Sistema Attentivo Supervisore e Funzioni Esecutive

Con l’avvio dei primi studi riguardo l’esistenza di un sistema esecutivo di controllo (grazie alla storica individuazione delle funzioni frontali), si è aperto il dibattito fra numerosi autori circa la necessità di dover considerare, a riguardo di quest’ultimo, un singolo meccanismo unificante che si frazionerebbe poi in tante sottofunzioni oppure, differentemente, la non unitarietà e non unificabilità delle funzioni esecutive. Numerosi sono gli autori che postulano un modello unitario; è il caso, ad esempio, di Baddeley (1986), che definisce il “sistema esecutivo centrale”, di Shallice (1988), il quale parla di “sistema attentivo supervisore” (SAS), e di Moscovitch e Umiltà (1990), che definiscono l’”elaboratore centrale”. Altri autori, come Miyake e colleghi (2000), hanno preferito focalizzare la loro attenzione direttamente sulle funzioni esecutive: essi sostengono, riguardo quest’ultime, l’ipotesi dell’esistenza di un sistema multicomponenziale: secondo questa interpretazione, vi sarebbero delle correlazioni tra le diverse prove psicometriche che valuterebbero le funzioni esecutive di base da loro considerate (inhibition, shifting, updating). Ciò porterebbe a pensare all’esistenza di un sistema esecutivo unificante, come il SAS, che influenzerebbe le tre abilità. Ciononostante, gli autori non escludono anche la possibilità che la componente comune alle diverse prove sia l’inibizione. In quest’ultima visione, si indebolirebbe l’ipotesi della presenza di un SAS alla base delle diverse funzioni esecutive. (Sabbadini L., 2013).

Le funzioni del SAS

Al di là delle diverse interpretazioni riguardo il sistema attentivo supervisore e le funzioni esecutive, “per il principio dell’economia cognitiva è più funzionale che un unico meccanismo si innesti proponendo diversi livelli di impegno delle funzioni esecutive più adatte, piuttosto che dover moltiplicare per ogni funzione esecutiva i compiti attribuiti al SAS” (Benso, in Sabbadini L., 2013).

Il SAS si rivela quindi essere un sistema di controllo, che interverrebbe ogni qualvolta sia necessario riportare il comportamento sotto il livello cosciente, sottraendo quest’ultimo da componenti automatiche. Nelle situazioni routinarie soggette ad autoregolazione, in particolare, il coinvolgimento del SAS avverrebbe a fasi alterne: meno attivo durante attività automatizzate, mentre più coinvolto nelle fasi di apprendimento e di controllo. Esso ha il compito di influenzare strategicamente i processi cognitivi e modulare in modo flessibile l’attivazione degli schemi, distribuendo l’attenzione in modo funzionale, a seconda delle necessità e delle richieste ambientali. Questo processo avverrebbe senza l’intervento cosciente del soggetto. Le funzioni del SAS si rivelano essere quindi numerose, di cui quelle principali sono: fornire energie e controllo dei processi in fase di apprendimento; favorire il coordinamento e l’assemblamento di moduli semplici in apprendimenti complessi; controllare e mantenere la coerenza del comportamento del momento, agevolando l’autoregolazione; supervisionare la selezione competitiva degli schemi in funzione dello scopo; inserirsi nel modulo per riprogrammarlo; essere sensibile alle sollecitazioni emotive per controllare il comportamento in funzione del contesto. A riguardo di quest’ultima funzione, in particolare, è importante sottolineare la continua reciproca influenza e relazione che vi è tra SAS e sistema emotivo: i livelli emotivi motivazionali, infatti, richiamerebbero l’attenzione dai sistemi centrali verso i processi modulari, segnalando quando non è più possibile affidarsi alla routine automatizzata. Esiste, quindi, un collegamento permanente tra i sistemi attentivo e emotivo che si esprime a volte più centralmente a volte più modularmente (ipotesi del continuum; Benso, 2007). Dunque, l’equilibrio nell’autoregolazione si ha quando il sistema cognitivo riesce a controllare e a perseguire lo scopo del momento, nonostante l’aumento del livello emotivo. (Sabbadini L., 2013).

Per quanto riguarda le disfunzioni del SAS, esse causano una sintomatologia caratteristica che è possibile riscontrare frequentemente in psicopatologia e che storicamente si evidenziava nei cosiddetti “pazienti frontali”: un sintomo è quello della distraibilità, derivante dal fatto che il soggetto è continuamente attratto da stimoli ambientali irrilevanti, a causa di un’insufficiente attivazione di uno schema specifico. Un altro è quello della perseverazione, in cui si ha la ripetizione di uno schema integro ma non più funzionale al contesto, a causa di un’incapacità del SAS a contrastarlo ed a privilegiarne altri.

La regolazione cognitiva: le funzioni esecutive

La regolazione cognitiva si basa su una serie di processi indicati con il nome di Funzioni Esecutive (Hubert B., Guimard P. e Florin A., 2017).

Miyake e Friedman (2012) definiscono le funzioni esecutive come un insieme di abilità cognitive che permettono agli individui di controllare pensieri e azioni, in vista di nuove o complesse situazioni nelle quali una risposta automatica o impulsiva non è funzionale. Quindi, come le definisce Benso (2010), esse possono essere definite come processi necessari a programmare, a mettere in atto e a portare a termine con successo un comportamento finalizzato a uno scopo. Come sottolinea Diamond (2013), vi è un generale assenso nel definire la presenza di tre funzioni esecutive nucleari, che sarebbero: l’inibizione [controllo inibitorio, che include l’autocontrollo (ossia l’inibizione comportamentale) e il controllo dell’interferenza (attenzione selettiva e inibizione cognitiva)], la memoria di lavoro (working memory) e la flessibilità cognitiva (anche detta set shifting, flessibilità mentale, o set shifting mentale e strettamente collegata alla creatività). Dalle funzioni esecutive di base originano funzioni esecutive superiori come il ragionamento, il problem solving e la pianificazione (Collins & Koechlin 2012, Lunt et al. 2012, citati in Diamond A. 2013). Alcuni autori delineano il problem solving come la funzione esecutiva ideale (Zelazo e Muller, 2002). In particolare, tali funzioni necessitano di un’adeguata quantità di risorse attentive per alimentare i diversi sistemi, compresi quelli di memorizzazione (sui quali si sostengono costantemente).

Funzioni esecutive calde e fredde

Un’ulteriore distinzione delle funzioni esecutive è quella che le divide in funzioni esecutive “calde” e funzioni esecutive “fredde”.  Le FE hot sono quelle connesse a condizioni come l’empatia, la teoria della mente, la regolazione emozionale e le decisioni in ambito affettivo. Quelle cold, invece, sarebbero implicate in attività puramente cognitive, come il problem solving, la pianificazione, la memoria di lavoro (Valeri G. et al., 2015).

Tuttavia, alcuni autori hanno criticato questa netta distinzione tra funzioni esecutive: ad esempio, è il caso di Lewis e Todd (2007). La critica parte dal fatto che la corteccia prefrontale, area cerebrale cardine delle funzioni esecutive, è in costante connessione con i sistemi sottocorticali e i centri emozionali (es. sistema limbico) e, quindi, è inevitabile una costante, anche se minima, influenza emotiva durante qualsiasi compito cognitivo, anche il più “astratto”. Le funzioni esecutive fredde, quindi, non sarebbero mai completamente tali. Questo concetto, in particolare, è alla base della teoria del continuum, secondo cui sistemi cognitivi ed emotivi sono indissolubilmente legati. Questa reciproca influenza è particolarmente evidente durante l’autoregolazione del comportamento, ossia durante l’adattamento del soggetto all’ambiente, che deriva proprio dall’equilibrio tra sistema emotivo motivazionale e cognitivo di controllo (Sabbadini L., 2013). In particolare, nell’ambito specifico dell’autoregolazione, nonostante sia difficile fornire una precisa definizione di tale termine viste le sue numerose sfumature, i ricercatori concordano sul fatto che questa debba essere compresa alla luce dell’interazione reciproca tra componenti cognitive ed emotive. L'autoregolazione, in questo senso, viene rappresentata da due livelli interconnessi: (1) le funzioni esecutive svolgono un ruolo top-down (attento, volontario); e (2), nella direzione bottom-up (involontaria, automatica), le funzioni esecutive dipendono dal controllo emotivo. In questa prospettiva, le funzioni esecutive e il controllo emotivo sono considerate come distinti ma fortemente correlati, e il loro sviluppo è strettamente legato e influenzato dall'esperienza.

Il controllo emozionale, in particolare, si riferisce alla capacità di una persona di modulare le proprie emozioni (cioè, controllare la propria reattività emotiva) in risposta alle esigenze ambientali circostanti. Nella letteratura, per distinguere questi due livelli, i ricercatori utilizzano i termini di “autoregolazione emotiva” (anche definita autoregolazione “calda”) e “autoregolazione cognitiva” (anche definita autoregolazione “fredda”) per riferirsi alle funzioni esecutive (Denham et al., 2012; Kim et al., 2013) (Hubert B., Guimard P. e Florin A., 2017).

Per quanto riguarda lo sviluppo delle funzioni esecutive hot, infine, si ritiene che fino ai 4 anni queste non siano ancora pienamente sviluppate. Dopo quest’età, invece, la comparsa della “Teoria della Mente” ne segnerebbe la maturazione. (Sabbadini L., 2013)

Cenni di neuroanatomia delle funzioni esecutive

L’area corticale principale di supporto delle funzioni esecutive è la corteccia prefrontale: si tratta di una vasta area che ha numerose connessioni con altre aree corticali, sottocorticali e limbiche. L’integrità della corteccia prefrontale costituisce un prerequisito necessario, ma non sufficiente, per l’integrità delle funzioni esecutive. Essa si rivela essere, infatti, il punto di snodo fondamentale di un network che coinvolge anche altre strutture fondamentali, come i gangli della base.  È stato dimostrato, in particolare, che un danno al lobo frontale non genera necessariamente una sindrome disesecutiva, così come un danno cerebrale diffuso può causare un deficit delle funzioni esecutive (Floden e Stuss, 2006).

La corteccia prefrontale costituisce ben il circa 30% della superficie corticale totale e, inoltre, si caratterizza per avere una concentrazione di spine e dendriti nettamente maggiore rispetto alle altre aree corticali (Elston, Benavides-Piccione e DeFelipe, 2001): ciò spiega la grande complessità e variabilità delle funzioni cognitive ed esecutive umane. A riguardo della corteccia prefrontale, in particolare, è possibile individuare tre principali aree, ognuna deputate a compiti specifici: le aree prefrontali laterali sono deputate a processi di set-shifting (flessibilità attentiva e cognitiva), memoria di lavoro, pianificazione, comportamento strategico e categorizzazione. Inoltre la porzione laterale, attraverso connessioni con aree corticali posteriori e sottocorticali, è coinvolta anche nei processi attentivi, sia sostenuti che focalizzati. Vi sono, poi, le aree orbitarie, coinvolte durante attività di scelta tra diverse alternative. La porzione orbitaria, in aggiunta, è suddivisa in una parte laterale, maggiormente connessa al controllo inibitorio, e in una mediale, deputata all’integrazione tra processi cognitivi e influenze emotive. Le aree orbitali prefrontali, inoltre, sono collegate al sistema limbico (in particolare al giro cingolato anteriore, coinvolto specificatamente nell’automonitoraggio), che è deputato all’elaborazione delle emozioni. In particolare, è importante sottolineare che a livello cerebrale vi è un continuo bilanciamento tra sistema cognitivo ed emotivo: in questo processo è coinvolta l’amigdala (fondamentale centro emotivo) e l’ippocampo, avente questo un ruolo essenziale per il recupero di tracce mnesiche. Questa connessione, dunque, determina il ruolo di tale porzione della corteccia nella gestione di quest’ultime e degli istinti. La regione prefrontale mediale, infine, è deputata a rilevare gli errori e risolvere i conflitti tra diverse informazioni (Paus, 2001). Fondamentale ruolo di quest’area, inoltre, è quello di sostenere l’iniziativa comportamentale. Non è caso, infatti, danni cerebrali in questa zona provocano i sintomi di apatia e abulia (Valeri G. et al., 2015).

L’integrità del sistema nervoso centrale (in particolare della corteccia prefrontale e delle aree a essa collegate) rappresenta il fattore biologico che, accanto a fattori individuali e ambientali, costituisce un importante requisito per lo sviluppo fisiologico delle funzioni esecutive e, di conseguenza, dell’autoregolazione.

Modelli neuropsicologici di riferimento: unitari, frazionati ed integrati

Nell’ambito dello studio delle funzioni esecutive, nel corso del tempo sono stati proposti diversi modelli interpretativi, a seconda che queste venissero considerate come un costrutto unitario oppure suddivise in sottodomini, totalmente o relativamente indipendenti. Uno di questi è il modello unitario, il quale considera le funzioni esecutive come un costrutto unitario costituito da sottoprocessi (Baddeley, 1988; Shallice, 1988). Shallice (1988) definisce il “sistema attentivo supervisore” (SAS), ossia un sistema di controllo delle operazioni cognitive multicomponenziale: esso sarebbe deputato a fornire risorse attentive a capacità limitata, a sostenere l’attenzione, a compiti di controllo del pensiero e dell’azione, a inibire i distrattori, alla modularizzazione delle funzioni specifiche (ad es. linguaggio e abilità motorie), a fornire risorse attentive per i processi di memorizzazione. Baddeley (1988) individua la presenza di un “esecutivo centrale”, che sarebbe un sistema di controllo dei processi cognitivi, con funzioni di attenzione e inibizione, coordinazione dell’esecuzione di compiti simultanei e recupero di risorse. L’esecutivo centrale, inoltre, avrebbe anche un ruolo cardine nel coordinamento dei sistemi sussidiari della memoria di lavoro: il loop fonologico, il taccuino visuospaziale e, introdotto successivamente (Baddeley, 2002), il buffer episodico. In particolare, secondo Baddeley, la memoria di lavoro è un costrutto multicomponenziale a capacità limitata che fornisce, durante le attività cognitive, sia rappresentazioni provenienti dall’esterno sia informazioni recuperate dalla memoria a lungo termine (tratto da Valeri G. et al., 2015). Un ulteriore modello unitario è quello di Moscovitch ed Umiltà (1990), i quali individuano un “processore/elaboratore centrale” che controlla le operazioni cognitive. Questo concetto, in particolare, viene introdotto all’interno della formulazione di una loro teoria modulare riguardo, appunto, lo sviluppo dei “moduli”, ossia degli apprendimenti che si formano nel corso della vita.  Un comportamento che si ripete e si automatizza nel tempo si “modularizzerebbe”. In particolare, essi individuano la presenza di moduli di primo tipo, non assemblati e specifici (ad esempio la percezione dei colori), dalla cui combinazione maturerebbero i moduli di secondo tipo, grazie ad un elaboratore centrale (ad esempio, la percezione visiva). A loro volta, dall’assemblamento di due moduli di secondo tipo si genererebbero i moduli di terzo tipo, sempre con il diretto intervento dell’elaboratore centrale e, in questo caso, anche attraverso il controllo volontario e cosciente del soggetto.

Un ulteriore approccio all’analisi delle funzioni esecutive è quello che propone il modello frazionato, secondo cui le funzioni esecutive sono componenti differenti ma interrelate tra di loro. È il caso, ad esempio, del modello di Lezak (1995); egli individua 4 domini: la volizione (decisione consapevole di mettere in atto un’azione), pianificazione (sequenza di azioni per la risoluzione di un problema), intenzione ad agire (flessibilità che permette di cambiare strategia a seconda delle circostanze), ed azione. In questo modello, in particolare, la memoria di lavoro non viene considerata. Vi è, poi, il modello di Roberts e Pennington (1996), secondo i quali inibizione e memoria di lavoro sono funzioni indipendenti ma funzionalmente in interazione.

Più recentemente, sempre a riguardo delle teorie della dissociabilità delle funzioni esecutive, Diamond (2006) sostiene la dissociabilità tra memoria di lavoro e inibizione: afferma, infatti, che queste funzioni hanno traiettorie evolutive differenti.

Gli studi più attuali, tuttavia, stanno propendendo per un’integrazione tra i due modelli unitari e frazionati. È il caso, ad esempio, di Miyake et al. (2000): essi sostengono un modello integrato delle funzioni esecutive, per cui le tre componenti principali di queste, flessibilità mentale (set-shifting), working memory e inibizione sarebbero parzialmente indipendenti, ma comunque correlate tra loro. Altri studiosi hanno applicato il modello integrato a bambini in età prescolare. È il caso, ad esempio, di Wiebe, Epsy e Charak (2008): sfruttando l’Analisi Fattoriale Confirmatoria essi hanno concluso che nei bambini in fascia prescolare performance che implicano l’attivazione di competenze di memoria di lavoro e controllo inibitorio in realtà misurano una singola abilità cognitiva. Numerosi sono gli studi, in particolare, che sostengono l’idea che in età prescolare sia più corretto considerare un modello unitario, differentemente da età maggiori in cui si potrebbero evidenziare componenti parzialmente dissociabili (Valeri G. et al., 2015).

Infine, è importante accennare anche al modello del continuum di Benso, secondo cui vi è una connessione continua tra sistemi centrali (deputati al controllo attentivo) e moduli, sotto influenza continua (volontaria ed involontaria) di emozioni e motivazioni.

La relativa indipendenza delle funzioni esecutive

Per quanto in letteratura si possa ritrovare la definizione da parte di numerosi autori (ad es. Miyake et al., 2000; A. Diamond, 2013) di differenti funzioni esecutive, è sicuramente azzardato sostenere che una prova psicometrica o un’attività specifica coinvolgano una singola funzione esecutiva isolatamente dalle altre: esse sono costrutti “parzialmente correlati” (Danielsson H. et al., 2010). Gli stessi Miyake e collaboratori (2000) sottolineano che vi sarebbe un’”impurità” delle prove psicometriche utilizzate durante la misurazione delle FE: in effetti, i sistemi percettivi periferici (quali, ad esempio, il sistema visivo, uditivo o motorio) che fanno da interfaccia tra lo strumento di misura e la funzione esecutiva da valutare potrebbero “disturbare” notevolmente la misura.

Inoltre, vi sono numerosi dibattiti anche su quale sia la funzione esecutiva effettivamente maggiormente coinvolta rispetto alle altre durante una prova psicometrica. Ad esempio, lo stesso test di Stroop, utilizzato quasi universalmente per la valutazione della funzione inhibition, è stato anche utilizzato anche per studiare i task shift (cambiamenti di compito), come riferiscono Anderson et al. (2010). In aggiunta, MacLeod et al. (2003) forniscono alcune spiegazioni dell’effetto Stroop senza chiamare in causa il concetto di inibizione. Sempre a riguardo del test di Stroop, in particolare, si evidenzia quanto questo sia dipendente, oltre che da competenze di inhibition, anche da attenzione sostenuta. Durante l’esecuzione della prova, infatti, momenti di calo attentivo possono favorire l’effettuazione di errori.

Un altro caso di compito in cui si può evidenziare l’influenza di altre funzioni esecutive oltre a quelle che si pretenderebbe di misurare è quello del peg-tapping: durante questo task, il soggetto deve battere due volte sul tavolo se lo sperimentatore batte una volta e viceversa. Sicuramente durante l’esecuzione del compito è coinvolta l’inhibition, in quanto è necessario controllare la propria risposta, che deve essere opposta a quella dell’altro; tuttavia, è necessario anche il coinvolgimento della memoria di lavoro, necessaria per ricordare la regola durante tutta l’esecuzione del compito (Sabbadini L., 2013). La stretta connessione tra memoria di lavoro e inibizione è ribadita anche da Diamond (2013). Per quanto riguarda il terzo core delle funzioni esecutive, la flessibilità cognitiva, anch’essa risulta essere strettamente connessa alle altre FE: essa necessita, infatti, della presenza di abilità di inibizione e di mantenimento in memoria delle informazioni (Vicari S. e Di Vara S., 2017).

Si evidenzia, quindi, che la scelta di un costrutto per misurare una funzione esecutiva è per lo più arbitraria.

(Schema tratto da Valeri G. et al, 2015)

(Schema tratto da Valeri G. et al, 2015)