I sistemi sensoriali

Tutte le informazioni relative al mondo esterno sono raccolte dai sistemi sensoriali.
“I sistemi sensoriali si differenziano per la modalità delle sensazioni stesse. Sin dai tempi antichi sono state distinte cinque modalità sensoriali: la visione, l’udito, il gusto, il tatto, l’olfatto. Nell’ambito di ciascuna modalità si distinguono qualità diverse o submodalità…
Per esempio il colore e la percezione del movimento degli oggetti sono submodalità della visione.
I neuroni che raccolgono direttamente le informazioni provenienti dall’esterno sono chiamati recettori sensoriali…
Ogni recettore sensoriale ha un proprio campo recettivo, che è costituito dallo spazio recettivo entro cui si trova e del quale provvede alla trasduzione degli stimoli…
I neuroni che fungono da recettori convergono su neuroni di secondo ordine e a loro volta questi neuroni entrano in contatto con neuroni di terzo ordine e questi, poi con neuroni di ordine superiore.
A livello sottocorticale, (prima cioè che i segnali giungono alle aree percettive primarie della corteccia), le informazioni sono trasmesse da neuroni di ordine inferiore a neuroni di ordine superiore a livello dei nuclei di ritrasmissione.
Tutti i neuroni dei nuclei di ritrasmissione possiedono un campo recettivo che dipende dalle afferenze che direttamente o indirettamente giungono dai recettori sensoriali.
Tuttavia, i campi recettivi dei neuroni di ordine superiore sono più grandi e più complessi di quelli che fungono da recettori.
Mentre i campi recettivi dei recettori sensoriali sono semplici e solo eccitatori, i campi recettivi dei neuroni dei nuclei di ritrasmissione possiedono di norma zone eccitatorie e zone inibitorie.
L’aggiunta di una zona inibitoria al campo recettivo costituisce un importante meccanismo per aumentare il contrasto tra gli stimoli e quindi fornisce ai sistemi sensoriali l’opportunità di aumentare il loro potere di risoluzione spaziale…
Non tutti i recettori sono direttamente implicati nel processo di localizzazione spaziale dello stimolo. Per esempio i recettori uditivi sono sensibili alla frequenza dei suoni e non alla sede da cui si originano…
Il talamo è una stazione di ritrasmissione essenziale per l’elaborazione delle informazioni sensoriali. Praticamente tutte le vie che trasmettono informazioni sensoriali alla corteccia cerebrale s’interrompono a livello talamico. A loro volta, i neuroni talamici di ogni sistema sensoriale proiettano ad aree sensoriali primarie specifiche della corteccia cerebrale…
Nei sistemi sensoriali, (unitamente a quelli motori e motivazionali) si distinguono, sia dal punto di vista anatomico che da quello funzionale, diversi subsistemi, ciascuno dei quali svolge compiti specifici. Per esempio, ogni modalità sensoriale (udito, visione, tatto, ecc.) è mediata da un particolare sistema. All’interno di ogni sistema specifico si distinguono vie ancora più specializzate. Il sistema visivo, per esempio, possiede vie distinte per la percezione di oggetti immobili rispetto all’osservatore e per la percezione del movimento di oggetti seguiti con lo sguardo dall’osservatore. Queste vie lavorano di concerto per la percezione del movimento degli oggetti. Allo stesso modo, vie somatosensitive anatomicamente distinte, come quelle per il tatto e il dolore, ritrasmettono alla corteccia cerebrale informazioni provenienti da recettori cutanei diversi.
Anche il sistema motorio è costituito da diverse vie specifiche, che decorrono dai centri cerebrali superiori di elaborazione al midollo spinale. Per esempio, il tratto piramidale controlla i movimenti volontari fini delle dita e della mano, mentre altre vie motorie controllano la postura e regolano i riflessi spinali…”

Funzione delle aree primarie

Possiamo ripartire le aree primarie in due tipologie. Si tratta delle aree percettive (udito, vista, tatto, olfatto, gusto) e della corteccia motrice primaria preposta al movimento.
I movimenti elementari e le loro combinazioni sono realizzati dalla corteccia motrice primaria. Essa assieme ai motoneuroni (si tratta dei neuroni che determinano la contrazione o il rilassamento dei muscoli), è geneticamente organizzata per l’esecuzione di quei movimenti di cui la specie è capace.
Quest’organizzazione genetica coinvolge tutte le aree primarie.
L’aria visiva primaria assieme ai recettori sensoriali della vista è in grado di percepire tutti quegli oggetti e quei colori per i quali la specie è programmata geneticamente.
Si tratta di una potenzialità che si realizza tramite l’esperienza.
Al di fuori delle potenzialità genetiche le aree primarie non possono andare. Così non possiamo vedere i colori dell’infrarosso o dell’ultravioletto, non possiamo ruotare la mascella, …
 
Le aree percettive primarie si occupano della “percezione” di oggetti, suoni, rumori odori; non si occupano della loro memorizzazione. Qualsiasi sia il percetto che entra in contatto con i vari recettori sensoriali esso è percepito tramite essi e le aree primarie.
Altre sono le aree che hanno la funzione di memorizzarlo. Da ciò discende che una lesione all’area somatosensitiva primaria (ci fa percepire attraverso il tatto) relativa alla mano destra impedisce la percezione di qualsiasi oggetto sia toccato con la mano destra. Non accade mai che la lesione di quest’area consente la percezione di corpi sferici impedendo al contempo la percezione di corpi spigolosi.
Ciò può solo accadere dopo lesioni in un’area in cui è conservata la memoria di uno dei due tipi di corpi.
Alcuni, in tal caso sono percepiti ma non riconosciuti.
Per questo motivo, una lesione ad una porzione della corteccia occipitale (area percettiva primaria per la vista), impedisce la percezione di qualsiasi oggetto o parte di esso che è situato all’interno del campo visivo relativo la parte lesionata.
La stessa cosa possiamo dire della corteccia motrice primaria.
Essa ha un’organizzazione cerebrale somatotopica. In essa vi è rappresentato un homunculus che riproduce con proporzioni diverse l’intero corpo. Le parti rappresentate in modo più ampio nella corteccia motrice primaria sono quelle preposte ai movimenti più dettagliati (le mani, le dita, …)
Se è lesionata l’area della mano destra noi non possiamo effettuare alcun movimento con questa mano. Essa, infatti, non contiene la memoria dei vari movimenti eseguiti; è geneticamente programmata per la potenziale esecuzione di tutti quei movimenti consentiti alla specie.
Tutti i sistemi percettivi (recettori sensoriali) sono formati da più vie disposte in parallelo. In particolare si distinguono due vie che, per quanto concerne la visione, sono chiamate via del dove e via del che cosa (sistema magnocellulare e sistema parvicellulare). Ciascuna di queste due vie è ripartita in altri sottosistemi. Per quanto concerne la vista, la via del dove si differenzia relativamente alla posizione degli “oggetti immobili” e di quelli “in moto”. La via del che cosa è ripartita in due sottosistemi, uno per la “forma” e l’altro per i “colori”.
La ripartizione in due vie dell’organizzazione dei recettori sensoriali dipende da un motivo fondamentale.
Una via è interessata dalle attività attenzionali di tipo spaziale; l’altra riguarda le attività attenzionali di tipo temporale
Le attività attenzionali si realizzano esclusivamente sulle informazioni spaziali e temporali.
Ciò vuol dire che per ogni sistema sensoriale una delle due vie riguarda solo l’organizzazione spaziale delle informazioni sensoriali.
La seconda via raccoglie ed elabora ed organizza su base temporale le informazioni modali.
La componente modale della percezione si origina e dipende dai recettori sensoriali periferici.
In ambito somatosensitivo, per esempio, la nocicezione, il caldo/freddo, il duro/molle, il liscio/ruvido, il leggero/pesante nascono dalle peculiari caratteristiche dei recettori sensoriali.
La componente spaziale della percezione dipende principalmente dall’organizzazione dei recettori sensoriali nonché delle aree cerebrali su cui proiettano.
Un’ulteriore caratteristica delle aree percettive primarie è il fatto che tutte le informazioni provenienti dai recettori sensoriali sono acquisite da queste aree. A loro livello non vi è alcun filtro che selezioni alcuni “percetti” rispetto ad altri.
Gli esperimenti di Hubel e Wiesel erano condotti, negli anni sessanta, sulla corteccia visiva primaria della Scimmia anestetizzata. Nonostante lo stato di incoscienza dell’animale, le cellule nervose rispondevano a punti luminosi e barrette luminose che cadevano nel loro campo visivo.
Se le aree primarie registrano tutte le informazioni a che livello avviene la selezione delle stesse?  Che vi sia un filtraggio delle informazioni sensoriali, è ovvio. In caso contrario noi percepiremmo contemporaneamente odori, sapori, sensazioni tattili, suoni e rumori da tutte le parti del corpo e da tutto lo spazio circostante.
L’operazione di filtro selettivo è realizzata da sistemi attenzionali che agiscono sulle informazioni elaborate dalle aree percettive primarie.
Che esistano sistemi attenzionali preposti a questa funzione selettiva non è soltanto un’ipotesi ma anche la conclusione logica cui ci spingono le ricerche sulla rivalità binoculare.

La rivalità binoculare

La rivalità binoculare è un fenomeno che consente, in particolari condizioni, di vedere con un occhio un oggetto che è diverso da quello visto con l’altro occhio. In questa circostanza, con il prevalere dell’uno o dell’altro occhio, si può osservare un’alternanza della percezione cosciente di due oggetti. Quando prevale l’occhio sinistro il soggetto percepisce quello che quest’occhio vede; ciò che è visto dall’altro occhio non è percepito. Al contrario quando prevale l’occhio destro è la visione di quest’ultimo che raggiunge la coscienza ed il suo oggetto è percepito
Attraverso ingegnosi studi sulla scimmia, sfruttando questo fenomeno, ricercatori hanno registrato la risposta di neuroni sensibili allo stimolo in due condizione: 1) stimolo visto ma non percepito
2) stimolo percepito.
I risultati sono stati sorprendenti. Registrando l’attività dell’area visiva MT/V5, dove le cellule tendono ad essere responsabili del movimento, Jeffrey D. Schall e Nikos K. Logothesis hanno scoperto che soltanto il 43 per cento delle cellule di quest’area cambiava livello di attività nel passaggio da una condizione (stimolo percepito) all’altra (stimolo visto ma non percepito).
In altre parole solo il 43 per cento dei neuroni sensibili allo stimolo in quest’area risponde ad una percezione cosciente. Una percentuale maggiore risponde agli stimoli a cui è sensibile indipendentemente dal fatto che essi arrivino alla coscienza, siano cioè percepiti.
Dati analoghi sono stati riscontrati nell’area V4 (area primaria per i colori). In quest’area la percentuale di cellule la cui attività rifletteva la percezione era simile a quella riscontrata in MT/V5: circa il 40 per cento.
In V1 ed in V2 meno del 10 per cento era sensibile allo stimolo più efficace.
Al contrario, nella corteccia temporale inferiore, la risposta della maggior parte dei neuroni, circa il 90 per cento è legata alla percezione, come dimostrano le ricerche di David L. Sheinberg e Nikos K. Logothesis
A questi dati vanno aggiunti i risultati conseguiti da Eric D. Lumer ed i suoi colleghi della University College di Londra nello studio dei segnali visivi che raggiungono la coscienza, sono cioè percepiti. Essi usando la fMRI hanno dimostrato che negli esseri umani il lobo temporale è attivato durante l’esperienza cosciente di uno stimolo, come accade nelle scimmie, ma che altre regioni, come le aree corticali parietali e prefrontali, sono attivate soltanto nel momento in cui un soggetto riferisce che lo stimolo cambia.
Questi dati ci spingono ad alcune considerazioni.
Innanzi tutto, limitatamente alla visione, le aree primarie (intese come aree che elaborano le informazioni sensoriali senza filtri attenzionali) sono non solo la V1, ma anche la V2, V3, V4, MT.
La corteccia inferotemporale quella parietale e prefrontale, al contrario, si attivano durante la selezione attenzionale.
La corteccia parietale è un’area di proiezione di primo livello. Su di essa proiettano le informazioni elaborate dalla via del “dove” (sistema magnocellulare).
La corteccia inferotemporale è un’area di proiezione di secondo livello. Su di essa proiettano le informazioni elaborate dalla via del “che cosa” (sistema parvicellulare).
Secondo la nostra ipotesi, la funzione di filtro attenzionale è realizzata da un circuito cortico/subcorticale che interessa a livello corticale la corteccia prefrontale. Questo sistema attenzionale agisce come un filtro selettivo sulla corteccia parietale e temporale. Su queste due aree della corteccia, il sistema attenzionale seleziona una porzione di spazio, di movimento e di tempo delimitando ciò che deve essere percepito e quindi reso cosciente.
Se la selezione attenzionale avviene a livello della corteccia parietale e di quella temporale, in che modo la percezione cosciente può essere unitaria?
A questo provvede l’organizzazione in colonne della corteccia visiva primaria. Organizzazione che riguarda, comunque, tutta la corteccia cerebrale.
In tutta la corteccia cerebrale i neuroni sono ordinati in colonne ripartite in sei strati. Nelle aree primarie le informazioni sensoriali provenienti dal talamo proiettano al quarto strato di ciascuna colonna. I neuroni del sistema magno e quelli del sistema parvo, quindi, inviano le loro proiezioni nel quarto strato di ciascuna colonna della corteccia visiva primaria. All’interno di ciascuna colonna i campi recettivi dei due tipi di neuroni sono uguali. Ciascuna colonna riceve ed invia afferenze ad altre aree cerebrali con le quali è collegata.
Se una colonna dell’area visiva primaria riceve un input da una colonna della corteccia parietale, tutti i suoi neuroni si attivano, sia quelli del sistema magno sia quelli del sistema parvo.
Quest’ultimi trasmettono il loro segnale ai neuroni del sistema parvo della corteccia inferotemporale.
Essendo i campi recettivi dei neuroni dei due sistemi uguali, lo spazio selezionato a livello parietale sarà quello dell’oggetto percepito a livello dell’ area visiva primaria e dell’oggetto memorizzato nella corteccia inferotemporale.
Analogamente, il tempo selezionato nella corteccia inferotemporale riguarderà l’oggetto il cui spazio è memorizzato nella corteccia parietale.
Le elaborazioni delle informazioni sensoriali nelle aree percettive primarie sono complete. Se un piccolo animale si muove sulla nostra mano, nell’area somatosensitiva primaria, in particolare nell’area 1 di Brodman, si attivano varie popolazioni di neuroni, sensibili alcuni a qualsiasi movimento sulla cute, altri alla direzione del movimento, altri ancora all’orientamento dello stesso.
In tal modo possiamo percepire dove si sposta l’animale. Fatto analogo avviene nelle aree MT della corteccia visiva primaria, dove neuroni sensibili alla direzione ed all’orientamento dei movimenti percepiti con la vista, ci consentono di vedere dove si sposta un corpo in moto. Sempre relativamente alla corteccia visiva primaria, l’area V4 è strutturata in modo tale da consentirci la percezione di milioni di colori diversi.
Queste elaborazioni avvengono in modo automatico o preattenzionale. Affinché siano resi coscienti è necessario l’intervento dei sistemi attenzionali, che agiscono sull’organizzazione spaziale temporale e spazio/temporale delle informazioni sensoriali delimitando lo spazio, il tempo o il movimento dell’oggetto da percepire

L’attenzione

Il primo a parlare di attenzione come funzione primaria della mente è stato Silvio Ceccato.
La componente primitiva dell’attenzione è per Ceccato, lo “stato attenzionale” o “stato attentivo”. “…Stati attenzionali focalizzati sul funzionamento di organi costituiscono i “presenziati” come i vari “colori”, i “sapori”, gli “odori”, il “duro” , il “molle”, il “caldo”, il “freddo” ecc.. .che stanno alla base della costruzione delle sensazioni e delle percezioni. Stati attenzionale non focalizzati, “liberi”, stanno alla base della costruzione delle “categorie”.
Vaccarino ha ripreso gli studi di Ceccato aggiungendo agli “stati attenzionali” definiti come “momenti attenzionali”, momenti di “attenzione interrotta”.
L’attività mentale, per Vaccarino, si configura come una serie di “stati attenzionali” seguiti da “momenti di attenzione interrotta”, tenuti insieme, in vario modo dalla “memoria strutturante” che agisce a vari livelli. Ciascuna categoria (spazio, tempo, essere,…) ha una propria “formula” data dal numero di momenti attenzionali presenti e dal modo in cui la memoria strutturante li tiene insieme a vari livelli. Partendo da categorie elementari (verbità, sostantività, oggettività) la mente costruisce le innumerevoli categorie, attraverso tre procedimenti: inserimento, metamorfizzazione, combinazione.
E’ difficile accettare l’ipotesi di Ceccato e di Vaccarino che ipotizzano una funzione attenzionale “pura”, svincolata cioè dalle informazioni sensoriali. Questa ipotesi elimina come funzione primaria della mente la componente spazio/temporale.
Spazio e tempo, infatti, sono componenti essenziali al mondo fisico e psichico, niente hanno a che vedere con l’attenzione pura.
Spazio e tempo, invece, nell’ipotesi che la funzione attenzionale sia da applicare alle informazioni sensoriali; acquisiscono un ruolo fondamentale. Diventano parte integrante dell’attenzione stessa e sono alla base dell’organizzazione della conoscenza.
Accettando il presupposto di Ceccato e Vaccarino, l’atto motorio viene escluso dalle funzioni primarie attentive della mente. Infatti anche l’atto motorio è fisico e come tale ha organizzazione spazio/temporale e si applica su “oggetti fisici” come i muscoli.
Vien da chiedersi come facciamo ad effettuare movimenti volontari senza l’attività attenzionale.
Se eseguiamo un passo di danza o uno specifico esercizio ginnico appare a tutti ovvio che vi è coinvolta l’attenzione motoria.
Inoltre, come può Vaccarino parlare di “inserimento” di “attenzione che scarta”, di “memoria strutturante” escludendo spazio e tempo?
Come può Ceccato dire che la mente tramite un gioco dell’attenzione “unisce”, “riprende”, “sostiene” senza ipotizzare atti motori o comunque movimenti (percepiti o immaginati)?
Infine, Ceccato e Vaccarino presuppongono un sistema attenzionale unico. La “costruzione” delle categorie tramite l’attenzione pura si realizzerebbe con un processo che si reitera nel tempo, realizzato dalla mente nel suo complesso.
Come vedremo, vi sono dati inconfutabili che mostrano come più circuiti attenzionali concorrono nei processi cognitivi dell’attenzione.
L’ipotesi di Vaccarino che l’attenzione possa essere “applicata” ed “interrotta”, è implausibile nel caso dell’attenzione categoriale (o pura); è persino ovvia nell’ipotesi dell’attenzione applicata sulla componente spazio/temporale delle informazioni sensoriali.
Sappiamo, infatti, che durante i movimenti saccadici cessa la percezione. Possiamo affermare che in questa circostanza si interrompe l’attenzione visiva. Cosa che accade semplicemente chiudendo gli occhi.
L’atto attenzionale può essere preceduto e seguito da due momenti di attenzione interrotta. La funzione dell’attenzione interrotta è quella di delimitare il tempo di applicazione dell’attenzione. Con quest’atto di delimitazione ciò che precede e ciò che segue l’atto attenzionale viene scartato. Quando l’atto attenzionale si applica sullo spazio parietale, determina una selezione dello spazio stesso. In questa circostanza lo spazio, immobile o in movimento, viene separato dagli altri. La selezione, infatti, implica una scelta e contemporaneamente uno scarto. Tra tutto ciò che potenzialmente era percepibile, in quanto già elaborato e costruito dai vari sistemi sensoriali, solo una piccola parte viene scelta dall’attenzione e resa cosciente. Funzione dell’attenzione applicata è quella della selezione, funzione dell’attenzione interrotta è quella di delimitare lo spazio o il tempo da percepire eliminando tutti gli altri.
La funzione attenzionale della mente si realizza tramite circuiti. In particolare per ogni modalità percettiva e per il movimento, due circuiti interagiscono per costruire l’esperienza.
Un circuito costruisce ciò che è in atto, un secondo circuito attiva ciò che è in potenza.
Ciò che è in potenza altro non è che l’anticipazione o ipotesi; ciò che è in atto è, invece, la tesi o verifica.
Si tratta di un metodo sperimentale che agisce per ogni percezione e movimento in frazioni di secondo e consente un efficace apprendimento..
Nel saggio relativo alla percezione ed al movimento è spiegato nei dettagli questo processo.

John H. Martin (1994) Codificazione ed elaborazione delle informazioni sensoriali in Principi di neuroscienze di E. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessell seconda edizione C.E. Ambrosiana Milano
C. Mason, E. R. Kandel (1994) Le vie visive centrali in Principi di neuroscienze di E. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessell seconda edizione C.E. Ambrosiana Milano
N. K. Logothetis (2002) La visione: finestra sulla coscienza in LE SCIENZE quaderni n. 127 pagine 44 – 51 casa editrice Le scienze Milano
E. R. Kandel T. M. Jessel (1994) Il tatto in Principi di neuroscienze di E. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessell seconda edizione C.E. Ambrosiana Milano
F. Tumazzo (2005): Sistemi che osservano se stessi osservare in Working Papers della Società di Cultura Metodologico-operativa n. 177. Sito Web: www.Methodologia.it
G. Vaccarino (1981) Analisi dei significati Armando Editore Roma.

Salvatore Leonardi

Laureato in filosofia presso l’università di Messina, con tesi sulla filosofia della scienza, relatore Giuseppe Vaccarino.
E’ iscritto alla Società di Cultura Metodologico-operativa, fondata da Silvio Ceccato, Vittorio Somenzi e Giuseppe Vaccarino.
Essa si propone di spiegare i processi cognitivi della mente sulla base di processi attivi di tipo attenzionale.
Ha pubblicato articoli sulla percezione e sui circuiti attenzionali per la rivista Working Papers, accessibile nel sito www.methodologia.it
Attualmente è docente di lettere in una scuola media di Giarre.

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