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Metri (tecniche) di studio del sistema nervoso - Tecnica di Averaging (media)



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giovedì 5 novembre 1998


Metri (tecniche) di studio del sistema nervoso

Questi ultimi 10 anni sono stati di grande importanza per lo sviluppo della neuroscienza (compresa la psicologia).

Ma dobbiamo chiederci come mai siamo riusciti a scoprire queste cosa solo ora. La causa è stata certamente lo sviluppo dei metodi.

Metodi di studio del sistema nervoso:

Registrazione di attività psicologiche dalla superficie del corpo nell'uomo.

Metodi di visualizzazione dei danni cerebrali nell'uomo.



Metodiche fisiologiche e farmacologiche invasive.

Metodi di studio del comportamento:

Test neuropsicologici.

Metodi comportamentali in psicofisiologia.

Paradigmi biopsicologici per lo studio del comportamento animale.


È da 100 anni che abbiamo la possibilità di registrare l'attività elettrica con elettrodi fuori dalla testa.

Registrazione di attività elettrica della superficie:

Elettroencefalografia (cap. 50, Kandel).

Elettroencefalografo (EEG):

derivazioni monopolari (solo un elettrodo attivo) o bipolari (due elettrodi attivi);

basso voltaggio: 1-l0 mv (dovuto a una bassa resistenza extra cellulare e alla grande distanza dalla sorgente) [vedi . 23.4, . 315, Mancia; . 50.8, Kandel];

EEG riflette principalmente il potenziale sinaptico cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule piramidali [vedi . 23.7, . 318, Mancia]. Noi vediamo differenze di carica solo nella direzione da dentro a fuori il cervello. Polo negativo e polo positivo dipendono dalla influenza presinaptica;

Forma d'onda caratteristiche:

Alfa (8-l3 Hz): Riposo. Lobi parietali e occipitali.

Beta (13-30 Hz): Attività mentale. Lobi frontali.

Delta (0.5-4 Hz): Sonno.

Teta (4-7 Hz): sonno.

[vedi . 50.1, Kandel]


Per l'EEG il salto più importante era di usare tecniche di registrazione per potenziali evocati (PE).


Elettrodi collegati a un preamplificatore che funziona anche da isolatore (dei soggetti dall'elettricità). Il preamplificatore può essere:

ottico;

magnetico.

Tecnica di Averaging (media):

Facciamo più tracciati, li sommiamo e facciamo la media. Questo metodo serve per eliminare il rumore (disturbo, variazione casuale che con l'averaging pian piano sparisce).

Il computo del valore medio (averaging) dell'ampiezza dei potenziali evocati sensitivi (SEP) aumenta il rapporto tra segnale (S) e rumore (R). I SEP registrati dallo scalpo sovrastante il giro postcentrale (corteccia somatosensiva primaria) compaiono con latenze caratteristiche a seguito della applicazione dello stimolo meccanico; tuttavia l'ampiezza di queste risposte è piccola rispetto alla fluttuazione dell'EEG eseguite durante l'applicazione di 9 stimoli (percussione). Mediante un computer viene calcolato il valore medio dell'ampiezza delle 9 registrazioni; con tale procedimento le fluttuazioni casuali presenti nell'EEG si elidono reciprocamente, mentre viene messo in evidenza il SEP medio, nel quale sono ben evidenti il decorso temporale e le forme d'onda degli eventi elettrici implicati nell'elaborazione dell'informazione sensitiva.

Se noi stiamo facendo una somma l'ampiezza del segnale (S) è proporzionale al numero della somma (n) T S a n quindi il segnale cresce in modo lineare.



Il rumore (R) va in proporzione alla radice del numero della somma ( n) perché il rumore è casuale e, quindi, non si può avere una sommazione lineare. T Ra n

Quello che ci interessa è il rapporto tra S e R:

il segnale cresce linearmente con n;

il rumore cresce con n;

quindi     n n

n

Il miglioramento no è lineare, va con la , quindi se voglio un miglioramento di 100 devo fare 100.000 somme.

Potenziale Evocato e neuro-averaging:

SEP: cambiamento dell'EEG in risposta ad una stimolazione sensoriale;

Il SEP (il segnale) è estratto dall'EEG sfondo (rumore) con le tecniche di averaging: mediando diverse tracce registrate in risposta ad una stessa stimolazione;

Si registra SEP a stimoli visivi, acustici, meccanici, gustativi ed olfattori;

Ogni SEP è caratterizzato con picchi + e picchi -, generati da più strutture neurali;

I picchi precoci sono generati dai meccanismi sottocorticali e quelli intermedi dalla corteccia primaria;

I picchi tardi (300-500 msec) sono chiamati potenziali correlati ad eventi (ERP, Event Related Potentials) e possono misurare processi cognitivi come l'attenzione e la memoria.

Vantaggi:

a) economico;

b) risoluzioni temporali molto precise (possiamo distinguere piccole differenze di tempo).

Svantaggi:

a) basse risoluzioni spaziali(non si sa la provenienza di PE ed EEG) . MA è possibile migliorare la risoluzione spaziale mettendo più elettrodi ed osservando le differenze di risposte uno rispetto all'altro.


Elettromiografia (EMG):

si registra dai muscoli con elettrodi esterni o interni (aghi sottili) per isolare singole unità.

Elettroculografia (EOG):

è meno invadente: 4 elettrodi intorno all'occhio (una coppia per il movimento orizzontale e una per quello verticale); NO movimento oculare, MA registrazione del cambio di orientamento delle cariche;

potenziali generati dai movimenti oculari;

creati dalla carica elettrica dell'occhio: la parte posteriore (retina) è più negativa della cornea;

il sistema è economico, poco ingombrante e veloce, ma la precisione è limitata (> 1°).


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