Le funzioni esecutive

Cosa sono?

“Una serie di abilità che permettono alle persone di creare obiettivi, conservarli in memoria, controllare le azioni, prevedere gli ostacoli al raggiungimento degli obiettivi” (Stuss, 1992)

“Capacità che consentono alla persona la messa in atto con successo di comportamentiindipendenti, intenzionali ed utili” (Lezak, 1993)

“Sono funzioni cognitive di ordine superiore che rendono capaci di formulare obiettivi e piani, ricordare questi piani nel corso del tempo, scegliere ed iniziare azioni che ci permettano di raggiungere quegli obiettivi, monitorare il comportamento e aggiustarlo in modo da pervenire a quegli obiettivi” (Aron, 2008)

 

Sono state date numerose definizioni rispetto al sistema delle Funzioni Esecutive, e la difficoltà che si incontra nel definirle deriva dal fatto che il termine non si riferisce ad un singolo concetto, ma ad un insieme di sottoprocessi; esse sono funzioni corticali superiori necessarie all’individuo per far si che possa svolgere determinate azioni (dalle più semplici alle più complesse) della vita quotidiana, che possono richiedere la risoluzione di problemi, l’inibizione di una risposta inopportuna in un determinato momento, l’elaborazione di un piano strategico di azioni sequenziali utili per il raggiungimento dell’obiettivo, l’utilizzo di strategie, un certo grado di flessibilità, il mantenimento di informazioni nella memoria di lavoro, l’attenzione durante lo svolgimento del compito, la selezione di dati rilevanti, l’esecuzione di più compiti in parallelo.

Sono funzioni molto importanti, quindi, poiché permettono al soggetto di controllare e regolare sia il proprio comportamento in un determinato contesto, sia altre attività cognitive.

Le Funzioni Esecutive possono essere distinte in:

  • “calde”: sono tutte quelle FE localizzate nella zona ventro-mediale della corteccia prefrontale e coinvolte in compiti che richiedono un’elaborazione emotiva degli stimoli, quindi ad esempio in contesti sociali in cui è richiesto al soggetto di predire un comportamento, conoscere le emozioni espresse dalle persone, decidere quando e in che modo intervenire in una specifica situazione; si tratta di un tipo di elaborazione rapida ed automatica che interviene nelle situazioni di stress.
  • “fredde”: FE situate nella parte dorso-laterale della corteccia prefrontale, che intervengono in attività in cui è richiesta un’elaborazione dello stimolo complessa, cognitiva, controllata e, di conseguenza, lenta, in particolare in situazioni astratte e non contestualizzate.

Sia le Funzioni Esecutive calde che quelle fredde lavorano in maniera sincrona per garantire al soggetto di funzionare in modo adeguato.

 

Neurofisiologia delle funzioni esecutive

Da un punto di vista anatomico, la regione corticale sede delle FE, è rappresentata dalla corteccia associativa localizzata nel lobo frontale, la quale, sebbene inizi a svilupparsi nei primi mesi di vita, raggiunge la sua piena maturazione solamente in età adolescenziale e oltre; si può affermare che l’intera corteccia frontale è coinvolta nella funzione di regolazione del comportamento, in quanto attribuisce significato agli stimoli sensoriali, pianifica l’azione, controlla l’esecuzione, corregge. Per essere più precisi, da un punto di vista anatomo-funzionale, è possibile dividere questa area in tre unità operative:

  • l’area prefrontale dorsolaterale sembra essere coinvolta durante il processo di pianificazione, astrazione e Working Memory
  • l’area orbitofrontale nella regolazione delle emozioni e nei processi decisionali
  • l’area del cingolo anteriore nel controllo della motivazione e delle interferenze

Le FE possono essere considerate un sistema unitario il quale nel tempo è stato descritto attraverso numerosi modelli, tra cui quello elaborato da Norman e Shallice: il modello del “Sistema Attenzionale Supervisore (SAS)” che funziona secondo un modello gerarchico articolato su 3 livelli (fig. 1.1):

  1. il primo livello comprende i processi automatici che si attivano nelle situazioni in cui al soggetto viene richiesto di pianificare e prendere decisioni, di iniziare un’azione nuova, di correggere gli errori, di inibire risposte affrettate ed errate, di affrontare una situazione difficile;
  2. il secondo livello è composto da schemi che hanno come compito quello di controllare i suddetti processi;
  3. nel terzo livello troviamo il Sistema Attentivo Superiore (SAS), un sistema volontario e consapevole che modula i livelli inferiori attivando o inibendo determinati schemi, senza controllare in modo diretto il comportamento; il SAS, quindi, entra in azione quando due attività automatiche sono tra loro in conflitto ed è necessario dare priorità a una delle due, inibendo quella non rilevante per il compito da eseguire.

Fig. 1.1. Rappresentazione grafica del Sistema Esecutivo

Fig. 1.1. Rappresentazione grafica del Sistema Esecutivo

È importante sottolineare il fatto che le FE si possono definire come un sistema unitario ma multicomponenziale; si articolano infatti in processi cognitivi distinti, quindi in tema di riabilitazione si ha il vantaggio di poter attuare training specifici per una o più FE.

 

Lo sviluppo del sistema esecutivo

Abbiamo detto finora che le FE sono un insieme di sottoprocessi distinti e separati, ma quindi come si sviluppano nel corso della vita?

Lo sviluppo di tali funzioni dipende dalle modificazioni delle strutture corticali e sottocorticali che rappresentano il loro substrato neurale e dall’aumento del volume della sostanza bianca che, soprattutto a livello dei lobi frontali, promuove l’aumento delle connessioni e, di conseguenza, della comunicazione tra aree corticali e sottocorticali.

Le prime abilità che compaiono sono quelle semplici e basilari, come ad esempio la memoria di lavoro e l’attenzione, mentre in seguito emergono anche quelle coinvolte in processi cognitivi più complessi ed elaborati.

In sostanza accade che, nei primi sei anni di vita, le Funzioni Esecutive vengono svolte in modo esterno, infatti capita spesso che i bambini durante un’attività parlino tra sé e sé e ripetano ad alta voce i passaggi da eseguire, per sviluppare gradualmente la Memoria di Lavoro e trasformarla da verbale a non verbale.

Dopo i sei anni, quindi dal periodo scolare in poi, le FE vengono interiorizzate, i bambini operano in maniera silenziosa, riflettono, si auto-interrogano e costruiscono dei veri e propri sistemi mentali, indispensabili per portare a termine un obiettivo senza il bisogno di memorizzare e ripetere ogni volta i pattern di azioni necessari per il raggiungimento.

Entrando nello specifico, si può osservare come già a dodici settimane il bambino sia in grado di ricordare la struttura di un obiettivo che lo ha visto protagonista per riutilizzarlo in situazioni simili.

A sette-otto mesi iniziano a manifestarsi la Memoria di Lavoro e l’inibizione; già ad un anno di vita emergono i primi elementi delle Funzioni Esecutive; tra i tre e i quattro anni il bambino è in grado di svolgere attività che richiedono il mantenimento delle informazioni nella mente e contemporaneamente il controllo inibitorio; tra i quattro e i cinque anni si osserva lo sviluppo del controllo attentivo, un potenziamento delle abilità di inibizione, flessibilità cognitiva, formulazione di strategie e presa di decisione; a sette anni migliora la velocità di esecuzione, l’utilizzo di strategie, il mantenimento delle informazioni in memoria; tra gli otto e i nove anni la flessibilità raggiunge livelli adulti.

Inoltre, nel periodo tra i sette e gli otto anni e tra i nove e i dodici anni avviene un incremento dell’abilità di problem-solving, della formulazione di concetti e del controllo dell’impulsività; a dodici anni migliora e diviene matura la fluenza verbale e la pianificazione di sequenze motorie complesse; tra i tredici e i quindici anni le strategie di memoria continuano a svilupparsi e divengono efficienti, migliora l’abilità di pianificazione e di problem-solving; tra i sedici e i diciannove anni la memoria di lavoro progredisce, così come la creazione di strategie di azione e il problem-solving; tra i venti e i ventinove anni l’abilità di mettere in atto comportamenti finalizzati, la Working Memory, la pianificazione e il problem-solving raggiungono un funzionamento superiore, e in generale, tutte le FE hanno una completa maturazione.

Dopo i sessantacinque anni, invece, assistiamo ad una loro progressiva regressione che avviene in modo lento e graduale, infatti sono queste le abilità che decadono per prime con l’avanzare dell’età, anche se alcuni cambiamenti non sono evidenti prima degli ottanta anni.

 

Quali sono?

Il nucleo centrale delle FE è rappresentato da:

  • Inibizione (autocontrollo e autoregolazione)
  • Memoria di lavoro
  • Flessibilità cognitiva

Tra le FE più complesse troviamo:

  • Problem Solving
  • Pianificazione

 

L'inibizione

L’inibizione è una componente dell’intelligenza che consente all’individuo di interrompere le azioni e le decisioni non idonee per il raggiungimento di un obiettivo; grazie al controllo inibitorio è possibile modulare l’attenzione, il comportamento, i pensieri e le emozioni per ignorare uno stimolo che non è appropriato al compito che stiamo svolgendo. Senza questo controllo, infatti, saremmo in preda agli impulsi.

L’inibizione è un meccanismo che svolge un ruolo fondamentale in processi cognitivi quali: memoria (poiché controlla il contenuto della Working Memory, eliminando informazioni irrilevanti e impedendo un sovraccarico della stessa), attenzione selettiva (sopprime, infatti, il processamento dei dati non importanti, consentendo di focalizzare l’attenzione solo sullo stimolo necessario) e linguaggio.

I processi di inibizione possono essere classificati in (Fig. 1.2):

  • controllo dell’interferenza: questo tipo di inibizione si riferisce al controllo inibitorio dell’attenzione che permette di mantenere la concentrazione solo sullo stimolo rilevante (attenzione selettiva)
  • inibizione cognitiva, grazie alla quale le rappresentazioni mentali prepotenti vengono soppresse, e ciò permette di ignorare pensieri e ricordi estranei o indesiderati e di sopprimere l’attenzione verso stimoli esterni irrilevanti rispetto all’obiettivo.
  • inibizione oculomotoria: capacità di reprimere i riflessi saccadici
  • inibizione comportamentale: anche conosciuta come “self-control”, coinvolge la modulazione del proprio comportamento, consentendo di agire in modo idoneo e non impulsivo.

Fig. 1.2. Classificazione dell’inibizione

Fig. 1.2. Classificazione dell’inibizione

Abbiamo visto che l’inibizione è strettamente collegata a un processo cognitivo molto importante:

L'attenzione

L’attenzione può essere definita come un insieme di processi che consentono a un individuo di concentrarsi su aspetti rilevanti del contesto in cui si trova. Ha una funzione di filtro, poiché stabilisce quali segnali, tra tutti quelli a cui il soggetto è esposto, costituiranno materia della sua esperienza. L’attenzione è un unico, grande insieme, formato da diverse sottocomponenti che interagiscono tra loro (Fig. 1.3).

  • Arousal: è anche definita “allerta” ed è il livello fisiologico di attivazione di ognuno di noi; si divide a sua volta in: allerta “tonica”, ossia uno stato di attivazione generalizzato che ha a che fare con la capacità di mantenere un livello di prestazione adeguato per un determinato periodo di tempo, e allerta “fasica” ossia l’abilità di aumentare la prontezza della risposta dopo un segnale di avvertimento.
  • Attenzione selettiva: abilità di selezionare in modo coerente e funzionale solo alcuni tra gli stimoli in entrata ed elaborarli in modo accurato; in particolare ci permette di prestare attenzione alle informazioni che sono utili al compito che stiamo svolgendo, evitando così interferenze; un esempio è il fenomeno del “cocktail party”.
  • Attenzione divisa: capacità di focalizzare la concentrazione su più stimoli di natura diversa per servirsene a seconda del loro significato.
  • Attenzione sostenuta: ci permette di mantenere l’attenzione su uno stimolo ben preciso per un periodo di tempo prolungato (minimo 15 minuti).

Quando il bambino ha un deficit, più o meno marcato, dell’attenzione, trova difficoltà in ogni tipo di situazione o compito: nel raggiungimento di un obiettivo, anche se ha ben sviluppate tutte le abilità necessarie per poterlo raggiungere, non riuscirà nel suo intento, perché il deficit di attenzione gli impedirà di rimanere concentrato sull’attuale compito, quindi tenderà a distrarsi continuamente fino ad abbandonare l’azione che stava svolgendo.

 Fig. 1.3. Sottocomponenti dell’attenzione

Fig. 1.3. Sottocomponenti dell’attenzione

La memoria di lavoro (abbreviato in MDL)

La memoria di lavoro (Working Memory) è una componente operativa della Memoria a Breve Termine e può essere definita come un sistema mnesico che immagazzina per un certo periodo di tempo le informazioni e che permette di processarle, lavorarle e manipolarle successivamente, creando un collegamento diretto tra passato e presente. Tutto ciò che facciamo durante la nostra vita richiede questo tipo di memoria: riordinare mentalmente i concetti, tradurre le istruzioni in piani d’azione, incorporare nuove informazioni nei pensieri e nelle azioni, osservare le relazioni tra gli elementi e le idee; il ragionamento non sarebbe possibile senza la suddetta memoria.

L’abilità di tenere a mente informazioni si sviluppa molto presto, infatti anche i neonati e i bambini molto piccoli possono memorizzare uno o due concetti per un periodo di tempo abbastanza lungo. Possiamo distinguere due tipi diversi di memoria di lavoro, a seconda del contenuto: memoria di lavoro verbale e non verbale (visuo-spaziale). Questo sistema di memoria è stato rappresentato da Baddeley come un modello multicomponenziale (Fig. 1.4) costituito da un Sistema Esecutivo Centrale, che controlla e processa le informazioni che arrivano dal contesto ed è responsabile della coordinazione e del monitoraggio delle attività della Working Memory, indirizzando le risorse verso l’obiettivo da raggiungere; questo Esecutivo Centrale è supportato da altri due sistemi : il Loop Fonologico, che ha il compito di ritenere l’informazione verbale, acustica, fonologica (Memoria di lavoro verbale) ed è associato inoltre al controllo articolatorio, e il Taccuino visuo-spaziale, adibito al processamento e al mantenimento dei dati visivi e spaziali (Memoria di lavoro non verbale). È inoltre presente un magazzino, o Buffer episodico, che, operando sotto il controllo del Sistema Esecutivo Centrale, trattiene e unisce le informazioni provenienti dai due sistemi sopracitati per creare episodi integrati e coscienti.

Fig. 1.4. Modello multicomponenziale che rappresenta il sistema di memoria

Fig. 1.4. Modello multicomponenziale che rappresenta il sistema di memoria

La flessibilità cognitiva

La flessibilità cognitiva (o Shifting) è l’abilità che permette all’individuo di adattarsi ad una situazione nuova  in base ai cambiamenti che si verificano nell’ambiente circostante, modificando il proprio comportamento a seconda del feedback esterno; rende l’individuo autonomo e in grado di agire in modo indipendente e intenzionale, poiché grazie ad essa cambia strategie di pensiero e di azione per percepire ed elaborare informazioni e per far fronte alle situazioni nuove.

La flessibilità può essere suddivisa in:

  • Flessibilità spontanea, ossia una generazione interna di risposte o alternative all’interno di un insieme di regole
  • Flessibilità reattiva, equivalente alla capacità di riallineare predisposizioni comportamentali in situazioni contingenti

Questa capacità inizia a svilupparsi intorno ai 3-4 anni di età e assume un ruolo molto importante durante il processo di risoluzione di un problema; per far si che possa mettere in atto la sua flessibilità, l’individuo deve possedere saldamente le abilità di inibizione, in quanto deve bloccare la sua precedente prospettiva, e di mantenimento in memoria delle informazioni nuove.

Un aspetto di questa funzione è quello che permette di cambiare prospettiva sia spaziale (ad es. poter afferrare “questa situazione sarebbe diversa se la guardassi da un’altra direzione?”), sia interpersonale (ad esempio “vediamo se posso guardare questo aspetto dal tuo punto di vista”).

Soggetti che presentano difficoltà in questa abilità assumono un atteggiamento di rigidità cognitiva e comportamentale: non essendo in grado di mutare il proprio agire in base al contesto, di fronte a un problema compiono errori di perseverazione, danno risposte errate e continuano a sbagliare. 

La pianificazione

La pianificazione può essere definita come un insieme di attività cognitive che anticipano e regolano il comportamento e permettono di creare e organizzare una sequenza di azioni necessarie ad eseguire comportamenti orientati verso specifici obiettivi; in altre parole, questa abilità consente di scomporre un’azione complessa in una serie di passi elementari da svolgere in successione.

A livello anatomico, la regione nella quale si sviluppa questa capacità è la corteccia prefrontale.

Questa abilità riveste un ruolo fondamentale nella vita quotidiana, per poter svolgere in modo efficace sia le azioni più semplici che quelle più complesse; si sviluppa durante tutta l’infanzia, cresce in modo graduale e assume rilevanza soprattutto durante gli anni scolastici, dal momento che viene coinvolta nella risoluzione di problemi aritmetici e nella corretta  esecuzione di tutti gli incarichi che richiedono la realizzazione di un obiettivo attraverso una precisa serie di azioni.

Cosa succede quando pianifichiamo? Prima di tutto dobbiamo crearci una rappresentazione mentale sia della situazione attuale che dell’obiettivo da raggiungere; successivamente queste rappresentazioni devono essere collegate per poter stabilire quale azione è necessaria per raggiungere la meta: per fare ciò dobbiamo anticipare e tenere a mente le conseguenze di un’azione sulle altre e dobbiamo essere in grado di costruire una mappa mentale del percorso corretto, attraverso l’individuazione anticipata della giusta soluzione per raggiungere l’obiettivo. Attraversare la strada, ad esempio, può sembrare un’azione semplice e automatica, ma in realtà comprende all’interno molti processi, che, in successione e integrati tra loro, portano alla realizzazione dell’obiettivo; nel dettaglio, un bambino che sta sul marciapiede e ha intenzione di attraversare la strada deve:

  1. Stabilire il suo obiettivo: “devo attraversare la strada”
  2. Valutare le varie azioni da compiere: camminare, guardare a destra e a sinistra per accertarsi che non sopraggiungano auto, valutare il momento esatto per iniziare la sua azione, prendere in considerazione le varie ipotesi: “cammino lentamente? Oppure corro? Vedo una macchina che si avvicina: attraverso ora, o aspetto che sia passata?”
  3. Dopo aver preso in considerazione tutte le possibili azioni, deve decidere quella più idonea per l’obiettivo da raggiungere
  4. Inizia ad attraversare
  5. Mentre attraversa deve mantenere alta l’attenzione sull’obiettivo e in memoria le varie singole azioni da eseguire in sequenza
  6. Una volta raggiunto l’obiettivo, valuta il risultato.

Appare evidente, quindi, come la pianificazione richieda la partecipazione di altre funzioni cognitive quali (Fig. 1.5):

  • Attenzione: è necessario dirigere l’attenzione e focalizzarla sull’obiettivo in modo funzionale, anche per periodi lunghi.
  • Inibizione: una volta scelta l’azione più idonea, bisogna inibire le altre
  • Astrazione, ragionamento, flessibilità: è necessario essere in grado di passare da un concetto a un altro e saper attribuire significati diversi a uno stesso concetto; allo stesso tempo la flessibilità deve permetterci di operare modifiche e aggiustamenti durante lo svolgimento dell’azione, o addirittura di cambiare la nostra azione per eseguirne un’altra più adatta allo scopo.
  • Working memory: le varie azioni singole da eseguire vanno tenute a mente così come l’obiettivo.

La pianificazione è, inoltre, coinvolta in molti processi cognitivi importanti quali problem solving e decision making.

Durante il processo di risoluzione di un problema è fondamentale per l’individuo costruire una rappresentazione mentale del problema e, partendo da esso, prefigurare il percorso corretto per risolverlo.

Nelle situazioni di decision making, ovvero quelle in cui gli individui scelgono tra varie possibilità dall’esito incerto, è cruciale formulare piani di azione, costruire una mappa mentale delle diverse possibilità, anticipare, prefigurare le conseguenze di una scelta sulle altre e giungere alla decisione.

Quando la capacità di pianificazione risulta ridotta in un bambino, egli si mostra rigido a livello comportamentale e ostinato nel commettere ripetutamente gli stessi errori, non riuscendo a correggersi e ad adottare strategie diverse per raggiungere il suo obiettivo.

Fig. 1.5. Funzioni cognitive che partecipano durante il processo di pianificazione

Fig. 1.5. Funzioni cognitive che partecipano durante il processo di pianificazione

Il problem solving (locuzione inglese che può essere tradotta in italiano come risoluzione di un problema)

Il problem solving è l’insieme dei processi necessari per analizzare, affrontare e risolvere con successo situazioni problematiche. Trovarsi di fronte a un problema significa che vogliamo raggiungere un certo obiettivo, ma qualcosa ce lo impedisce, quindi abbiamo bisogno di trovare una strategia per aggirare il problema, risolverlo e raggiungere il nostro scopo; ad esempio un bambino vuole prendere un gioco sul tavolo ma non è abbastanza alto, quindi per raggiungere il suo obiettivo può mettere in atto diverse strategie (salire su un panchetto, su una sedia, raggiungere l’oggetto aiutandosi con un bastone lungo e avvicinandolo a sé…) per trovare soluzioni creative e realistiche, riducendo al minimo lo stress, i contrasti, il pericolo di rinuncia.

L’obiettivo del problem solving è quello di permettere all’individuo di risolvere il problema che gli si pone di fronte, attraverso le sue risorse logiche, critiche e creative.

Può essere considerata un’attività del pensiero che mettiamo in atto per raggiungere una condizione desiderata a partire da una condizione di partenza.

Possiamo distinguere quattro fasi in cui il processo di problem solving si divide:

  1. Identificazione del problema e dell’obiettivo (l’obiettivo viene definito e gli ostacoli presenti per raggiungerlo vengono analizzati)
  2. Sviluppo delle possibili soluzioni (vengono generate idee che saranno poi trasformate in soluzioni)
  3. Scelta, valutazione e pianificazione della soluzione (vengono stimate: l’efficacia, la fattibilità e le conseguenze; la soluzione viene identificata; avviene una pianificazione)
  4. Messa in pratica (il piano creato viene eseguito e si valutano i risultati ottenuti)

Grazie a queste quattro fasi, l’individuo può impostare il problema, gestirlo e chiarire alcuni dettagli che potrebbero ostacolare la sua risoluzione.

 

Deficit delle funzioni esecutive

Poiché le Funzioni Esecutive comprendono un insieme di processi cognitivi diversi tra loro ma collegati in modo dinamico e flessibile, un deficit a carico di queste funzioni si presenta come un campo di disordini ed è attribuibile a un difetto strutturale o funzionale del lobo frontale.

Un bambino con un disturbo a questo livello presenta:

  • Grande distraibilità
  • Difficoltà nel controllare le risposte automatiche
  • Disorganizzazione
  • Incapacità a ricordare i luoghi e i tempi degli eventi accaduti o di imparare dall’esperienza
  • Difficoltà nell’eseguire più di un compito contemporaneamente
  • Ipoattivazione
  • Sbadataggine
  • Difficoltà nel mantenere l’attenzione
  • Instancabilità, marcata loquacità
  • Scarsa consapevolezza dei sentimenti altrui
  • Difficoltà nella regolazione degli stati emotivi, impazienza, poca tolleranza della frustrazione
  • Procrastinazione
  • Difficoltà ad iniziare compiti nuovi o impegnativi
  • Perdita della cognizione del tempo, lentezza cronica
  • Difficoltà nello stabilire priorità ad alcuni stimoli rispetto ad altri e nel rispettare i tempi
  • Difficoltà nel passare da un’attività ad un’altra
  • Enorme altalenanza nelle prestazioni

Da quanto appena elencato, si evince il fatto che il quadro di presentazione di un bambino con deficit a livello esecutivo è molto vario e può manifestarsi in modi diversi da un individuo ad un altro; questo comporta un vantaggio e, allo stesso tempo uno svantaggio: lo svantaggio è che può essere difficile stabilire il deficit specifico di quel bambino, essendo il quadro molto ampio e variegato; il vantaggio è che, una volta focalizzata l’abilità cognitiva deficitaria, si può attuare un training specifico e mirato. Comunque, qualsiasi sia la funzione esecutiva carente nel bambino che abbiamo di fronte, è fondamentale osservare attentamente il suo comportamento e le sue abilità, per poter individuare il problema e adoperarsi quanto prima per migliorarlo, fornendo al bambino gli strumenti per far fronte alla sua difficoltà in modo tale da poter vivere una vita serena.