L’esecutivo centrale
Si presume che l’esecutivo centrale sia responsabile del controllo attenzionale della memoria di lavoro. Il concetto è stato inizialmente utilizzato principalmente come operazione di tenuta, permettendo lo studio dei problemi più trattabili dei sistemi asserviti, pur accettando la necessità di ulteriori indagini sui processi complessi che sono quasi certamente coinvolti nel controllo della memoria. Il concetto ha cominciato a svilupparsi con la proposta di Baddeley (4) di collegarlo al modello di Norman e Shallice (35) di un sistema attenzionale di supervisione, che hanno postulato per rendere conto degli slittamenti di azione e del complesso schema di sintomi osservati nei pazienti con danni al lobo frontale. Tuttavia, pur essendo d’accordo sul fatto che l’esecutivo centrale è probabilmente fortemente dipendente dal funzionamento dei lobi frontali, Baddeley è stato attento a non definirlo anatomicamente, preferendo analizzare prima le funzioni del sistema e solo allora porre la questione del substrato anatomico. I lobi frontali sono grandi, complessi e quasi certamente coinvolgono processi diversi dal controllo esecutivo; allo stesso tempo, i processi esecutivi sono presumibilmente un mezzo per controllare varie regioni del cervello, il che suggerisce che possono essere interrotti in punti diversi dai lobi frontali. Per questo motivo Baddeley e Wilson (36) hanno proposto il termine sindrome disesecutiva per riferirsi ai casi neuropsicologici con disturbo delle funzioni esecutive che spesso in passato sono stati indicati come affetti da “sindrome frontale”. (Vedi rif. 37 per ulteriori discussioni su questo punto.)
Mentre è possibile che l’esecutivo centrale funzioni come un semplice controllore unitario, la varietà e la complessità dei deficit esecutivi nei pazienti neuropsicologici sembra puntare fortemente nella direzione del frazionamento in sottosistemi o almeno in sottoprocessi. La nostra attuale strategia (38) è quella di tentare di identificare tali processi esecutivi necessari e di sviluppare metodi di misurazione e analisi, lasciando per il futuro la questione se tali processi rappresentino parti di un sistema altamente integrato o un singolo esecutivo, o se l’aspetto di un singolo controllore rifletta le proprietà emergenti di una serie di processi paralleli ma uguali, un “comitato” esecutivo, forse?
Anche se abbiamo iniziato a esplorare una serie di processi esecutivi (38), la maggior parte dei progressi è stata fatta in uno di questi, la capacità di coordinare due o più attività concorrenti. I nostri studi iniziali sono stati spinti dal tentativo di analizzare il deficit cognitivo nei pazienti affetti da una probabile malattia di Alzheimer. Oltre al deficit massiccio nella memoria episodica a lungo termine che è il principale segno distintivo della malattia, abbiamo trovato un deterioramento in una serie di compiti di memoria di lavoro, che ha suggerito una componente esecutiva difettosa piuttosto che un deficit nei sistemi slave. Abbiamo deciso di indagare questo test testando la capacità dell’esecutivo centrale di coordinare l’attività nei due sistemi asserviti.
Il disegno sperimentale ha coinvolto il confronto di tre gruppi di soggetti, probabili pazienti con malattia di Alzheimer, soggetti anziani normali e soggetti giovani normali. In uno studio tipico, il loop fonologico sarebbe stato occupato da un compito di span di cifre, e il blocco di schizzi sarebbe stato occupato dal tracking visuo-spaziale. In entrambi i casi, la difficoltà del compito è stata titolata fino a un punto in cui tutti e tre i gruppi operavano a un livello equivalente quando i compiti venivano eseguiti indipendentemente. Quando si richiedeva di tracciare e ricordare le cifre simultaneamente, i giovani e gli anziani mostravano un piccolo ed equivalente decremento, mentre quello mostrato dai probabili pazienti con malattia di Alzheimer era sostanzialmente maggiore (39). Un successivo studio longitudinale ha dimostrato che la capacità dei probabili malati di Alzheimer di coordinare i compiti si deteriorava molto più drammaticamente rispetto alle prestazioni sui compiti eseguiti da soli (40).
Un recente studio di tomografia a emissione di positroni (41) suggerisce che le prestazioni a doppio compito coinvolgono effettivamente la funzione del lobo frontale, anche se questo non implica, naturalmente, che tutti i pazienti con danni in qualsiasi parte dei lobi frontali avranno scarse prestazioni nel coordinamento a doppio compito. Questo punto di vista è supportato da uno studio che ha analizzato le prestazioni a doppio compito di un gruppo di 24 pazienti con lesioni consolidate del lobo frontale. I pazienti sono stati anche testati su due misure standard “frontali”, vale a dire il Wisconsin Card Sorting Test (42), un compito di formazione del concetto in cui i pazienti con danni frontali tendono ad eseguire male e a perseverare sulle soluzioni precedenti, e la fluenza verbale, un compito in cui i soggetti cercano di generare il maggior numero possibile di elementi da una data categoria come gli animali, che di nuovo è spesso compromessa nei pazienti con danni al lobo frontale (42). Infine, eravamo interessati a tentare di catturare il disturbo comportamentale che accompagna la classica sindrome frontale, spesso riflesso nella disinibizione o nell’apatia. Abbiamo basato la nostra misura di questo su valutazioni cliniche da parte di due giudici indipendenti, uno basandosi su osservazioni durante i test neuropsicologici dei pazienti, mentre l’altro rifletteva i commenti di chi assisteva il paziente. Mentre tutti i soggetti hanno mostrato un’ampia tendenza al deterioramento nei test di ordinamento delle carte e di fluidità verbale, nessuno di questi era significativamente associato al disturbo comportamentale. D’altra parte, quei pazienti che hanno mostrato segni di comportamento hanno eseguito significativamente peggio sulla prestazione a doppio compito rispetto a quelli il cui comportamento era relativamente normale (43).
Anche se l’associazione tra la prestazione a doppio compito e la condotta è stata serendipitica, ha una somiglianza con una scoperta indipendente di Alderman (44), che ha condotto uno studio su un programma di riabilitazione per pazienti cerebrolesi con problemi comportamentali. Mentre il programma aveva in generale successo, una minoranza sostanziale di pazienti non riusciva a trarne beneficio. Nel testare questi pazienti su una vasta gamma di misure, un gruppo di test si è rivelato particolarmente rivelatore, vale a dire quelli che coinvolgono la necessità di coordinare due compiti, su cui costantemente scarso rendimento è stato mostrato dai pazienti che non sono riusciti a rispondere al programma di riabilitazione.
Questi due studi che osservano un legame tra prestazioni dual-task e comportamento sono molto intriganti, ma dovrebbero chiaramente essere replicati prima di trarre conclusioni forti. Se vengono replicati, presentano il problema del perché l’associazione dovrebbe verificarsi. Una possibilità è quella di una simile localizzazione anatomica di due processi separati. Una possibilità più interessante, tuttavia, potrebbe riguardare il ruolo della coordinazione multitask nel comportamento sociale; forse la necessità di mantenere i propri interessi e allo stesso tempo prestare attenzione a coloro che si trovano nei paraggi richiede una grande capacità di performance dual-task?
Mentre questo approccio all’analisi dell’esecutivo centrale è ancora in una fase relativamente iniziale, ci sono stati alcuni progressi nel postulare e iniziare a studiare altri processi esecutivi candidati, compresa la capacità di focalizzare l’attenzione, di passare l’attenzione da un focus a un altro, e di utilizzare la memoria di lavoro per attivare aspetti della memoria a lungo termine (38). C’è stato anche un notevole interesse nell’esplorare la funzione della memoria di lavoro, tipicamente sviluppando misure della differenza individuale nella capacità della memoria di lavoro, e mettendole in relazione con le prestazioni in compiti come la comprensione, il ragionamento e i test di intelligenza generale.
Una delle misure più ampiamente utilizzate è quella sviluppata da Daneman e Carpenter (45), che hanno definito un compito di memoria di lavoro come uno che richiede contemporaneamente la memorizzazione e la manipolazione di informazioni. Il compito che usano più frequentemente è chiamato working memory span e consiste nel presentare al soggetto una serie di frasi. Dopo averle lette, il soggetto deve ricordare l’ultima parola di ogni frase; lo span è stabilito dal numero massimo di frasi che il soggetto può sia leggere che ricordare le parole finali. Daneman e Carpenter hanno trovato che la performance in questo test prediceva le abilità di comprensione della prosa nei loro soggetti studenti universitari, continuando ad osservare più in dettaglio il modo in cui la capacità della memoria di lavoro sembra sostenere tali componenti della comprensione come la capacità di trarre inferenze e di estrapolare oltre le prove date (46).
Utilizzando un paradigma simile, Oakhill, Yuill e Parkin (47) hanno studiato bambini che sembrano essere ragionevolmente bravi a leggere, nel senso di pronunciare le parole scritte, ma poveri nella comprensione della prosa che leggono. Questi bambini tendono ad avere una bassa capacità di memoria di lavoro, portando Oakhill et al. a suggerire che hanno un deficit nella capacità esecutiva centrale. Sia loro che Turner e Engle (48) trovano che non è necessario incorporare materiale sentenziale nella misura della portata; per esempio, una sequenza di calcoli seguita da parole non correlate sembra predire virtualmente anche la comprensione successiva.
Utilizzando una definizione simile di memoria di lavoro, cioè la capacità di immagazzinare ed elaborare simultaneamente le informazioni, Kyllonen e Christal (49) hanno tentato di mettere in relazione le misure della memoria di lavoro con test di intelligenza più tradizionali, tipicamente basati su compiti di ragionamento. Hanno osservato un’alta correlazione tra le due serie di misure, con i test di memoria di lavoro che dipendono leggermente di più dalla velocità di elaborazione, e i test di intelligenza che sono più influenzati dall’esperienza precedente e dall’istruzione. Quest’ultimo punto è importante in alcune situazioni di selezione, dove, per esempio, può essere necessario valutare il potenziale lavorativo di persone provenienti da una serie di diversi contesti culturali ed educativi. Il valore pratico delle misure della memoria di lavoro è dimostrato da uno studio in cui Christal (50) ha scoperto che era in grado di prevedere il successo in un corso sulle porte logiche in modo più efficace sulla base della batteria di memoria di lavoro che sulla base di test psicometrici più tradizionali.
In conclusione, lo sviluppo del concetto di un magazzino unitario di memoria a breve termine in quello di un sistema di memoria di lavoro multicomponente si è dimostrato estremamente fruttuoso, sia nella ricerca teorica che in quella applicata. La memoria di lavoro fornisce un’interfaccia cruciale tra percezione, attenzione, memoria e azione. Come area che ha già dimostrato il valore di combinare i metodi e i concetti della psicologia cognitiva con quelli della neurobiologia, la memoria di lavoro sembra destinata a continuare a svolgere un ruolo vivace e produttivo nella disciplina in sviluppo delle neuroscienze cognitive.