CONTROLLO DEL MOVIMENTO: IL CERVELLETTO
Il cervelletto contiene circa il 50% dei neuroni encefalici
Il cervelletto non è indispensabile per l’elaborazione degli
elementi di base delle percezioni e dei movimenti…..
…MA ..
le lesioni cerebellari provocano gravi alterazioni di:
- equilibrio e tono muscolare
- precisione spaziale e coordinazione temporale dei movimenti
- movimenti oculari
- apprendimento motorio.
CERVELLETTO: SUDDIVISIONE IN BASE ALLE AFFERENZE PRINCIPALI
Suddivisione “filogenetica”
Suddivisione su base afferente
SPINOcerebello
PALEOcerebello
.… CORTICOcerebello
NEOcerebello
ARCHI cerebello
VESTIBOLOcerebello
IL CERVELLETTO È IN UNA POSIZIONE UNICA TRA AFFERENZE
SENSORIALI E CONNESSIONI RECIPROCHE CON LA CORTECCIA CEREBRALE
Aree premotorie
progetto motorio
copia progetto motorio
Corteccia motoria primaria
correzione
Cervelletto
Tronco dell’encefalo
correzione
possibilità di confronto tra
progetto e risultato del
movimento
afferenze
propriocettive
postura & movimento
afferenze
vestibolari
equilibrio
SEZIONE TRASVERSA SCHEMATICA DI UN FOLIUM CEREBELLARE
Glomerulo
cerebellare
Le fibre muscoidi
portano input da
molte strutture,
tranne dall’oliva
inferiore
Gli assoni delle cellule di
Purkinje sono l’unica
uscita dalla corteccia
cerebellare e terminano
nei nuclei cerebellari
Le fibre rampicanti
profondi (tranne una
portano input dall’oliva
piccola quota che va
inferiore (porzione
direttamente ai nuclei
rostrale del bulbo)
vestibolari).
http://thalamus.wustl.edu/course/cerebell.html
CIRCUITI CEREBELLARI
(SEZIONE LUNGO L’ASSE LONGITUDINALE DI UN FOLIUM)
Nei circuiti della corteccia
cerebellare sono
presenti anche alcuni
tipi di interneuroni:
1.
2.
3.
4.
http://www.unmc.edu/physiology/Mann/mann16.html
Cellule
Cellule
Cellule
Cellule
dei granuli
di Golgi
a canestro
stellate
Tutti questi interneuroni
direttamente o
indirettamente modificano
lo stato di eccitazione
delle cellule di Purkinje.
Le afferenze all’Oliva
inferiore provengono
da:
Corteccia cerebrale
Nuclei vestibolari
Nucleo Rosso
Midollo spinale
• Una fibra rampicante
si connette a poche
cellule di Purkinje
• Una cellula di
Purkinje riceve
sinapsi da una sola
fibra rampicante
Oliva
inferiore
Tra i neuroni dell’Oliva
inferiore si trovano molte
sinapsi elettriche: attività
sincronizzata
Fibre rampicanti
L’OLIVA INFERIORE PROIETTA
A TUTTA LA CORTECCIA
CEREBELLARE CONTROLATERALE
TRAMITE LE FIBRE RAMPICANTI
Le fibre rampicanti
hanno scarica basale
bassa (1 spike/s),
quando aumenta non è
mai alta (~ 2 spike/s):
essa rispecchia li stato di
attività dell’oliva inf.
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/p1/icp.htm
TUTTE LE AFFERENZE CEREBELLARI
TRANNE QUELLE DALL’OLIVA INFERIORE
PROIETTANO A REGIONI SPECIFICHE
DELLA CORTECCIA CEREBELLARE TRAMITE LE FIBRE MUSCOIDI
Le afferenze propriocettive spinali
(e anche quelle dalla testa)
proiettano alle zone vermiana e
intermedia del cervelletto
ipsilaterale
Le proiezioni dalla Corteccia
Cerebrale (con sinapsi nei nuclei
del Ponte) arrivano alla pars
intermedia e laterale dell’emisfero
cerebellare controlaterale.
M1
PPC
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/p3/pontom.htm
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/p3/S/C215.htm
LE AFFERENZE VESTIBOLARI PROIETTANO
ALLA CORTECCIA CEREBELLARE TRAMITE LE FIBRE MUSCOIDI
E TERMINANO PREVALENTEMENTE NEL LOBO
FLOCCULONODULARE
Le afferenze specifiche al
VESTIBOLO-CEREBELLO
provengono:
1. dai nuclei vestibolari
2. direttamente dai neuroni
sensitivi primari del
ganglio vestibolare (dalle
creste ampollari dei
canali semicircolari)
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/p3/zones.htm
(In tutto il cervelletto ci sono anche le afferenze aspecifiche dall’oliva inferiore).
l
G
om
er
o
ul
ce
la
el
b
re
re
OGNI FIBRA MUSCOIDE
FA CONTATTO
SINAPTICO
ECCITATORIO
CON NUMEROSI
GRANULI
(NELLA REGIONE
SPECIFICA ALLA QUALE
È DESTINATA)
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/P4/S/C36.htm
Le fibre muscoidi scaricano a frequenza elevata (20-100 spike/s) e
fanno contatti eccitatori con i granuli
I granuli sono interneuroni eccitatori che portano i loro potenziali
d’azione verso lo strato superficiale del cervelletto formando le fibre
parallele (anche 6 mm di lunghezza), lungo l’asse maggiore dei folia,
con sinapsi eccitatorie sull’alberatura dei neuroni di Purkinje.
LE FIBRE MUSCOIDI TRAMITE I GRANULI
PROVOCANO SULLE CELLULE DI PURKINJE
EPSP E POTENZIALI D’AZIONE SEMPLICI
Gli spike semplici dovuti all’attività
delle fibre afferenti muscoidi/fibre
parallele dei granuli
nascono in seguito a SOMMAZIONE
SPAZIALE E TEMPORALE DI
PICCOLI EPSP (una cellula di
Purkinje riceve sinapsi da circa
200.000 fibre parallele, ogni fibra
parallela può scaricare anche a 100
spike/s).
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/P6/lat.htm
LE FIBRE RAMPICANTI PROVOCANO SULLE CELLULE DI PURKINJE
EPSP PROLUNGATI E POTENZIALI DI AZIONE COMPLESSI
• Lo spike complesso nasce a freq. 1-3 Hz
per l’attività eccitatoria dei numerosi contatti
sinaptici di una sola fibra rampicante
• Prolungato EPSP ⇒ apertura di “P-type
calcium channel” ⇒ ingresso di Ca++ ⇒
raffica di potenziali d’azione di ampiezza via
via calante, seguito da IPSP
• Gli effetti a lunga durata sul potenziale di
membrana delle cellule di Purkinje sono
forse substrato di processi di apprendimento
motorio.
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/P6/lat.htm
ALMENO DUE TIPI DI INTERNEURONI INIBITORI
Interneuroni inibitori:
•
cellule di Golgi
•
cellule a canestro
Le cellule di Golgi, eccitate da fibre
parallele, inibiscono a ritroso i granuli
e modulano il segnale prima che
arrivi alla cellula di Purkinje:
inibizione a feedback
Una cellula a canestro, eccitata da
una fibra parallela, INIBISCE cellule
di Purkinje poste AI LATI del fascio di
fibre parallele: inibizione laterale.
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/cere/text/P6/lat.htm
INIBIZIONE LATERALE NELLO STRATO MOLECOLARE
DEL CERVELLETTO
Un fascio di fibre parallele
può essere
sperimentalmente
stimolato:
si eccita una fila di cellule
di Purkinje, mentre gli
interneuroni (cellule a
canestro) provocano
inibizione nelle due file
laterali.
Esiste anche un sistema di fibre afferenti al cervelletto
a proiezione diffusa aminergiche provenienti da ipotalamo,
locus coeruleus, nuclei del rafe pontino.
Complessivamente i principali neurotrasmettitori nel Cervelletto
sono:
ECCITATORI
INIBITORI
TRASMETTITORE
CELLULA
TRASMETTITORE
CELLULA
acetilcolina
f. muscoidi
GABA
Cell. Purkinje
aspartato
f. rampicanti
GABA
Cell. Golgi
glutammato
granuli
GABA
serotonina
noradrenalina
aminergiche
Cell. a
canestro
TUTTE LE FIBRE AFFERENTI ALLA CORTECCIA CEREBELLARE
LASCIANO COLLATERALI CHE ECCITANO
ANCHE I NUCLEI CEREBELLARI PROFONDI
+
corteccia cerebellare
(Cellule Purkinje)
Tutti i
segnali in
ingresso:
fibre
rampicanti
e muscoidi
Afferenze
periferiche e
centrali
+
Sinapsi
GABAergica
Segnali in
uscita: assoni
dei neuroni dei
nuclei
cerebellari
nuclei cerebellari
Oliva
inferiore
+
Talamo/Corteccia
cerebrale
Tronco dell’encefalo
LE EFFERENZE DAL CERVELLETTO PROVENGONO
DAI NUCLEI CEREBELLARI
Fanno eccezione solo le efferenze dal vestibolo-cerebello che vanno
direttamente ai nuclei vestibolari
Il Nucleo del Fastigio proietta (bilateralmente) a:
• Nuclei Vestibolari
• Formazione Reticolare del Ponte e del Bulbo
Il Nucleo Interposito (n. globoso & n. emboliforme) proietta a:
• Nucleo Rosso controlaterale (e poi vie rubro-spinali dirette al lato
opposto)
• Talamo controlaterale, a cellule nel nucleo VL che proiettano a M1
Il Nucleo Dentato proietta a:
• Talamo controlaterale, a cellule nel nucleo VL che proiettano alle
aree Premotoria e SMA.
LE EFFERENZE DAL CERVELLETTO SONO STRUTTURATE
IN ACCORDO CON LE AFFERENZE
4
3
2
A Cort. Cerebrale Premotoria e
SMA: pianificazione movimento
Talamo VL
A Cort. Cerebrale M1: esecuzione
movimento
Talamo VL
A MS: Controllo
muscoli distali
A MS: Controllo
muscoli assiali
n. Rosso
n. Vest. e
Form. reticolare
F IP D
verme
D IP F
1
Ai Nuclei vestibolari: movimenti
oculari e mantenimento di equilibrio
F = nucleo del Fastigio
IP= nucleo Interposito
D = nucleo Dentato
cervelletto
5
LE EFFERENZE DAL CERVELLETTO SONO STRUTTURATE
IN ACCORDO CON LE AFFERENZE
http://www.neuroscienceupdate.cumc.columbia.edu/images/slides/martin_mazzoni/martin_mazzoni_18.gif
Temporizzazione dell’attività di
scarica prima e durante il
movimento di un polso:
le variazioni più precoci nella
frequenza di scarica sono
quelli nella corteccia motoria e
nel nucleo dentato
Questi dati però non sono in
grado di dimostrare dove è
iniziato il comando motorio.
In: Fields WS, Willis WD [eds]:
Cerebellum in Health and Disease. St.
Louis, Warren Green, 1970
EFFETTO DI LESIONI CEREBELLARI
Localizzazione della lesione:
- lobulo flocculo-nodulare ⇒ disturbi di equilibrio e di marcia, nistagmo oculare
- regione vermiana ⇒ alterazioni motorie del tronco
- regione emisferica ⇒ alterazioni motorie distali (errori di direzione, forza,
velocità e ampiezza del movimento)
• instabilità, anche a occhi
aperti
• ipotonia
• marcia “da ubriaco” =
andatura atassica
• dismetria
• tremore “intenzionale”
+ adiadococinesi
Eventuali lesioni unilaterali provocano sintomi ipsilaterali
EFFETTI DI LESIONI CEREBELLARI
•
•
Lesioni al lobo flocculo-nodulare causano nistagmo oculare e
difficoltà di equilibrio e cammino.
Lesioni al verme o alla regione intermedia o emisferica causano
disturbi motori al tronco e agli arti, rispettivamente; i disturbi
motori includono perdita di equilibrio (caduta dal lato affetto),
perdita di tono muscolare, perdita di coordinazione motoria:
¾ andatura atassica (come quella nell’intossicazione da alcool
e nella sclerosi multipla)
¾ dismetria, incapacità di arrestare il movimento della mano
alla posizione voluta
¾ tremore intenzionale, quando si richiede al paziente di
toccare un bersaglio, soprattutto nella parte finale della
traiettoria
¾ adiadococinesi, inabilità a compiere ripetute supinazioni e
pronazioni della mano
¾ scomposizione del movimento nell’esecuzione di movimenti
complessi
¾ disartria con scomposizione della parola.
Pianificazione
del movimento
Area Motoria
Supplementare
Corteccia
parietale
posteriore
Nuclei della
Base
Cervelletto
laterale
Nuclei Talamici
VA/VL
LE STRUTTURE NERVOSE
COINVOLTE NELLA
PIANIFICAZIONE DEL
MOVIMENTO VOLONTARIO si
attivano centinaia di
millisecondi prima dell’inizio
del movimento
Corteccia Motoria
primaria
S. Reticolare
discendente
Midollo Spinale
Cervelletto
intermedio
Recettori
sensoriali
movimento
I segnali di ritorno, soprattutto
propriocettivi, con l’intervento
del CERVELLETTO, permettono di
confrontare gli effetti del
MOVIMENTO in atto con il
PROGRAMMA MOTORIO, in modo
da rendere armonica l’esecuzione
del movimento.
CONTROLLO DEL MOVIMENTO:
I NUCLEI DELLA BASE
striato
http://webspace.ship.edu/cgboer/
basalganglia.html
CONTROLLO DEL MOVIMENTO:
I NUCLEI DELLA BASE
I Nuclei della Base
sono nuclei profondi del telencefalo strettamente connessi con
alcuni nuclei diencefalici e mesencefalici
sono soprattutto implicati nella regolazione dell’attività
motoria
Afferenze:
• dalla corteccia cerebrale
Efferenze:
• alla corteccia cerebrale prefrontale, premotoria e
motoria tramite il talamo (nuclei VL e VA)
I nuclei della base
Non ricevono afferenze dirette dal midollo spinale
Non mandano efferenze dirette al midollo spinale
I NUCLEI DELLA BASE FANNO PARTE DI CIRCUITI CHE
INIZIANO E FINISCONO NELLA CORTECCIA CEREBRALE
NUCLEI DELLA BASE: PROIEZIONI AL TALAMO
EFFERENZE TALAMICHE NEL CIRCUITO DEI NUCLEI DELLA BASE
Motor &
Premotor Cortex
SCHEMA DELLA “VIA DIRETTA”
Aree corticali motorie
+
Corteccia premotoria
e prefrontale
+
Caudato / Putamen
Talamo VA/VL
-
-
GloboPallido Interno
Sostanza Nera Reticolata
Midollo Spinale / Tronco encefalico
Attività sulla
via diretta:
rimozione
dell’inibizione
tonica
esercitata dal
GPi sul Talamo
motorio ⇒
disinibizione =
effetto finale
eccitatorio
sulla corteccia
motoria.
SCHEMA DELLA “VIA INDIRETTA”
Aree corticali motorie
+
Corteccia premotoria
e prefrontale
+
Caudato / Putamen
-
-
-
GloboPallido Esterno
-
Talamo VA/VL
-
GloboPallido Interno
Nucleo
Subtalamico
Attività sulla via indiretta:
disinibizione del Nucleo
Subtalamico e disinibizione del
GPi ⇒ inibizione del Talamo
motorio = effetto finale inibitorio
sulla corteccia cerebrale.
+
Midollo Spinale / Tronco encefalico
PARTICOLARITÀ DEI CIRCUITI DEL NUCLEI DELLA BASE
Aree corticali motorie
-
Corteccia premotoria
e prefrontale
Sostanza Nera Compatta
Dopamina
+
Caudato / Putamen
-
+
Talamo VA/VL
-
-
GloboPallido Esterno
GloboPallido Interno
-
-
Nucleo
Subtalamico
La Dopamina liberata dai
neuroni SN pars compacta
stimola i neuroni dello Striato
con recettori D1 (via diretta)
e inibisce i neuroni dello
Striato con recettori D2 (via
indiretta).
+
• I neuroni dello Striato che
proiettano a GPi (via diretta)
liberano GABA + sost.P
• I neuroni dello Striato che
proiettano a GPe (via indiretta)
liberano GABA + encefalina
Midollo Spinale / Tronco encefalico
EFFETTI DELLA DEGENERAZIONE DEI NEURONI DOPAMINERGICI
Aree corticali motorie
-
Corteccia premotoria
e prefrontale
Sostanza Nera Compatta
Dopamina
+
Caudato / Putamen
-
+
Talamo VA/VL
-
-
GloboPallido Esterno
GloboPallido Interno
Nucleo
Subtalamico
-
+
La degenerazione dei neuroni dopaminergici della SN pars compacta
• fa mancare la stimolazione della via diretta (eccitatoria)
• e fa mancare il freno sulla via indiretta (inibitoria)
⇒ Sbilanciamento a favore dell’inibizione dell’attività motoria.
Midollo Spinale / Tronco encefalico
EFFETTI DELLA DEGENERAZIONE DELLA VIA INDIRETTA
Aree corticali motorie
-
Corteccia premotoria
e prefrontale
Sostanza Nera Compatta
Dopamina
+
Caudato / Putamen
-
+
Talamo VA/VL
-
-
GloboPallido Esterno
GloboPallido Interno
Nucleo
Subtalamico
-
+
La degenerazione dei neuroni GABAergici (e colinergici) dello Striato che
proiettano al Globo Pallido esterno fa mancare tutta l’attività della via indiretta
(inibitoria)
⇒ Sbilanciamento a favore di attività motoria incontrollata e movimenti ballistici.
Midollo Spinale / Tronco encefalico
CONTROLLO DEL MOVIMENTO: NUCLEI DELLA BASE
Se la lesione riguarda prevalentemente un nucleo o una via, i sintomi
dipendono dal bilancio finale tra connessioni eccitatorie e inibitorie
bradicinesia
mimica facciale povera
rigidità
tremore a riposo
corea
(movimenti rapidi)
ballismo
(mov. violenti e ampi)
veloce
lento
prevalenza via
indiretta
prevalenza via
diretta
(Lesioni unilaterali causano sintomi controlaterali)
SEGNI DEL MORBO DI PARKINSON
(PREVALENZA “VIA INDIRETTA”)
Sono danneggiati neuroni della Sostanza Nera che producono
dopamina
Prevale la via indiretta ⇒ il repertorio dei movimenti di
impoverisce
• BRADICINESIA
• MIMICA FACCIALE POVERA
• SINDROME DEL FREEZING
• RIGIDITA’ MUSCOLARE
• TREMORE A RIPOSO
• FLESSIONE DEL TRONCO IN AVANTI
(atteggiamento camptocormico).
http://www.fisiobrain.com/web/wp-content/uploads/2010/04/parkinson.jpg
DANNI AI NUCLEI DELLA BASE:
PREVALENZA “VIA DIRETTA”
DISTURBI IPERCINETICI
ATETOSI
Movimenti lenti, aritmici, continui, di media ampiezza, prevalenti
alle estremità (mani e piedi), non modificati da postura e
movimenti volontari, si accentuano con le emozioni e scompaiono
nel sonno
COREA
movimenti rapidi, di breve durata, ampiezza variabile, improvvisi
ed imprevedibili, irregolari ed asimmetrici, associati ad ipotonia e
scompaiono nel sonno
BALLISMO
Movimenti improvvisi, rapidi, aritmici, stereotipati, molto ampi e
con notevole energia potenziale, prossimali e a carico di un emi-lato
(emiballismo), prevalenti all’arto superiore.
