Ruolo dei Neuroni Specchio nell’apprendimento motorio e nella comprensione delle azioni

E’ davvero con grande piacere che vi presento questa tesi. Dopo l’annuncio dell’autore qualche mese fa sul nostro forum, l’abbiamo attesa con impazienza. Alessandro Cioffi, ha realizzato un ottimo lavoro, su un argomento di grande attualità ed utilità pratica. Devo infine aggiungere che la condivisione di una tesi, subito dopo la laurea, dimostra un grande altruismo e la voglia di contribuire alla crescita professionale di tutta la categoria. Alessandro appartiene alla categoria di colleghi che “da”, oltre a “prendere”, e questo testimonia una grande apertura mentale. Buona lettura!

Autore: Alessandro Cioffi

Introduzione

“I neuroni specchio sono per le neuroscienze ciò che il DNA è stato per la biologia”. (Vilayanur Ramachandran).

Con questa frase l’eminente neurologo e psichiatra indiano ci fa capire la grande importanza della scoperta di questa classe di neuroni, paragonandoli appunto alla scoperta del DNA. Essendo le neuroscienze una branca implicata in molte discipline, possiamo affermare con cognizione di causa di come le scienze motorie abbiano giovato da una simile novità scientifica.

Ovviamente concetti come l’apprendimento per imitazione, la comprensione delle azioni altrui,anche per far sì che possano essere anticipate, il coinvolgimento emotivo che proviamo ogni qual volta interloquìamo o semplicemente guardiamo un’altra persona non sono delle novità, ma vari autori in molti testi e studi citano appunto queste capacità dell’essere umano.

Quello che mancava però era una spiegazione razionale a queste tematiche,una spiegazione da un punto di vista biologico/fisiologico(G.Rizzolatti,Lisa Vozza) e non solamente tramite ipotesi di tipo filosofico,psicologico o quant’altro,anche se indubbiamente veritiere e molto importanti ancora oggi.

Prima di parlare degli argomenti trattati nella suddetta tesi è doveroso da parte mia fare un esposto sia per quanto riguarda la nuova concezione del sistema motorio sia per quanto riguarda la scoperta e il significato di questa classe di neuroni.

Iniziando a parlare del sistema motorio possiamo vedere come per decenni sia stato relegato alla semplice funzione esecutiva non conferendogli le reali doti; infatti il classico schema arcaico prevedeva innanzitutto la percezione di un qualcosa, in secondo luogo la sua integrazione con le rappresentazioni mentali interne, ed infine la meccanicità del movimento,e perciò avevamo: percezione – cognizione- movimento.

Oggi invece dobbiamo attribuire al sistema motorio un ruolo ben più importante, caratterizzato da un grande mosaico in cui entrano a far parte aree frontali e aree parietali, strettamente connesse, le quali a loro volta creano connessioni con aree visive, uditive, tattili, avendo nel complesso una funzionalità molto ben più sviluppata rispetto a quello che fino alla fine degli anni ‘80 si era portati a pensare.

Una scoperta sensazionale è stata quella, grazie soprattutto all’utilizzo dei microelettrodi (rilevatori di variazione del potenziale elettrico a livello del singolo neurone della grandezza di pochi millimetri), di trovare all’interno di determinate aree cerebrali neuroni che si attivassero per atti motori e non semplici movimenti, sparando (come in gergo neurofisiologico si usa dire) anche all’osservazione di oggetti con il quale regolarmente interagiamo e all’osservazione di azioni altrui compiute su quegli oggetti.

Possiamo dividere questi neuroni in due grandi famiglie: i neuroni canonici ed i neuroni specchio.

Ovviamente ci andremo a soffermare principalmente sulla seconda classe vedendo come questi siano implicati in funzioni sorprendenti; hanno ribaltato completamente il rigido confine tra processi percettivi, cognitivi e motori.

Soprattutto possiamo arrivare a capire come sia nelle scimmie,sia nella nostra specie di”homo sapiens” non siano realmente importanti i singoli movimenti bensì le azioni prodotte per un fine: infatti, soprattutto noi umani, per interagire con l’ambiente circostante non ci limitiamo a muovere braccia, mani e bocca, ma raggiungiamo, afferriamo o mordiamo qualcosa.

La scoperta dei neuroni specchio può farci affermare una frase a dir poco importante : un cervello che agisce è anche e innanzitutto un cervello che comprende(G.Rizzolatti-C.Sinigaglia).

La comprensione di ciò che prova la gente, di ciò che sta facendo, di ciò che ha intenzione di fare, di ciò che vuole comunicarci, è una vera e propria “telepatia” che possiamo andare a collegare a partire da una singola cellula cerebrale; il fatto notevole è la spontaneità di questa simulazione : non abbiamo bisogno di trarre inferenze complesse, né tanto meno di elaborare complicati algoritmi, ma semplicemente usiamo i nostri neuroni specchio(M.Iacoboni), ed è grazie ad essi che queste capacità sono assolutamente immediate.

Ma apriamo una breve parentesi nella scoperta di questa classe di neuroni particolare:

Erano gli inizi degli anni ‘90 e il team formato da Vittorio Gallese, Leonardo Fogassi, Luciano Fadiga e il loro coordinatore Giacomo Rizzolatti si trovava nei laboratori dell’Università di Parma svolgendo studi neurofisiologici sui macachi, specialmente dedicati a un’area detta F5 nella corteccia premotoria; quest’area deputata alla pianificazione, alla selezione, alla esecuzione delle azioni di tipo manuale,ma anche buccale, tramite milioni di neuroni presenti all’interno.

Si scelse innanzitutto di studiare sui macachi poiché secondo i neuroanatomisti questi presentano una forte corrispondenza con la corteccia cerebrale dell’uomo, e, continuando, si scelse di studiare soprattutto l’area F5 poiché l’azione manuale è un qualcosa di fondamentale nell’uomo; tramite anche l’uso della mano l’uomo ha saputo prevalere su tutte le altre specie animali terrestri.

Casualmente uno dei membri prese in mano una nocciolina esattamente davanti al campo visivo della scimmia oggetto di studio, e appena esplicò l’azione, essendo la scimmia connessa all’oscilloscopio di rilevazione dell’attività neuronale, sentì sparare come se fosse la scimmia stessa a prendere la nocciolina in questione.

Ovviamente questa bizzarra scoperta portò a una serie di esperimenti che sancirono ufficialmente la presenza di questi neuroni chiamati successivamente neuroni specchio o mirror neurons, all’interno dell’area F5; si vide che questi neuroni si comportavano come i “cugini” motori ma con la peculiarità di attivarsi anche in risposta alla vista di un’azione compiuta da un’altra persona.

Anche questi, come i motori, si attivavano ciascuno in modo molto specifico per una certa azione; perciò lo scopo dell’azione altrui fu il criterio fondamentale per classificare queste cellule nervose, arrivando ad avere quindi: neuroni afferrare, neuroni strappare, neuroni tenere, neuroni lasciare, e così via.

Possiamo definire questa situazione,un classico caso di serendipità, cioè la capacità di fare scoperte importanti in modo del tutto casuale (un esempio famoso è la scoperta della penicillina da parte di Alexander Fleming nel 1928, anche se utilizzata contro le infezioni batteriche solo a partire dal 1940).

Oltre all’area F5 si andò a studiare anche l’area F4 deputata inizialmente alla sola parte motoria del braccio, del collo e della faccia; ovviamente si scoprì anche qui un sistema specchio che rispondeva sia a stimoli visivi reali, sia anche a stimoli tattili delle suddette zone. Queste due parti collegate, visiva e tattile, fecero pensare che tali neuroni fossero implicati nel creare una mappa dello spazio che circonda il corpo (mappa peripersonale), ipotizzando che tale mappa sia una mappa di azioni potenziali eseguite dal corpo stesso.

Successivamente, infatti, Casile e coll. scoprirono come alcune classi di neuroni specchio si attivino maggiormente per azioni in cui si può interagire, quindi nello spazio peripersonale, ed altri maggiormente in azioni lontane dal proprio campo d’azione, nel cosiddetto spazio extrapersonale. In realtà poi si vide che alcuni di questi neuroni non fossero realmente sensibili alla distanza, ma alla possibilità di agire o meno (esempio ad un’azione osservata dietro un pannello di vetro non possiamo prender parte ), mentre altri rimanevano comunque influenzati dal sistema metrico.

“Il nostro cervello divide lo spazio in almeno due settori principali: quello su cui possiamo agire e quello su cui non possiamo agire”. (Marco Iacoboni).

Vari studi sui macachi iniziarono a stabilire delle altre proprietà di questi neuroni; innanzitutto si volle vedere se questi discriminassero le varie prese, di precisione, con tutte le dita o a mano piena, che risultano indispensabili per differenziare l’oggetto che si vuole afferrare.

Si notò appunto che alcuni neuroni scaricassero più per la presa di precisione per oggetti di piccola taglia, altri si attiravano di più quando la scimmia afferrava oggetti con tutte le dita per oggetti di media taglia, altri sparavano di più durante la presa mano piena per oggetti di grandi dimensioni.(Rizzolatti et al.)

A prescindere dalla loro specificità per certi tipi di presa, si notò come l’attivazione di neuroni specchio di F5 si differenziasse anche in relazione alle differenti fasi dell’atto motorio. Si vide che ben il 70% dei neuroni di F5 era attivo sia durante l’estensione delle dita, che caratterizza la preformazione della presa, sia durante la flessione, presa effettiva, e questa è un’ulteriore prova della risposta che tali neuroni hanno per atti motori e non semplicemente verso singoli movimenti.

Un altro esperimento notò che i neuroni specchio della scimmia si attivavano anche quando l’azione osservata era visibile solo parzialmente suggerendo l’eccitazione di questi anche soltanto quando l’animale era in grado di capire cosa fanno gli altri senza che realmente possa vedere l’intera azione, concetto che vedremo come molto importante nella pratica sportiva per anticipare l’azione avversaria.

Ci si chiese allora se questi neuroni fossero in grado di comprendere le intenzioni del soggetto che si sta osservando, e allora in un esperimento si misero in atto due situazioni: nella prima un macaco compiva un atto motorio seguito da un secondo; nella seconda il macaco cominciava con lo stesso atto motorio ma concludeva con un’azione diversa dall’altro. In pratica nella prima situazione si afferrava un pezzo di cibo in un contenitore e lo si portava alla bocca per mangiarlo, mentre nel secondo caso invece di portarlo alla bocca lo si poneva in un altro contenitore; in entrambi i casi si registrarono essenzialmente attivazioni di stessi neuroni ma con una potenza maggiore di alcuni per il primo caso e di altri per il secondo; perciò differenziarono neuroni afferrare per mangiare da neuroni afferrare per spostare. Questo per quanto riguarda l’azione effettuata direttamente dalla scimmia, che ovviamente non cambiava se osservava un altro soggetto fare le stesse azioni.

Importante il fatto che i neuroni della scimmia riuscissero a capire già all’inizio dell’azione quale sarebbe stato il suo fine, processo effettuato grazie sia all’oggetto osservato sia a piccole altre rilevazioni scaturite dall’esperienza. Riprenderemo quest’ultimo concetto nei prossimi capitoli.

Vorrei aprire una piccola parentesi sui neuroni canonici, scoperti prima dei colleghi specchio.

In pratica, in questa classe di neuroni presenti nell’area F5 con un circuito collegato all’area intraparietale anteriore (AIP), si è visto come creasse le trasformazioni visuo – motorie per l’interazione con gli oggetti osservati.

Questo discorso è collegato al concetto di affordance, che riprenderemo più avanti, ma che per ora ci limiteremo a dire come questo concetto ci rimanda al fatto che gli oggetti circostanti ci offrono continuamente informazioni per agire con essi, ci danno un invito su come compiere determinati movimenti o azioni( affordance dal verbo “to affor”, cioè offrire.

Dallo studio dei neuroni canonici si notò come un’altra classe di neuroni rispondesse sia quando la scimmia effettuava una determinata azione sia quando vedeva compierla da un altro soggetto: appunto i neuroni specchio.

Insomma , questo è solo un assaggio di quelle che sono le potenzialità di questa straordinaria classe di neuroni, e l’obiettivo di questa tesi sarà far capire come l’apprendimento motorio per imitazione, la comprensione dell’azione e la sua anticipazione e l’empatia nel rapporto tra istruttore e allievo o allenatore ed atleta, siano largamente influenzati dal sistema specchio e di come questo entri di diritto nella formazione dell’altleta e nell’approccio dell’allenatore verso quest’ultimo.

Abstract

All’inizio degli anni ’90 un team di ricercatori guidato da Giacomo Rizzolatti e composto da Vittorio Gallese, Leonardo Fogassi e Luciano Fadiga, scoprì nel macaco Nemestrino, tramite microelettrodi, una speciale classe di neuroni, a livello dell’area F5 nella corteccia premotoria, che si attivavano sia durante l’esecuzione di un compito( o un’azione), sia alla vista del compito stesso eseguito da un altro soggetto. La scoperta fu un vero e proprio caso di serendipità.

Per la loro particolarità di riflettere le azioni viste come se ci si specchiasse venne dato loro il nome di “neuroni specchio”. Questa scoperta fu significativa anche perché costituì un altro importante tassello che poneva la fine allo schema rigido e fisso che metteva in netta distinzione percezione, cognizione e azione, andando a conferire al sistema motorio le sue reali potenzialità. Per l’impossibilità etica di eseguire studi con microelettrodi interni nell’uomo, vennero usate varie nuove metodiche diagnostiche, grazie soprattutto a Marco Iacoboni, che sarebbero state fondamentali per sancire la presenza di questa classe nella nostra specie.

Le aree che risultarono coinvolte nel sistema specchio furono:

la porzione rostrale anteriore del lobo parietale inferiore – il settore inferiore del giro precentrale – il settore posteriore del giro frontale inferiore nonché il settore anteriore – la corteccia premotoria dorsale.

Nell’uomo,inoltre, si vide che i neuroni specchio si attivavano anche alla vista di azioni intransitive a differenza che nella scimmia. Apprendimento motorio per imitazione, comprensione delle azioni e loro previsione, empatia, sono i tre campi in qui i neuroni specchio sono implicati, e che sono perciò utilizzati per studiare al meglio la funzionalità di questi neuroni.

L’apprendimento, per dirla in breve, è l’acquisizione di una “tecnica” che poi potrà essere riproposta in futuro; nello specifico l’apprendimento motorio è l’acquisizione di un nuovo pattern che comprenda sia un’azione, sia un comportamento, sia un’espressione. L’apprendimento motorio, può avvenire, parlando di neuroni specchio, per imitazione. L’apprendimento motorio seguirà sempre tre stadi: coordinazione grezza, coordinazione fine, autonomo o della disponibilità variabile. I neuroni specchio ricoprono senz’altro un ruolo fondamentale nel primo stadio.

Il concetto di imitazione segue due strade: la prima si riferisce alla capacità di un individuo di replicare un atto, appartenente più o meno al suo repertorio mortorio, dopo averlo osservato da altri; la seconda presuppone che un individuo osservando un atto altrui apprenda quel pattern d’azione nuovo arrivando a svolgerlo, certamente con la ripetizione, in modo dettagliato. Tramite l’imitazione è quindi possibile riprodurre l’azione osservata e successivamente apprenderla.

Alcuni importanti studi sull’apprendimento imitativo hanno definito che:

• ritardare l’esecuzione dell’azione dimostrata potrebbe migliorare l’apprendimento.
• tramite i neuroni specchio l’atto motorio nuovo osservato viene spezzettato in più frammenti, mettendoli a confronto con il proprio repertorio motorio, permettono l’apprendimento del nuovo gesto.
• il sistema specchio ha la possibilità di imparare anche in modo non coerente, cioè replicando un atto motorio diverso da quello osservato.
• molto probabilmente il sistema specchio si sviluppa nel bambino tramite l’apprendimento Hebbian mentre il bambino osserva ed ascolta le proprie azioni.

Anche la comprensione delle azioni rientra nelle competenze dei neuroni specchio; anzi questa è in definitiva la competenza principale di tali neuroni.

Inoltre la cosa stupefacente è che non si limitano a comprendere l’azione vista ma ne anticipano addirittura la sua intenzione. Ovviamente questo in base al nostro vocabolario d’atti con il quale si confrontano gli atti motori osservati per comprenderli. Questo processo risulterebbe fondamentale in tutti quegli sport situazionali, di squadra e singoli, dove la rapidità con cui si anticipa l’azione avversaria, di attacco o difesa, è fondamentale per la prestazione. Ricordiamo che durante un atto motorio abbiamo ben 5 stadi, dove i primi 2 riguardano la percezione, il terzo riguarda la decisione, il quarto la selezione e il quinto e ultimo l’esecuzione. Sicuramente i neuroni specchio entrano in gioco nei primi due stadi, abbreviando di molto, in atleti allenati, i tempi di reazione.

In base agli studi effettuati possiamo affermare :

• Il contesto e l’azione sono determinanti per la comprensione dell’azione.
• Più competenze motorie si hanno su un determinato sport, maggiore è l’attivazione del sistema specchio nell’osservare gesti motori appartenenti a quel determinato sport
• Lo sviluppo del sistema specchio in un atleta professionista permette una capacità maggiore di comprendere e prevedere l’esito di un ‘azione così da anticiparla in tempi più brevi.

In ultimo empatia ed emozioni altrui.

L’empatia è l’attitudine a offrire la propria attenzione per un’altra persona.. La qualità della relazione si basa sull’ascolto non valutativo e si concentra sulla comprensione dei sentimenti e bisogni fondamentali dell’altro.

Nello sport tale discorso è sicuramente meno applicabile sul campo, ma risulta comunque di necessaria importanza per quel che concerne il rapporto tra istruttore e allievo ed allenatore e atleta. Tramite il linguaggio del corpo e l’espressività facciale l’allenatore tramite i neuroni specchio potrà capire al volo i bisogni dell’allievo così da motivarlo in caso ci siano problemi, o elogiarlo per un atteggiamento positivo.

Viceversa anche l’allievo troverà nell’allenatore quelle espressioni che gli faranno comprendere subito il suo pensiero nei suoi confronti. Si creerà insomma un forte rapporto empatico grazie al sistema specchio.

Il circuito che prende parte a questi meccanismi di comprensione delle emozioni è formato dal sistema specchio, dall’insula che funziona da ponte di collegamento e dal sistema limbico. Studi specifici hanno visto come sia nel disgusto sia nel dolore i meccanismi specchio funzionino in modo efficiente, facendo provare a chi osserva le stesse emozioni dell’osservato.

Si è visto anche come forme più astratte (cioè non osservando direttamente il volto o l’atteggiamento di una persona) attivino lo stesso i neuroni specchio.

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Indice

• Sintesi
• Introduzione
• 1 capitolo : Metodiche Neurofisiologiche e scoperta dei neuroni specchio nell’uomo
• 2 capitolo : Nuove frontiere per l’apprendimento imitativo
• 3 capitolo : Comprensione ed anticipazione dell’azione altrui
• 4 capitolo : Rapporto istruttore-allievo,allenatore-atleta : Neuroni specchio ed empatia
• 5 capitolo : Conclusioni
• Appendice 1: Botta e Risposta: neuroni specchio si o neuroni specchio no?
• Appendice 2: Il Personal Trainer e l’apprendimento imitativo
• Bibliografia

Autore: Alessandro Cioffi