Psicologia generale I (26/27): Il movimento

La psicologia si occupa del controllo motorio, che rappresenta l'insieme delle funzioni fisiologiche e psicologiche che la mente e il corpo svolgono per controllare postura e movimento.
Il controllo motorio è dunque il risultato dell'azione congiunta di più processi cognitivi.
Qualsiasi comportamento motorio necessita di una complessa sequenza di elaborazioni e informazioni riguardanti sia l'ambiente esterno sia lo stato dell'organismo stesso.

L'azione è l'insieme di più movimenti coordinati tra loro per il raggiungimento di uno scopo (il cosa si fa), mentre il movimento è uno dei movimenti costitutivi dell'azione (il come si fa).

Ci sono 3 principali aspetti del controllo motorio:

L'equivalenza motoria: eseguendo più volte la stessa azione, si ottengono risultati molto simili anche se si compiono movimenti diversi.
L'unicità del movimento: quando si ripete un'azione, anche se si svolgono gli stessi movimenti eseguiti in precedenza, ci sarà sempre qualche piccola differenza di movimento.
La modificabilità del movimento: un cambiamento delle informazioni provenienti dall'ambiente, può causare la modifica dell'esecuzione dell'azione, in modo che i movimenti che compongono l'azione portino ad una migliore prestazione motoria.

L'esecuzione del movimento

Tutti i movimenti hanno dei gradi di libertà.
Il gomito ad esempio ha un solo grado di libertà, come anche la porta.
Le articolazioni della spalla e del polso, invece, vengono dette sferiche, e hanno una più vasta gamma di movimenti.
Il grado di libertà è dunque il numero dei movimenti che sono consentiti a un'articolazione per modificare l'orientamento di uno dei segmenti che la compongono rispetto all'altro.
La configurazione è l'insieme degli angoli delle articolazioni che specificano la geometria di un arto.

Il problema cinematico inverso: data la posizione spaziale e l'orientamento della mano e dell'oggetto bersaglio, si determinano gli angoli delle articolazioni che portano la mano verso l'oggetto.
Il problema dinamico inverso: dato un angolo dell'articolazione si determinano quali sono i momenti (il prodotto tra la forza per la distanza tra il punto in cui essa viene applicata e il punto di riferimento) dell'articolazione necessari a provocare gli spostamenti dei segmenti che la compongono.

Alcuni autori sostengono che in alcuni casi ci sono più gradi di libertà di quelli che l'azione necessiterebbe, ed esiste sempre più di un pattern di attivazione del sistema motorio in grado di produrre lo stesso specifico movimento.

Secondo Bernstein esiste una struttura di coordinamento all'interno della quale i muscoli coinvolti nell'esecuzione del movimento non vengono controllati singolarmente, ma vengono raggruppati e trattati come una singola entità.
La programmazione e l'esecuzione dei movimenti rappresentano un difficile problema per il sistema motorio, lo testimonia il fatto che è difficile costruire robot che si muovano come gli esseri umani, ed è proprio l'esistenza di gradi di libertà in esubero che consente la nostra versatilità di movimento.

Esistono due tipi principali di modelli di movimento:

Controllo motorio a circuito chiuso
Secondo questo modello il controllo motorio si ha tramite dei feedback sensoriali che rendono conto della posizione delle parti del corpo, dell'ambiente e di tutte le informazioni utili al movimento.
Questi feedback sarebbero indispensabili per aggiornare il programma motorio e migliorarlo.
Secondo Adams esiste una traccia percettiva nella quale sono rappresentate tutte le informazioni che deriverebbero dalla corretta esecuzione del movimento.
Questa traccia viene continuamente confrontata con i feedback relativi al movimento, ed il sistema corregge gli errori fino a che la traccia ed il movimento non coincidono completamente.
La traccia mnestica è la rappresentazione del movimento che si vuole eseguire.
I requisiti necessari al sistema di controllo chiuso sono 3:
Un sistema periferico in grado di rilevare le informazioni sensoriali relative all'esecuzione del movimento e di trasmetterle al sistema centrale, una rappresentazione interna del movimento con la quale confrontare i feedback, un meccanismo per il confronto tra informazioni sensoriali e rappresentazione interna, in grado anche di apportare le opportune correzioni degli errori.
La critica più grande mossa contro questo modello, è che solo le azioni che richiedono un sufficiente tempo di esecuzione possono dare il tempo ai feedback di svolgere il loro compito, e siccome il tempo necessario per svolgere una correzione è di 150-200 millesimi di secondo, non sempre è possibile terminare tutto il processo.
C'è poi il problema dell'immagazzinamento che ci fa capire che se per il confronto occorre memorizzare tutti i movimenti specifici, è improbabile che il sistema cognitivo possa immagazzinare così tante informazioni.
Un altro problema è il problema della novità, che afferma che è un problema spiegare come si possano fare nuove azioni senza che esista la traccia mnestica.
Controllo motorio a circuito aperto
Secondo questo modello, ci sarebbe una struttura di controllo centrale, che viene caricata nel sistema motorio prima che il movimento abbia inizio, e che il tempo necessario per il caricamento è proporzionale alla complessità del movimento (teoria di Henry e Rogers).
A favore di questa teoria c'è che, pare che anche senza feeback provenienti dall'arto che sta compiendo l'azione, essa possa essere portata a termine, se non è troppo complessa.
Quindi l'intero movimento viene completamente programmato a livello centrale, e tutti gli aspetti legati al movimenti dipendono da una struttura chiamata programma motorio.
Il feedback cmq è presente anche in questo modello, e serve per correggere i successivi movimenti effettuati.

Il programma motorio è una rappresentazione astratta del movimento che ne consente l'esecuzione indipendentemente dal feedback periferico.
Secondo il programma motorio generalizzato vengono immagazzinate in memoria solo le caratteristiche del movimento che rimangono invariate attraverso un grande numero di situazioni.
In questo programma bisognerà specificare al sistema una serie di parametri che servono a spiegare come deve essere attuato il movimento in ogni situazione.
L'impulso è il prodotto di una forza per il tempo in cui essa agisce.
Secondo la sequenza temporale degli impulsi ogni movimento rappresenta l'effetto di una contrazione muscolare, a sua volta determinata dagli inplulsi nervosi prodotti dai motoneuroni, attivati grazie alle indicazioni fornitegli dal programma motorio.
Il programma motorio specifica quindi la successione temporale degli impulsi agli insiemi di muscoli che definiscono il movimento, e la stessa azione anche se eseguita da muscoli diversi viene controllata dallo stesso programma motorio.
Questo programma contiene le caratteristiche generali del movimento, quelle invarianti, ma non contiene informazioni su quali muscoli utilizzare, che probabilmente verranno scelti in base all'arto da usare.
Ci sono 3 caratteristiche invarianti del programma motorio:

L'ordine degli elementi: In ogni esecuzione della stessa azione, alcuni eventi si verificano prima di altri, in una successione apparentemente costante.
La suddivisione in fasi: Le struttura temporale di una serie di azioni viene valutata in termini di tempo relativo, ovvero il rapporto tra la durata dell'evento e la durata complessiva del movimento.
Due moviementi caratterizzati dagli stessi rapporti tra eventi e tempo totale di movimento hanno la stessa struttura temporale e sono prodotti dallo stesso programma motorio.
La forza relativa: Nelle diverse esecuzioni dello stesso movimento la forza prodotta da due muscoli deve sempre rimanere in una proporzione costante.

Spesso nello studiare il movimento, si fa riferimento al mondo dei computer.
Il programma motorio può essere paragonato all'insieme di tutti gli algoritmi utilizzati per i calcoli computazionali necessari per stabilire l'ordine esatto in cui devono essere svolti.
Il pattern di scariche nervose all'interno dell'insieme di neuroni costituiscono invece l'hardware.

L'ipotesi più accreditata sul funzionamento del movimento, è che sia un sistema strutturato in maniera altamente parallelo, dove i processi necessari alla programmazione e all'esecuzione dei movimenti avvengono contemporaneamente.
La rete neurale artificiale è un sistema connessionista dove le informazioni non sono immagazzinate in luoghi precisi, ma sono ditribuite nell'insieme dei pesi sulle connessioni tra le unità, e tanto più le informazioni sono simili, tanto più ampio sarà l'insieme dei pesi che condividono.
Il sistema connessionista è in grado di svolgere un'azione solo dopo che è terminata la fase di apprendimento, ed influenza, insieme al pattern di pesi sinaptici presente in quel preciso momento, la risposta della rete durante la fase di esecuzione.
Il pattern dei pesi tra le connessioni viene costantemente modificato da un processo di apprendimento che tende a selezionare le soluzioni che hanno avuto successo.
Questo tipo di apprendimento è cieco, in quanto si basa su regole locali, e non su informazioni più generali riguardanti l'output della rete che si vorrebbe ottenere.
Il modello più accettato, sembra quindi essere quello nel quale si impara da prove ed errori.

Percezione e azione

Le abilità motorie si sono sviluppate per consentire agli individui di soddisfare le proprie esigenze ai bisogni interni nell'ambiente esterno, ne consegue che il comportamento motorio è condizionato dall'ambiente.

La selezione dell'azione è il processo di integrazione tra la scelta dell'azione appropriata e l'oggetto bersaglio.
L'azione dipende dalle caratteristiche intrinseche del bersaglio e dalla sua posizione nello spazio ed è stato provato che il sistema percettivo può elaborare le caratteristiche di più oggetti contemporaneamente, mentre il sistema motorio può portare a termine una sola azione alla volta.
Il sistema cognitivo serve anche per impedire le possibili interferenze che si potrebbero creare se si dovessero programmare ed eseguire contemporaneamente tutte le possibili azioni.
E' quindi importante il meccanismo della selezione dell'azione, che consente di selezionare solo le informazioni necessarie per lo svolgimento del movimento utile all'azione.
Pare inoltre che le informazioni rilevanti per la descrizione di un oggetto vengano elaborate in maniera indipendente da quelle necessarie per l'esecuzione di un'azione sull'oggetto.
La percezione degli attributi di un oggetto viene effettuata dalla corteccia temporale inferiore, mentre la sua localizzazione spaziale avviene tramite la corteccia parietale posteriore, quindi lesioni alla via ventrale danneggiano i circuiti specializzati nell'identificazione degli oggetti, mentre lesioni alla via dorsale rovinano i meccanismi neurali responsabili della percezione spaziale.
Un metodo per identificare un oggetto è quello del pointing, che consiste nell'indicare fisicamente uno stimolo toccandolo.

Alcune dissociazioni tra percezione e azione:
L'agnosia visiva è la difficoltà nell'identificare visivamente gli oggetti.
L'atassia ottica impedisce le azioni di prensione anche verso oggetti riconosciuti.
Le lesioni alla via dorsale interferiscono con l'accuratezza dello spostamento dell'arto e con la capacità di utilizzare informazioni sulla forma, le dimensioni, l'orientamento dell'oggetto.

Goodale e Milner sostengono che il controllo esercitato dal sistema visivo su azioni motorie come la prensione, dipende dalla via dorsale, mentre il riconoscimento viene effettuato tramite la via ventrale.
Pare quindi esistere una distinzione per i meccanismi di elaborazione tra il cosa e il come.

La simultanagnosia è un disturbo che rende incapaci di vedere più di un oggetto alla volta.
Mostrando più oggetti ad un paziente con questa malattia, se questi erano correlati venivano individuati entrambi, altrimenti veniva scelto un oggetto a caso tra quelli presentati.
E' stato ipotizzato che l'identità dell'oggetto può essere codificata anche se il soggetto non ne è consapevole, e che queste informazioni possano influenzare le risposte motorie del soggetto anche quando un solo stimolo tra quelli presentati viene percepito.
Questo forse perchè la via ventrale, se danneggiata, consente comunque il riconoscimento degli oggetti ma solo a livello inconscio.

Il morbo di Parkinson
Il morbo di parkinson è una patologia neurologica degenerativa dei gangli della base che colpisce uomini e donne dai 40 ai 70 anni.
Alcuni sintomi sono:

Il tremore di una o entrambe le mani che si manifesta solo quando la persona è a riposo.
La globale riduzione dell'esecuzione dei movimenti, che se è lieve viene definito ipocinesia, se invece è grave può portare alla completa paralisi e viene definito acinesia.
La bradicinesia è invece la lentezza nell'esecuzione dei movimenti una volta cominciati.
La rigidità, ovvero la costante contrazione dei muscoli anche in situazione di riposo.

Un altro deficit motorio classico nel parkinson è la difficoltà ad eseguire movimenti sequenziali o simultanei.

Marsden sostiene che i gangli della base svolgono quindi la funzione di attivare in modo automatico la sequenza di movimenti che costituiscono un'azione, e che quindi siano indispensabili per attivare i vari programmi motori memorizzati.
Un'altra ipotesi è che i gangli della base promuovano l'attivazione delle componenti del movimento, e che a causa del danneggiamento della trasmissione dopaminergica, le regioni corticali responsabili del controllo motorio non ricevono sufficiente attivazione da parte dei gangli della base, e che quindi il deficit sia dovuto ad un basso livello di prontezza da parte delle aree cerebrali responsabili in questione.

La cinematica è la disciplina che studia in modo descrittivo il movimento.
Vengono analizzate le caratteristiche spaziali, che comprendono gli aspetti relativi allo spostamento del corpo o delle sue parti nello spazio, e le caratteristiche temporali, ovvero come il movimento si svolge nel tempo.
Si studiano inoltre la velocità e l'accellerazione, anche tramite un sistema di rilevamento di movimento fatto di telecamere e sensori.
La cinematica è utile per lo studio del morbo di parkinson, in quanto vengono evidenziati i vari deficit motori tramite gli strumenti utilizzati nella cinematica.

Il raggiungimento in un movimento, equivale allo spostamento del corpo o dell'arto dal punto di partenza al punto di arrivo che corrisponde alla posizione dell'oggetto bersaglio.
La prensione è invece la funzione che permette di mettere la mano a contatto con l'oggetto.
In condizioni normali queste componenti vengono attivate contemporaneamente, ovvero al raggiungimento della meta avviene la prensione, mentre in chi ha il parkinson l'inizio della manipolazione viene infatti ritardato rispetto a quello del trasporto di circa 82 millisecondi (nei soggetti sani questo ritardo è di soli 32 ms).

A parte questo ritardo, anche chi ha parkinson riesce a programmare il movimento in maniera corretta, ma a causa della bradicinesia la prestazione risulta essere più lenta.
Tutto ciò dimostrerebbe una disfunzione dei meccanismi centrali responsabili del coordinamento dei movimenti e un deficit dell'attivazione simultanea dei due programmi motori del raggiungimento e della prensione.
Tutto ciò suggerisce che i gangli della base operano a livello della sequenzalizzazione delle componenti del movimento, e che quindi siano implicati nello stabilire l'esatta successione temporale dell'attivazione dei vari programmi motori.