Sviluppo del sistema di neuroni specchio

Molti ricercatori si sono interessati a capire quali siano le origini del sistema specchio, identificato circa 20 anni fa da Rizzolati nei primati non umani. Più recentemente sono stati fatti molti studi anche negli adulti, però il tema delle origini e dello sviluppo del sistema specchio è molto meno indagato. Chi si occupa di questo tema si chiede: come e in che modo i bambini comprendono che azioni altrui, che magari coinvolgono lo stesso oggetto, possono avere obiettivi diversi tra loro? La spiegazione classica è che il bambino piano piano sviluppa un processo teleologico inferenziale, cioè tramite complessi processi di ragionamento arriva a comprendere il fine di un'azione. L'ipotesi del sistema specchio ha in realtà un’idea molto diversa: ritiene che la comprensione potrebbe non basarsi su processi così complessi di tipo inferenziale, ma potrebbe esserci un meccanismo molto più diretto per la comprensione delle azioni, che entra in scena nel momento in cui quelle azioni sono parte del mio repertorio motorio --> quando l'azione che sto osservando la conosco molto bene e la so eseguire, allora quella azione ha un accesso molto più diretto alla mia comprensione, senza complicati processi cognitivi --> questo è il meccanismo della risonanza motoria. Come funziona? Quando osservo un'azione che so compiere, attivo in maniera diretta e molto veloce la rappresentazione motoria di quell'azione, e immediatamente la comprendo. Si chiama così perché osservo un'azione e il mio sistema motorio risuona in risposta all'azione che sto osservando. Quindi al momento in letteratura c'è un dibattito molto acceso tra sostenitori della risonanza motoria, per cui la comprensione delle azioni conosciute avviene attraverso meccanismi botton up, e tra coloro che sostengono la teoria del ragionamento teleologico, secondo cui effettivamente il sistema motorio si attiva, però solo dopo che ho compreso l'azione tramite processi inferenziali cognitivi, quindi con meccanismi top down.
Nella scimmia è stato osservato che alcuni neuroni dell’area premotoria (F5) si attivano durante:
-  Osservazione di un’azione + ascolto di un’azione
-  Osservazione di un’azione
-  Ascolto di un’azione
-  Esecuzione di un’azione
Nell'uomo, rispetto alla scimmia, sono coinvolte più aree nel sistema specchio, e sembra essere preposto, oltre che alla comprensione delle azioni altrui, anche alle capacità di imitazione, al riconoscimento delle emozioni e all'empatia.
A partire dal 2007 circa si sono formulate una serie di ipotesi circa lo sviluppo del sistema specchio. C'è chi dice che è un sistema talmente importante per la nostra specie che è determinato filogeneticamente, quindi impresso nel nostro patrimonio genetico (approccio innatista). C'è chi dice che si sviluppa nel corso dello sviluppo tramite processi di apprendimento associativi. Infine alcuni sostengono che sia processi genetici sia di apprendimento svolgono un ruolo importante (approccio neurocostruttivista).

Evidenze empiriche che sostengono l'approccio innatista: è l'evidenza di Meltzoff sull'imitazione dei movimenti orofacciali, presidente fin dalle prime ore dopo la nascita --> quando il bambino osserva l'altro che compie un'azione, attiva una rappresentazione motoria (che è sopra modale), che permette di svolgere l'azione. Una più recente evidenza che fa riferimento a primati non umani, utilizza come indice la desincronizzazione del ritmo mu, un particolare ritmo cerebrale indice dell'attivazione del sistema motorio. Questo ritmo si desincronizza (cioè decresce) sia quando eseguiamo un'azione, sia quando osserviamo un'azione eseguita da altri --> è un indice elettrofisiologico dell'attivazione del sistema specchio. Se si trova questa desincronizzazione nelle aree frontali, vuol dire che il sistema specchio si è attivato. In una scimmietta appena nata il sistema mu si desincronizza quando vede un movimento orofacciale.

Apprendimento associativo: alla nascita non ci sarebbe l'associazione immediata e diretta tra ciò che osservo e la mia rappresentazione motoria. Al contrario durante lo sviluppo si verificano una serie di episodi in cui contemporaneamente e in maniera contingente osservo qualcuno che compie le mie stesse azioni (esempio: il bambino apre la bocca e sempre c'è un adulto che imita la sua azione), quindi contemporaneamente si attiva un neurone sensoriale (il bambino osserva qualcuno che compie l'azione) e un neurone motorio (dato che il bambino compie l'azione), quindi l'associazione tra questi due neuroni si rafforza. Questi processi sono così frequenti che l'associazione alla fine diventa così forte che basta l'attivazione del neurone sensoriale (osservazione dell’azione) per attivare il neurone motorio (legato all’esecuzione di quell’azione), e così si forma il neurone specchio. Quindi lo sviluppo del sistema mirror avviene progressivamente nel corso dello sviluppo grazie a processi di apprendimento associativi. Vi sono numerose situazioni nella vita quotidiana che richiedono la coattivazione di neuroni sensoriali e motori, come quando il bambino si vede allo specchio (si vede allo specchio e intanto fa una azione), quando il bambino afferra un oggetto (vede il suo braccio e fa una azione), oppure nelle attività di gruppo con altri bambini. Evidenze empiriche: Negli adulti l'esperienza sensomotoria può aumentare, indurre o sopprimere l'attivazione di meccanismi specchio (ad esempio un training intensivo che insegna a suonare il piano a livello base fa sì che vedere suonare il piano attivi il sistema specchio, quando invece prima non avveniva). È stato anche dimostrato che nei bambini l'attivazione del ritmo mu può essere modulata da un training.

Approccio Neurocostruttivista: dice che dobbiamo considerare sia predisposizioni innate sia apprendimento, e le predisposizioni innate favoriscono l'apprendimento. Quali sono queste  predisposizioni innate? Sono predisposizioni dominio-generali --> il bambino non nasce con il neurone specchio, ma con una serie di capacità dominio generali che facilitano lo sviluppo del sistema specchio, e che si riferiscono all'osservazione e all'esecuzione -> predisposizioni e vincoli innati permettono di prestare attenzione alle azioni compiute da sé e da altri, permettendo di apprendere l’associazione tra percezione ed esecuzione di un’azione
- Osservazione: intorno ai 3-4 mesi i bambini passano molto tempo a osservare le loro mani (è un focus attentivo molto rilevante), quindi il bambino osserva la mano, la muove e quindi sia osserva sia esegue un'azione.
- Esecuzione: i bambini autoproducono una serie di azioni che consentono poi di attribuire un significato alle azioni altrui --> è stato dimostrato che nel momento in cui un'azione fa parte del repertorio motorio del bambino (in forte e veloce evoluzione nel primo anno di vita), il bambino la comprende meglio. Per esempio i bambini sanno attribuire uno scopo all'azione dell'altro quando loro stessi sanno compiere quell'azione.
Ad esempio in uno studio è stato dimostrato che a 9 mesi quando il bambino afferra un oggetto il ritmo mu si desincronizza e lo stesso avviene quando il bambino osserva l'azione. È importante sottolineare il fatto che la desincronizzazione del ritmo mu quando osserva l'azione altrui avviene prima che l'azione altrui termini, quindi è in grado di prevedere ciò che fa l'altro. A 5-9 anni è stato anche dimostrato che l'attivazione del sistema motorio arriva fino alla periferia del sistema motorio. In uno studio sono stati posti degli elettrodi sul bambino che misurano l'attività elettrica muscolare, e si fa vedere loro degli attori che afferrano un oggetto e lo portano alla bocca oppure lo infilano in un cestino. Quando l'attore protagonista porta l'oggetto alla bocca e la apre, il bambino attiva i muscoli dell'apertura della bocca (quindi ciò che si trova alla periferia del sistema motorio), quando invece l'attore porta l'oggetto nel cestino, questa attivazione non si verifica. lo stesso studio è stato svolto con bambini a sviluppo atipico, in particolare bambini con sindrome di autismo, e si nota come non vi sia alcuna attivazione del sistema specchio (non usa il suo sistema motorio per comprendere e anticipare l'azione altrui).
Quando si sviluppa questa capacità? Si sono svolti una serie di studi su bambini di 3-6-9 mesi usando il paradigma citato sopra --> risultati: a 3 mesi non vi è una modulazione dell'attività elettrica muscolare (quindi a 3 mesi il bambino non attiva i muscoli di apertura della bocca quando osserva un adulto portare l'oggetto alla bocca) / a 6 mesi c'è la modulazione, in particolare i bambini incrementano la loro attivazione muscolare quando vedono che l'adulto porta l'oggetto alla bocca, però questo succede quando lo scopo dell'azione è stato raggiunto (quindi alla fine dell'azione) / i bambini di 9 mesi sono in grado di anticipare lo scopo dell'azione che stanno osservando, quindi già nella fase di grasping, i bambini sanno che l'oggetto sarà portato alla bocca, e quindi attivano fin da subito i muscoli di apertura della bocca.
Conclusioni: già nel primo anno di vita si assiste a uno sviluppo del sistema specchio e il sistema motorio è già implicato nella comprensione dell'altro nella prima infanzia. Però questi processi non sono innati ma emergono gradualmente nel corso dello sviluppo (dato che le competenze cambiano a 3-6-9 mesi).

Vi sono alla nascita delle predisposizioni che aiutano il bambino nello sviluppo del sistema specchio, però quali sono? Per studiare questo sono stati fatti una serie di studi che hanno testato dei bambini di pochi giorni di vita all'ospedale San Gerardo di Monza. Ai neonati sono state mostrate due fotografie: una mano che compie un gesto possibile e una mano che compie un gesto impossibile (le dita si curvano nella direzione opposta rispetto al palmo). A un gruppo di neonati poi venivano mostrate immagini statiche, mentre a un altro gruppo venivano mostrati filmati brevi (chiamata condizione dinamica). Nella condizione statica, in un compito di preferenza visiva non vi era nessuna differenza di tempo e frequenza di fissazione. Mentre nella condizione dinamica i bambini guardavano più a lungo il gesto impossible --> questo ci dice che già a pochi giorni di vita il bambino sa qualcosa a proposito dei movimenti che una mano può compiere, dato che è un gesto che fa parte del suo repertorio (chiudere la mano a pugno è un gesto che sa già fare anche il feto --> già nella vita prenatale il feto è stato in grado di apprendere a discriminare tra gesti della mano possibili e impossibili).

L'esperienza motoria è importante nella capacità di fare queste discriminazione? A bambini di 9 mesi di vita vengono fatti vedere video di presa a pinza. Nel gruppo di bambini di 12 mesi tutti i bambini sanno differenziare tra gesti impossibili e possibili (dato che tutti hanno già appreso questo tipo di movimento), mentre a 9 mesi vi sono due gruppi: uno che è in grado di fare la presa a pinza e un gruppo che non lo sa fare --> solo quelli del primo gruppo sono in grado di differenziare tra presa a pinza possibile e impossibile. Dunque il fatto che un gesto faccia parte del mio repertorio motorio arricchisce la mia capacità di comprendere le azioni che osservo, e questo non solo negli adulti (come è stato ampiamente dimostrato) ma anche nei bambini.
Un altro studio ha preso in considerazione bambini con paralisi cerebrale infantile. È  stato dimostrato che l'attivazione e la sollecitazione delle aree motorie (una terapia che consiste nel far osservare un'azione per farla replicare, e non solo nel far eseguire in maniera passiva un movimento come avviene nelle terapie classiche) aiuta sia adulti che bambini nella riabilitazione delle loro funzioni motorie.