Se la posizione iniziale del braccio è stimata erroneamente, potranno verificarsi due tipi di errori erroneamente, potranno verificarsi due tipi di errori nell’esecuzione del movimento di raggiungimento nell’esecuzione del movimento di raggiungimento verso il target. verso il target.

Errore nella valutazione dell’angolo Errore nella valutazione dell’angolo dell’articolazione del gomito. Errore dell’articolazione del gomito. Errore nell’esecuzione del comando motorio.nell’esecuzione del comando motorio.

Errore nella valutazione della posizione del dito Errore nella valutazione della posizione del dito rispetto al target. Il vettore di movimento rispetto al target. Il vettore di movimento pianificato sarà sbagliato. pianificato sarà sbagliato.

Studio di Sober e Sabes 2003, 2005

Questi tipi di errore possono essere introdotti con:Questi tipi di errore possono essere introdotti con:

-- perturbazioni visive (per esempio spostando perturbazioni visive (per esempio spostando illusoriamenteillusoriamente il target). il target).

-- perturbazioni perturbazioni propriocettivepropriocettive (per esempio (per esempio vibrazione ad alta frequenza del tendine o vibrazione ad alta frequenza del tendine o condizioni patologiche, v. condizioni patologiche, v. ParkinsonParkinson). ).

vista

movimento

??

Come riesce il cervello a integrare le Come riesce il cervello a integrare le

informazioni sensoriali con l’atto motorio?informazioni sensoriali con l’atto motorio?

tatto

udito

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Studi Studi neurobiologicineurobiologici su singoli neuroni e studi su singoli neuroni e studi neuropsicologicineuropsicologici in pazienti suggeriscono che la in pazienti suggeriscono che la corteccia parietale posteriore e la corteccia corteccia parietale posteriore e la corteccia intraparietaleintraparietaleventrale eseguono questa trasformazione da coordinate ventrale eseguono questa trasformazione da coordinate sensoriali a motorie. sensoriali a motorie.

IpotesiIpotesi: : queste aree ricevono informazioni da diverse modalità queste aree ricevono informazioni da diverse modalità sensoriali: visiva, uditiva, vestibolare, somatica, e le sensoriali: visiva, uditiva, vestibolare, somatica, e le convertono in coordinate centrate su punti di riferimento convertono in coordinate centrate su punti di riferimento diversidiversi (occhi, testa, corpo, mondo esterno) in base alla (occhi, testa, corpo, mondo esterno) in base alla configurazione iniziale del corpo e agli scopi da raggiungere.configurazione iniziale del corpo e agli scopi da raggiungere.

Sistema visivo e azionePercepire per riconoscere o percepire per agire?

via del dove: elaboral’informazione spaziale

Via dorsale

Via ventrale via del cosa: elaborale caratteristichedegli oggetti

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La rappresentazione di un’azione facilita La rappresentazione di un’azione facilita il riconoscimento visivo degli oggettiil riconoscimento visivo degli oggetti

Helbig et al., 2006

L’accuratezza è maggiore per coppie L’accuratezza è maggiore per coppie di oggetti che implicano le stesse di oggetti che implicano le stesse azioniazioni

Osservare un’azione facilita il sistema Osservare un’azione facilita il sistema

motoriomotorio

RizzolattiRizzolatti etet al., 1996al., 1996

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L’eccitabilità del sistema cortico-spinale umano è maggiore durante l’osservazione di azioni rispetto a osservazione di oggetti (Fadiga et al.1995).

Organizzazione somatotopica: gli stessi muscoli coinvolti nell’esecuzione reale del movimento sono anche maggiormente attivi durante l’osservazione del movimento stesso (Fadigaet al. 1995; Romani et al. 2005).

Sistema mirror nell’uomo

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L’attivazione premotoria potrebbe riflettere un meccanismo che confronta le azioni osservate con rappresentazioni motorie corrispondenti (Rizzolatti et al. 2001).

Un simile sistema nell’uomo potrebbe avere una duplice funzione:

• favorire il riconoscimento delle azioni eseguite da altri

• permettere l’apprendimento di azioni attraverso l’imitazione delle azioni osservate (Rizzolatti etal. 2001)

Sistema mirror nell’uomo

Corteccia premotoria dorsale

= stimoli di balletto classico

= stimoli di capoeira

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Sistema Sistema somatosensorialesomatosensoriale e e

movimentomovimento

I sistemi motorio e I sistemi motorio e somatosensorialesomatosensoriale non non sono separati, ma interagiscono e si sono separati, ma interagiscono e si influenzano a vicenda.influenzano a vicenda.

Il sistema Il sistema somatosensorialesomatosensoriale è lo strumento è lo strumento primario del sistema nervoso per comunicare primario del sistema nervoso per comunicare al cervello come il al cervello come il corpocorpo è configurato, se è in è configurato, se è in pericolo, se è in contatto con altri oggetti e pericolo, se è in contatto con altri oggetti e quali sono le caratteristiche degli oggetti con quali sono le caratteristiche degli oggetti con cui entra in contatto. cui entra in contatto.

I recettori dei muscoli e delle articolazioni servono per aggiornare continuamente il cervello sulla posizione e movimento degli arti (propriocezione). Questa informazione aiuta a creare una rappresentazione interna del

corpo.

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Rappresentazione interna del corpo e dei suoi movimenti.

Grazie ad essa, il cervello è in grado di:

- programmare movimenti accurati anche quando il target da raggiungere è nascosto

- valutare le conseguenze delle azioni per mezzo di una simulazione anticipata e immaginata di come l’azione potrebbe concludersi.

Schema corporeoSchema corporeo

L’immaginazione motoria e sensoriale è continuamente usata dalle persone per elaborare soluzioni ai problemi, sia astratti che concreti, prima di implementare le soluzioni nell’ambiente esterno.

Interazioni anatomicheInterazioni anatomiche

I legami tra i canali sensoriali tattili e l’output motorio si trovano a diversi livelli del sistema nervoso centrale.

Le fibre cutanee proiettano ai neuroni motori e agli interneuroni a livello spinale, così come a neuroni di proiezione che portano l’informazione alle aree corticali.

L’area motoria primaria riceve proiezioni dalle aree 1–3 della corteccia in somatosensoriale

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Interazioni anatomicheInterazioni anatomiche

Soglia tattile e movimentoSoglia tattile e movimento

Studio di Williams e Chapman, 2000

Soppressione sensoriale: diminuzione della sensibilità Soppressione sensoriale: diminuzione della sensibilità tattile durante un movimentotattile durante un movimento

Da dove origina questa soppressione Da dove origina questa soppressione

sensoriale?sensoriale?

Studio di Voss et al., 2005

TMS su M1 durante un compito di discriminazione tattile

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La preparazione di un comando motorio è sufficiente per ottenere la soppressione sensoriale anche in assenza di movimento reale.

Feedback tattile e movimenti delle ditaFeedback tattile e movimenti delle dita

Studio di Studio di RabinRabin etet al., 2004al., 2004