neuroni

Il sistema nervoso: neuroni, sinapsi,
neurotrasmettitori.
Struttura e funzione del sistema
nervoso
Il sistema nervoso (1) riceve gli stimoli sensoriali
attraverso i recettori sensoriali, (2) li integra,
analizza ed elabora, e (3) trasmette la risposta
agli organi effettori del corpo.
Le cellule che svolgono queste funzioni sono i
neuroni.
neuroni
– I neuroni sono cellule specializzate costituite
da un corpo cellulare (che contiene il nucleo e
gli organuli) e da lunghi sottili prolungamenti,
chiamati fibre nervose.
– L’encefalo umano contiene circa 100 miliardi di
neuroni specializzati nel trasferire segnali da
un punto all’altro del corpo.
SNC e SNP
7
Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
• Il sistema nervoso viene suddiviso in due parti:
– sistema nervoso centrale (SNC): costituito
dall’encefalo e, nei vertebrati, dal midollo
spinale; integra ed elabora le risposte.
– sistema nervoso periferico (SNP): formato
essenzialmente dalle vie di comunicazione (i
nervi) che ricevono i messaggi dagli organi di
senso o li indirizzano agli organi effettori; il
sistema periferico presenta i gangli, che
raggruppano i corpi cellulari di neuroni.
• L’acquisizione sensoriale, l’integrazione e lo stimolo
motorio sono nel sistema nervoso funzioni strettamente
interconnesse:
Acquisizione sensoriale
Integrazione
Recettore
sensoriale
Stimolo motorio
Encefalo e midollo spinale
Effettore
Sistema nervoso
periferico (SNP)
Sistema nervoso
centrale (SNC)
neuroni
I neuroni sono le unità funzionali del sistema
nervoso
– La capacità dei neuroni di ricevere e
trasmettere impulsi dipende dalla loro
struttura.
– La maggior parte degli organuli del neurone,
compreso il nucleo, è localizzata nel corpo
cellulare.
– Dal corpo cellulare si estendono due tipi di
prolungamenti, i dendriti (che sono
numerosi) e l’assone (sempre unico).
informazione polarizzata
neuroni: categorie funzionali
• Alle tre principali funzioni del sistema nervoso,
corrispondono i tre tipi funzionali di neuroni:
– i neuroni sensoriali: trasportano le
informazioni dai recettori sensoriali verso il
sistema nervoso centrale;
– gli interneuroni: integrano i dati forniti dai
neuroni sensoriali e poi trasmettono segnali
appropriati ad altri interneuroni o neuroni
motori;
– i neuroni motori: trasmettono i messaggi
provenienti dal sistema centrale alle cellule
effettrici.
• Un esempio di funzione del sistema nervoso è
rappresentato dal circuito relativamente semplice che
produce le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi.
1 Recettore
2 Neurone sensoriale
Encefalo
Ganglio
Midollo
spinale
Motoneurone 3
Muscolo
quadricipite
4
Interneurone
SNC
Muscoli
flessori
Nervo
SNP
cellule della glia
cellule della glia
• Le cellule gliali o nevroglia, sono cellule che, assieme
ai neuroni, costituiscono il sistema nervoso. Le
cellule gliali costituiscono circa la metà della massa
del sistema nervoso centrale.
• Il numero di cellule della glia nel cervello supera di
nove volte quello dei neuroni.
cellule della glia
• Hanno funzione nutritiva e di sostegno per i
neuroni, assicurano l'isolamento dei tessuti
nervosi e la protezione da corpi estranei in
caso di lesioni.
cellule della glia e guaine mieliniche
• Oligodendrociti: Prima classe: sostanza grigia del
SNC, funzioni coadiuvanti metaboliche. Seconda
classe: sostanza bianca del SNC intercalata tra gli
assoni, hanno il compito di rivestire gli assoni del
sistema nervoso centrale con una sostanza lipidica
chiamata mielina, producendo la cosiddetta guaina
mielinica.
• Cellule di Schwann: funzione simile a quella degli
oligodendrociti formando la guaina mielinica degli
assoni del SNP.
Le difese immunitarie del
paziente attaccano e
danneggiano la guaina
mielinica.
Fattori ambientali e genetici
non conosciuti probabili
cause. Non esiste al
momento una cura, solo
farmaci che rallentano il
decorso della malattia.
Circa 2,5 milioni di persone
ne sono attualmente
affette.
cellule di Schwann
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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
– In molti animali gli assoni che trasportano
rapidamente gli impulsi sono avvolti per gran parte
della loro lunghezza da una sostanza isolante
chiamata guaina mielinica, che ha l’aspetto di una
collana costituita da perle di forma allungata: ogni
«perla» è una cellula di Schwann.
Cosa studiano le Neuroscienze?
• Livello genetico: studio delle basi
genetiche della funzione neuronale.
• Livello sistemico: studio anatomico delle
varie parti del sistema nervoso, e del il
sistema visivo o quello uditivo. A questo
livello si studiano anche le connessioni fra
le varie parti del cervello.
Cosa studiano le Neuroscienze?
• Livello neuronale: studio delle funzioni e del
contenuto dei singoli neuroni. A questo livello si
studiano anche i neurotrasmettitori.
• Livello sinaptico: studio delle sinapsi.
• Livello dei circuiti locali: studio delle funzioni
svolte da gruppi di neuroni (circuiti nervosi).
• Livello di membrana: studio dei livelli di canali
ionici della membrana cellulare di un neurone.
Cosa studiano le Neuroscienze?
• Livello comportamentale e
cognitivo: studio delle basi
neuronali del comportamento e
della mente. In altre parole,
perchè le persone e gli animali
sono quel che sono e fanno
quello che fanno.
Phineas Gage (1823-1860)
Phineas P. Gage è stato un
operaio statunitense addetto alla costruzione di
ferrovie. È conosciuto per essere diventato uno dei
casi di studio più famosi in neurologia in seguito a
un incidente sul lavoro avvenuto il 13 settembre
1848 a Cavendish, nel Vermont, mentre inseriva una
carica esplosiva in una roccia che bloccava il
passaggio della linea ferroviaria in costruzione. A
causa dell'esplosione accidentale della polvere da
sparo, il ferro di pigiatura che Gage stava usando
per compattarla schizzò in aria attraversando la
parte anteriore del suo cranio, provocando un forte
trauma cerebrale ai lobi frontali del cervello.
• Miracolosamente sopravvissuto all'incidente, la sua
personalità però aveva subito radicali modifiche, al punto
che gli amici non lo riconoscevano più e i vecchi datori di
lavoro si rifiutarono di riprenderlo con sé. L'incidente di cui
fu vittima fu causa di un enorme cambiamento nella sua
personalità emotiva e relazionale, trasformandolo in una
persona talmente priva di freni inibitori sul piano verbale,
irosa ed asociale. Anche la capacità di fare previsioni sulla
base dei dati acquisiti subì modifiche, rendendolo incapace
di valutare i rischi delle sue azioni.
• Gli studi sulle condizioni di Gage hanno apportato grandi
cambiamenti nella comprensione clinica e scientifica delle
funzioni cerebrali e della loro localizzazione nel cervello,
soprattutto per quanto riguarda le emozioni e la
personalità.
Paziente H.M. (Henry Molaison 1926 –
2008)
“…la mia vita… come un continuo risveglio dal sonno”
H.M. soffriva di una grave forma di epilessia
farmacoresistente. Nel 1953 fu mandato presso il
dottor William Scoville, chirurgo al Hartford
Hospital, per un trattamento. Scoville riuscì a
localizzare l'origine dei suoi attacchi epilettiformi
nel lobo temporale mediale, suggerendo
l'ablazione chirurgica dello stesso come terapia.
Ad H.M. furono asportati, quindi, i tre quarti della
formazione ippocampale, e l'amigdala.
Dopo l'operazione egli cominciò a soffrire di una grave
forma di amnesia anterograda: anche se la sua memoria
a breve termine sembrava intatta, egli non riusciva ad
accumulare, ritenere o recuperare nuovi ricordi. In
accordo con alcuni scienziati quello di H.M. era un
deficit nella capacita di formare nuova memoria
semantica. Egli inoltre soffrì di moderata amnesia
retrograda, infatti non riuscì a rievocare molti dei suoi
ricordi fino a 3-4 giorni prima dell'intervento.
Comunque, la sua abilità di formare tracce di memoria
procedurale rimase intatta, perciò egli poteva, ad
esempio, apprendere nuove abilità motorie, pur non
riuscendo a ricordare esplicitamente di averle apprese.
Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) e
Camillo Golgi (1843-1926)
Rita Levi Montalcini (1909-2012)
ngf
L’impulso nervoso e la sua
trasmissione.
m
La membrana del neurone
Canali Na+ e K+
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Il potenziale di riposo
Quando nell’assone non passa un impulso elettrico, il
potenziale di membrana è definito potenziale di riposo
ed il suo valore è di -70mV Voltmetro
Membrana
plasmatica
– 70 mV
Microelettrodo posto fuori
dalla cellula
Microelettrodo
posto
dentro la cellula
Assone
Neurone
Il citoplasma adiacente ha carica negativa mentre il
liquido extracellulare presente subito fuori ha carica
positiva.
Il valore del potenziale di riposo è determinato dalla
differente concebtrazione di ioni Na+ e K+ tra l’interno e
l’esterno della membrana.
Esterno
della cellula
Na+
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Canale
del sodio
Na+
Na+
K+
Membrana
plasmatica
Na+
Proteina
Na+
Na+
K+
Na+
Na+
Pompa
Na+ - K+
Canale del
potassio
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Interno della cellula
K+
Na+
K+
La concentrazione di questi ioni è regolata da: canali del
Na+ e del K+ e dalla pompa sodio-potassio;
Pompa sodio-potassio
Pompa (ATPasi)
• Utilizza energia (ATP) per espellere all’esterno
3 ioni Na+, contemporaneamente
trasportando all’interno 2 ioni K+.
41
canali del Na+ e del K+
Alcuni di questi canali ionici si aprono e chiudono in modo
voltaggio-dipendenti, o sono regolati meccanicamente, o
chimicamente)
il potenziale d’azione
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L’impulso nervoso è un potenziale di azione,
generato da una variazione del potenziale di
membrana.
Il potenziale di azione si produce quando la
permeabilità della membrana agli ioni sodio e potassio
cambia, e cambia quindi il valore del il potenziale
rispetto al suo valore di riposo (-70 mV) sino ad un
valore soglia (-50 mV).
Raggiunto il valore soglia il potenziale di azione (valore
+35 mV) si scatena, viaggiando lungo l’assone dal
corpo cellulare (da dove prende origine) sino alle
terminazioni sinaptiche.
Il potenziale d’azione: meccanismo.
3
4
3
4
5
2
2
1
5
1
1
1
La propagazione del potenziale:
Assone
Primo potenziale d’azione
Segmento di assone
1
Secondo potenziale d’azione
2
Terzo potenziale d’azione
3
• I potenziali d’azione:
– viaggiano lungo l’assone dal corpo cellulare
fino alla terminazione sinaptica;
– si propagano in una sola direzione lungo
l’assone;
– hanno la capacità di rigenerarsi lungo
l’assone;
– sono eventi del tipo «tutto o nulla».
– I potenziali d’azione sono sempre uguali
indipendentemente dal fatto che lo stimolo
che li ha generati sia forte o debole.
– È la frequenza dei potenziali d’azione che
cambia al variare dell’intensità dello stimolo
(si possono osservare anche 1.000 impulsi al
secondo).
sinapsi
http://www.youtube.com/watch?v
=0K9ZH5zYckY&feature=related
Le sinapsi
I neuroni comunicano tra loro e con le cellule bersaglio a
livello delle sinapsi; la cellula che manda il segnale è definita
presinaptica, quella che riceve il segnale è detta
postsinaptica.
Le sinapsi possono essere:
elettriche, quando i neuroni sono connessi tra loro
mediante giunzioni serrate.

chimiche, se il segnale passa attraverso un
neurotrasmettitore;

52
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Le sinapsi chimiche
Nelle sinapsi chimiche è presente un
breve spazio sinaptico che separa il
neurone presinaptico da quello
postsinaptico.
53
neurotrasmettitori e recettori
– In una sinapsi chimica il segnale elettrico
proveniente dal neurone presinaptico deve essere
convertito in un segnale chimico, costituito da
molecole dette neurotrasmettitori.
– Il neurotrasmettitore rilasciato dal neurone
presinaptico diffonde attraverso la sinapsi e si lega
agli appositi recettori presenti sulla membrana della
cellula postsinaptica, attivandoli.
Schema della sinapsi chimica (recettori ionotropici) :
Neurone presinaptico
1
Arriva il potenziale d’azione
Vescicole
Assone del neurone
presinaptico
Terminazione
sinaptica
Sinapsi
2
La vescicola si fonde
con la membrana
plasmatica
Neurone
postsinaptico
3
Il neurotrasmettitore viene liberato nello spazio sinaptico
Spazio sinaptico
4
Il neurotrasmettitore si lega al recettore
Neurone
postsinaptico
Canali ionici
Molecole di neurotrasmettitore
Neurotrasmettitore
Recettore
Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato
Ioni
5
Il canale ionico si apre
6
Il canale ionico si chiude
http://www.youtube.com/watch?v
=F7B6Ssrzw_M&feature=related
• Le sinapsi chimiche rendono possibile
l’elaborazione di informazioni complesse.
• Un neurone può ricevere informazioni da
centinaia di altri neuroni attraverso migliaia di
terminazioni sinaptiche.
Terminazioni sinaptiche
Dendriti
Inibitore
Eccitatore
Guaina
mielinica
Corpo cellulare del neurone
postsinaptico
Assone
SEM 5500
Terminazioni sinaptiche
potenziale eccitatore EPSP
– I neurotrasmettitori che aprono i canali per ioni positivi
verso l’interno della membrana postsinaptica generano
un segnale eccitatore (potenziale EPSP); le sinapsi in cui
essi sono liberati sono sinapsi eccitatorie.
Glutammato
Il principale neurotrasmettitore di
segnali eccitatori nei recettori
ionotropici è il glutammato.
Recettori ionotropici: AMPA,
NMDA, Kainato
Recettori metabotropici: mGluR
potenziale inibitore IPSP
– Diversi neurotrasmettitori aprono i canali di membrana
di ioni (positivi o negativi) in modi che fanno diminuire
nella cellula postsinaptica la tendenza a generare i
potenziali d’azione (potenziale IPSP): tali
neurotrasmettitori e le loro sinapsi sono inibitori.
GABA
Il principale
neurotrasmettitore di
segnali inibitori nei
recettori ionotropici è
il GABA.
somma segnali ESPS/ISPS
Sinapsi eccitatorie
o inibitorie
• I potenziali di azione EPSP e IPSP vengono
sommati (nello spazio e nel tempo). Nella
maggior parte dei neuroni questa
sommazione avviene nel cono d’emergenza.
neuromodulatori
Alcuni importanti neurotrasmettori producono
sul SNC importanti azioni grazie al legame con
i recettori metabotropi.
Tra i più importanti osserviamo l’acetilcolina, la
dopamina, la serotonina, la noradrenalina, ed
altri ancora. La precisa funzione di questi
neurotrasmettitori è determinata anche dalla
diversa sede del sistema nervoso interessata.
acetilcolina
giunzione neuromuscolare e
l’acetilcolina
• La membrana post-sinaptica della
cellula muscolare presenta
recettori ionotropici sensibili al
neurotrasmettitore acetilcolina.
gas nervino
Gas tossici, agiscono sia per inalazione sia per
via cutanea, dotati di attività anticolinesterasica,
capaci di alterare la trasmissione degli impulsi
nervosi. Appartengono a questa categoria vari
prodotti fosforici (cianofosfati, fluofosfati) letali in
dosi dell’ordine di 0,05 mg per kg di massa
corporea.
acetilcolina
Oltre che i recettori
ionotropici della giunzione
neuromuscolare,
l’acetilcolina attiva nel SNC
dei recettori metabotropici
che influenzano lo stato di
veglia, l’attenzione,
l’apprendimento e la
memoria.
dopamina
Piacere
Desiderio
Ricompensa, Motivazione
Dipendenza, Compulsione
Funzioni motorie
Paura, aggressività,
reazione “fight or flight”
e inibizione del giudizio
(eccesso: schizofrenia)
(difetto: Parkinson)
serotonina
Umore, Benessere, Felicità
Memoria
Ciclo del sonno
Temperatura
Movimenti intestinali (SNP)
Controllo visione (Raphe nuclei)
(difetto: sindromi depressive)
noradrenalina
Attenzione
Segnali di Stress
Reazione “fight of flight”
endorfine
Analgesici naturali
Sensazioni di Benessere
ed Euforia
Alterazioni della trasmissione
sinaptica: patologie, farmaci, droghe,
tossine.
• Molti farmaci, tossine o patologie
esercitano i loro effetti alterando le
diverse fasi della trasmissione sinaptica.
Le sostanze psicoattive agiscono a livello
delle sinapsi chimiche, potenziando,
inibendo o imitando le funzioni dei
neurotrasmettitori.
Alterazione dell’interazione
neurotrasmettitore-recettore
Schizofrenia
• nella schizofrenia alcune aree
neuronali rilasciano quantità eccessive
di dopamina
• si cura con farmaci antipsicotici:
cloropromazina (Thorazine) e
aloperidolo (Haldol) che riducono i
sintomi bloccando i recettori della
dopamina.
patologie, farmaci
Alterazione dell’interazione
neurotrasmettitore-recettore
Ansia
• Ansiolitici come le Benzodiazepine, come ad
esempio lo Xanax (alprazolam
) o il
Valium potenziano l’interazione del GABA con
il recettore, rallentando l'attività neuronale
grazie ad un potenziamento dell’azione
inibitoria GABAergica.
patologie, farmaci
Alterata rimozione del neurotrasmettitore dallo spazio
intersinaptico
Depressione
• la depressione è una malattia neurologica
associata ad una deficienza di serotonina e
noradrenalina a livello del SNC.
Il Prozac (fluoxetina
) ed altri
antidepressivi (duloxetina) inibiscono l’uptake
della Serotonina, potenziandone gli effetti. In
questo modo la concentrazione di serotonina
nello spazio intersinaptico e l’attività delle
sinapsi serotoninergiche aumentano.
patologie, farmaci
Sostituzione di un neurotrasmettitore mancante
Morbo di Parkinson
• il parkinsonismo è causato da una
progressiva distruzione dei neuroni
dopaminergici della sostanza nigra che
innervano neuroni del caudato e del
putamen con conseguente riduzione o
mancanza di dopamina in quelle aree.
• la dopamina è rilasciata da neuroni che
inibiscono i motoneuroni che controllano
la contrazione muscolare scheletrica
permettendo in tal modo una regolazione
continua e precisa del movimento
muscolare.
• nel morbo di Parkinson la perdita di inibizione produce tremore a riposo, rigidità
muscolare e in alcuni casi demenza.
• si cura farmacologicamente con la levodopa (L-dopa), un precursore della dopamina,
che è trasportato nell’assone terminale presinaptico dei neuroni dopaminergici ed è usato
come substrato per la sintesi di nuova dopamina.
patologie, farmaci
cocaina
• Inibitore del re-uptake della dopamina.
Droghe
amfetamine
• Aumento dell’azione della Dopamina,
Noradrenalina e Serotonina. Droghe
MDMA (ecstasy)
• L’ MDMA agisce favorendo il
rilascio di serotonina,
noradrenalina e dopamina.
• Si ipotizza che gli effetti
entactogenici della MDMA
possano essere dovuti, almeno
in parte, al rilascio dell’ormone
ossitocina.
• Il rilascio diei
neorotrasmettitori causato dal
MDMA è dovuto alla
distruzione dei terminali
presinaptici.
Droghe
Eroina
Gli oppiacei imitano le funzioni delle
endorfine.
Droghe
LSD
Droghe
psilocibina
Struttura simile al neurotrasmettitore serotonina, presente in alcuni funghi del
genere Psilocybe e Stropharia.
Droghe
mescalina e DMT
La mescalina e il DMT sono sostanze allucinogene tradizionalmente
utilizzata in America latina durante i riti sciamanici degli indios. Come
molecole risultano simili sia alla serotonina che alla dopamina In
America centrale, la mescalina si trova nel cactus Peyote, in sud
America il DMT (N,N-Dimethyltryptamine) è il principale componente
psicoattivo dell’ayahuasca.
Droghe
ketamina
La ketamina è un anestetico ed analgesico, inibisce i
recettori NMDA del glutammato.
La ketamina ha effetti dissociativi ed allucinogeni che
variano in funzione del dosaggio. Dosaggi medi (30120 mg) ha effetti allucinogeni e determina un totale
distacco dalla realtà (k-hole). A forti dosaggi la
ketamina produce una totale dissociazione della
mente dal corpo, diventa difficile muoversi, attacchi
di panico dovuti alla paura di non tornare “normali”.
È importante tener conto che questa è una droga
totalmente imprevedibile; può verificarsi una
depressione respiratoria fatale, paranoia, psicosi
permanenti, infarto, overdose fatale.
Droghe
• La nicotina agisce sui recettori cerebrali acetilcolinici
stimolandoli, stimolando i centri dell’attenzione e causando un
effetto rilassante.
• La caffeina, inibendo il rilascio di GABA, ha un effetto eccitatorio
sul sistema nervoso.
• L'alcol agisce deprimendo il sistema nervoso centrale:
diminuisce cioè l'attività dei neuroni e induce tolleranza e
dipendenza. L'alcol aumenta la fluidità delle membrane
neuronali e modifica il funzionamento di diversi
neurotrasmettitori.
Droghe
• http://edu.dronet.org/
Droghe
https://www.youtube.com/watch?v=oeF6rFN9org
sistema nervoso:
organizzazione del sistema nervoso
Il sistema nervoso dei vertebrati
presenta un alto livello di
centralizzazione e di
cefalizzazione
Sistema nervoso
centrale (SNC)
Sistema nervoso
periferico (SNP)
Encefalo
Nervi cranici
Midollo spinale
Gangli
Nervi spinali
SNC: Sistema Nervoso Centrale
Il SNC è costituito dall’encefalo e dal midollo
spinale.
Liquido cerebrospinale
Sostanza grigia
Encefalo
Meningi
Sostanza bianca
Canale centrale
Ventricoli
Canale ependimale
del midollo spinale
Midollo spinale
Ganglio della
radice dorsale
(parte del SNP)
Nervo spiale (che fa
parte del sistema
nervoso periferico)
Midollo spinale
(sezione trasversale)
SNC: sostanza bianca/grigia
• Il SNC è formato da sostanza grigia (corpo dei
neuroni) e sostanza bianca (assoni mielinizzati).
Il midollo spinale (lungo circa 45 cm nell'adulto, peso circa 40 g), si
estende dalla periferia all’encefalo all’interno della
spina dorsale. Dal midollo spinale emergono i nervi
spinali del SNP.
All’interno del
midolli si osservano
le vie sensoriali
ascendenti e le vie motorie
discendenti.
midollo spinale
I riflessi spinali
Il midollo spinale può generare semplici risposte involontarie
anche senza coinvolgere l’encefalo, come nel caso del
riflesso rotuleo o patellare.
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encefalo
encefalo
L’encefalo è formato da sostanza grigia e
sostanza bianca ed è suddiviso in:




telencefalo;
diencefalo;
tronco encefalico;
cervelletto.
barriera emato-encefalica
Le cellule endoteliali dei capillari che attraversano il
sistema nervoso formano un epitelio continuo.,
limitando il passaggio delle molecole dal sangue
all’encefalo. Anche cellule gliali dette astrociti
contribuiscono alla barriera.
Le meningi
L’encefalo e il midollo
spinale sono avvolti da tre
membrane di tessuto
connettivo, dette meningi:
• dura madre;
• aracnoide;
• pia madre.
107
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encefalo
encefalo
Corteccia cerebrale
Cervello
Prosencefalo
Talamo
Ipotalamo
Ipofisi
Mesencefalo
Ponte
Rombencefalo
Midollo
allungato
Cervelletto
Midollo spinale
strutture
encefaliche
tronco encefalico
• Due parti del
rombencefalo, chiamate
midollo allungato e
ponte, e il mesencefalo
formano un’unità
funzionale chiamata
complessivamente
tronco encefalico.
midollo allungato
• Contiene vie ascendenti e discendenti, e nuclei di
neuroni che costituiscono il centro di controllo
delle funzioni vitali come il ritmo respiratorio, la
pressione sanguigna e la frequenza cardiaca, la
digestione, alcuni riflessi complessi.
midollo allungato e ponte
ponte
• Nuclei e fasci di fibre che connettono e
modluano funzioni di varie parti dell’encefalo
(ad esempio con il cervelletto).
• Controllo di importanti funzioni connesse alla
respirazione.
cervelletto
Formato da due emisferi, ricchi di
circonvoluzioni, esternamente materia grigia,
internamente bianca.
cervelletto
• Ruolo centrale nel controllo, memoria e
coordinazione spazio-temporale della postura
e dei movimenti.
• Comportamenti
automatici appresi.
tronco encefalico: mesencefalo
• Presenta fasci di fibre che regolano diverse
funzioni tra centri cerebrali superiori ed
inferiori (sonno ed attenzione ad esempio).
• Contiene nuclei che regolano i movimenti
(nucleo rosso e substanzia nigrao), o integrano
sensazioni uditive e riflessi visivi (raphe
nuclei).
diencefalo: talamo
• Il talamo modula, seleziona e invia segnali
sensoriali e risposte motorie segnali tra il
tronco spinale e la corteccia cerebrale.
• Funziona un po’ da “centralino” degli impulsi. L’informazione
non viaggia semplicemente in una sola direzione, ma “avanti e
indietro”.
talamo
• Presenta molti nuclei di materia grigia,
compresi centri importanti nel processo di
percezione del dolore e nei processi di
costruzione del “sé”.
diencefalo: ipotalamo
L'ipotalamo e' situato alla base del cervello (ha
grossomodo le dimensioni di un pisello), e'
responsabile di fondamentali funzioni di
controllo dell’omeostasi, delle emozioni e delle
attività involontarie.
ipotalamo
• Controllo della temperatura corporea.
• Controllo della secrezione ormonale (tramite
le connessioni con l’ipofisi)
• Contollo dell’omeostasi.
• Controllo della sensazione di Fame e Sete
• Emozioni (è parte del sistema limbico).
epifisi
• Ritmi circadiani
e stagionali (melatonina).
telencefalo (cervello)
Il telencefalo
Il telencefalo (o cervello) è
composto da due emisferi
cerebrali, ricoperti dalla
corteccia cerebrale e uniti
dal corpo calloso.
La porzione più antica del
telencefalo in termini
evolutivi, viene chiamata
sistema limbico.
128
Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
– Se confrontato a quello dei
pesci, degli anfibi e dei
rettili, il cervello degli
uccelli e dei mammiferi è
molto più grande, rispetto
alle altre parti
dell’encefalo.
– Un cervello più ampio è
direttamente correlato con
il comportamento più
elaborato che caratterizza
uccelli e mammiferi.
• The largest brains are
those of sperm whales,
weighing about 8 kg.
• An elephant's brain
weighs just over 5 kg, a
dolphin's 1.5 to 1.7 kg,
whereas a human
brain is around 1.3 to
1.5 kg.
• Brain size tends to vary
according to body size.
The relationship is not
proportional, though:
the brain-to-body mass
ratio varies.
Il telencefalo è costituito dagli emisferi cerebrali destro e
sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell’attività della
parte opposta del corpo.
Emisfero
cerebrale sinistro
Corpo
calloso
Emisfero
cerebrale destro
Gangli basali
emisferi cerebrali
• Gli emisferi cerebrali sono costituiti da:
Sostanza bianca, assoni che trasmettono
informazioni, e da sostanza grigia,
La sostanza grigia forma i tre nuclei della
base, in posizione centrale ed interna, ed un
foglio sottile ma esteso di neuroni che
rivestono gli emisferi e le loro circonvoluzioni
e solchi, la corteccia cerebrale.
Gangli della Base: putamen, globus pallidus,
nucleo caudato,
nuclei della base
I gangli della base
giocano un ruolo di
primo piano nella
regolazione dei
movimenti (in
particolare nella
capacità di iniziare e
controllare un
movimento) e del
tono muscolare.
Il sistema limbico, parte
profonda e antica del
telencefalo, dalla struttura
ad anello, è coinvolto nel
controllo dei bisogni
fisiologici essenziali, nella
percezione delle emozioni,
nella formazione della
memoria e
nell’apprendimento.
sistema limbico
corteccia
corteccia
• La parola "corteccia" e' utilizzata per
similitudine con quella degli alberi.
• Lo spessore della corteccia cerebrale varia da
2 a 6 mm.
• La parte destra e quella sinistra della corteccia
cerebrale sono interconnesse da uno spesso
strato di fibre nervose, detto "corpo calloso".
circonvoluzioni e solchi
• Impacchettata nello spazio limitato del cranio,
la corteccia cerebrale è accartocciata con
pieghe verso l’interno e verso l’esterno,
consentendo di avere una superficie
disponibile molto maggiore di quanto
altrimenti possibile per il foglio di neuroni che
la compone.
• Queste pieghe prendono il nome di
circonvoluzioni, separate da solchi. I solchi più
marcati sono detti scissure.
La corteccia è suddivisa in un gran numero di
aree separate, ciascuna distinguibile in base
ad una propria struttura stratiforme e
specifiche connessioni.
Principali funzioni della corteccia sono:
Pensiero
Movimento volontario
Linguaggio
Ragionamento
Percezione (aree visiva, uditiva ed olfattiva,
aree somatosensoriali).
La corteccia cerebrale
La corteccia cerebrale ricopre la superficie degli emisferi,
dividendoli in lobi, ed è coinvolta nelle funzioni superiori del
sistema nervoso.
145
Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
• La corteccia cerebrale è
un mosaico di regioni
specializzate che
interagiscono
• L’intricato circuito
neuronale della corteccia
cerebrale dà origine alle
caratteristiche umane più
peculiari: la logica e le
capacità matematiche,
l’abilità linguistica,
l’immaginazione, il
talento artistico e la
personalità.
regioni specializzate ed aree di
associazione
– Le aree specializzate compiono funzioni specifiche
– La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è
costituita dalle aree di associazione, siti in cui
avviene l’integrazione tra le diverse informazioni
sensoriali e mnemoniche.
lateralizzazione
lateralizzazione
• Nella maggior parte delle persone l’emisfero
sinistro è responsabile del linguaggio e della
logica matematica.
• L’emisfero destro responsabile della
percezione spaziale, dei volti e
nell’elaborazione delle emozioni in generale.
lobo frontale
• Aree associative frontali (pensiero logico,
giudizio, astrazione, coscienza, perspnalità)
• Area di Broca (struttura logica del linguaggio)
(emisfero sinistro)
• Corteccia motoria primaria
• Area premotoria (neuroni specchio)
lobo parietale
• Corteccia somatoestetica (somatosensoriale)
primaria
• Interpretazione stimoli complessi
(deficit: negligenza spaziale unilaterale)
• Area del Wernicke (comprensione del
linguaggio) (emisfero sinistro)
• Area percettiva del gusto.
La corteccia motori
somatoestesica pri
153
corteccia motoria primaria
• La corteccia motoria primaria controlla l’attività dei
muscoli scheletrici, fornendo risposte appropriate agli
stimoli sensoriali.
area somatoestetica primaria
La corteccia somatoestesica primaria
raccoglie tutte le informazioni tattili e
pressorie.
decussazione
• Le vie nervose che connettono i recettori
sensoriali alla corteccia e la corteccia ai
muscoli si incrociano da un emisfero all’altro.
Ciò significa che i movimenti della parte destra
del corpo sono controllati dalla parte sinistra
della corteccia cerebrale (e vice versa).
• Sono eccezione le vie nervose della testa.
lobo temporale
• Aree associative uditive ed olfattive
• Identificazioni stimoli (danni: agnosia)
lobo occipitale
• Corteccia visiva
Lobo frontale
Lobo parietale
Area di associazione
somatosensoriale
Area di associazione
Frontale (logica, giudizio)
Linguaggio: area di Wernicke
Senso logico e comprensione
Percezione del gusto
Linguaggio: area di Broca
Sintassi del linguaggio
Percezione dell’udito
Percezione dell’olfatto
Area di associazione
uditiva
Area di
associazione
visiva
Vista
Lobo temporale
Lobo occipitale
corpo calloso
Le due metà del cervello non lavorano in maniera
isolata, poiché la corteccia cerebrale destra e
sinistra sono connesse da un largo tratto di fibre
detto corpo calloso
Il sistema nervoso periferico (SNP)
Il SNP comprende i nervi e i gangli ed è formato da due
componenti funzionalmente diverse:
il sistema nervoso somatico costituito da neuroni
sensoriali, che trasmettono le informazioni percepite, e da
neuroni motori, che producono movimenti volontari;

il sistema nervoso autonomo che controlla le funzioni
involontarie.

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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
Il sistema nervoso periferico (SNP)
Sistema nervoso
periferico
Sistema
somatico
(volontario)
Sistema
autonomo
(involontario)
Sistema
simpatico
Sistema
parasimpatico
Sistema
enterico
Il sistema nervoso somatico trasporta i
segnali da e verso i muscoli scheletrici,
principalmente in risposta a stimoli esterni.
Viene detto volontario perché gran parte delle
sue azioni è sotto il controllo della volontà.
Il sistema nervoso autonomo regola
l’ambiente interno, controllando la
muscolatura liscia, il miocardio e gli organi dei
sistemi digerente, cardiovascolare, escretore
ed endocrino.
Questo controllo è generalmente di tipo
involontario.
Il sistema nervoso autonomo enterico
controlla i movimenti dei processi digestivi.
Gli effetti contrapposti dei neuroni dei sistemi
nervosi autonomi simpatico e parasimpatico
regolano l’ambiente interno
– Un gruppo di neuroni, che costituisce il sistema
parasimpatico, induce nell’organismo le attività
legate all’acquisizione e alla conservazione
dell’energia. “digerisci e rilassati” (acetilcolina)
– L’altro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema
simpatico, tende a svolgere il compito opposto,
preparando il corpo alle attività che consumano
energia. “combatti o fuggi” (noradrenalina)
neuroscienze: strumenti di ricerca
analisi delle patologie
neuroimaging
fMRI (functional magnetic
resonance imaging)
• Il Neuroimaging è l’utilizzo di varie tecnologie di in
grado di visualizzare quali aree cerebrali entrano in
funzione durante una determinate attività.
• È uno strumento di primaria importanza
nelle neuroscienze cognitive e in neuropsicologia.
Magnetic resonance imaging
EEG
• I ricercatori studiano il tipo di attività elettrica del
cervello durante la veglia e il sonno mediante una tecnica
detta elettroencefalografia: un dispositivo trasforma i
segnali elettrici, chiamati onde cerebrali, in un tracciato
detto elettroencefalogramma o EEG.
Paziente sveglio, a riposo, con gli occhi chiusi (onde alfa)
Paziente sveglio, con intensa attività mentale (onde beta)
Sonno non-REM (onde delta)
Paziente addormentato
Sonno REM Sonno non-REM (onde delta)
neuroscienze: campi di ricerca
neuroni specchio
• “... i neuroni specchio faranno per la
psicologia quello che il DNA ha fatto per la
biologia: forniranno una visione unificata e
aiuteranno a spiegare una quantità di
capacità mentali che sono ancora
misteriose e inaccessibili alla
sperimentazione”
V.S. Ramachandran
Neuroni specchio
I neuroni specchio sono una particolare classe
di neuroni che si attivano sia quando l’uomo o
la scimmia esegue un’azione specifica, sia
quando osserva un altro individuo (uomo o
scimmia) eseguire un’azione simile.
• Il sistema specchio ha la funzione di
riconoscere e comprendere i gesti degli altri.
Inviando segnali al sistema limbico, il luogo
delle origini delle emozioni, i neuroni specchio
sembrano essere responsabili di quel senso di
empatia che si sviluppa tra gli uomini.
• La scoperta dei neuroni specchio ricopre un
ruolo importantissimo, non solo, per le
neuroscienze, ma anche per la psicologia
sociale e per la filosofia.
• I fenomeni di imitazione o di empatia
richiamano l’attenzione sul rapporto che
l’uomo ha con il mondo e la società che lo
circonda, dimostrazione scientifica della
socialità dell’essere umano.
• Senza il sistema di neuroni specchio non
sarebbe possibile riconoscere cosa avviene
realmente al di fuori del soggetto, catturare e
comprendere l’intenzione del comportamento
motorio degli altri, percepire e condividere le
emozioni.
• La scoperta dei neuroni specchio sembra
fornire la chiave per la scoperta delle basi
neurobiologiche dell’intersoggettività e
dell’empatia, che, in seguito a questi studi, è
tornata ad occupare il ruolo centrale
nell’indagine sull’esperienza umana.
sistema limbico
RABBIA GIOIA RISO PIANTO ODIO AMORE MEMORIA
Il sistema limbico è coinvolto nella genesi delle
emozioni, nella memoria e nell’apprendimento.
Il Sistema Limbico è una formazione
filogeneticamente antica. Tali osservazioni fanno
ritenere che le basi fisiologiche dell’emotività e
del comportamento siano simili in tutti i
mammiferi.
Tra le strutture del sistema limbico osserviamo,
la corteccia del cingolo, l’ippocampo, parte del
nucleo amigdaloideo, i nuclei del setto pellucido,
i nuclei mammillari dell’ipotalamo, il complesso
nucleare anteriore del talamo.
sistema limbico
• Il sistema limbico comprende regioni che
“coordinano le afferenze sensoriali con le reazioni
corporee e le necessità viscerali” e che
“rappresentano il luogo di origine delle emozioni”.
• Il concetto di Sistema Limbico non è tanto
morfologico, quanto fisiologico e psicologico. Tale
porzione del Sistema Nervoso Centrale interviene
nell’elaborazione di tutto l’insieme dei
comportamenti correlati con la sopravvivenza della
specie, elabora le emozioni e le manifestazioni
vegetative che ad esse si accompagnano ed è
coinvolto nei processi di memorizzazione.
madeleine
amidgala
• Organo deputato
all’associazione emozionale
ed affettiva tra le percezioni
e la memoria (memoria
emozionale).
• Coinvolto nella percezione e
memorizzazione degli stati di
paura.
ippocampo
• Struttura indispensabile alla
fissazione della traccia di
memoria, da breve a lungo
termine.
memorie
memorie
• La memoria a breve termine (corteccia frontale e parietale)
• La memoria a lungo termine dichiarativa
– Memoria episodica
– Memoria semantica
• La memoria a lungo termine procedurale
(apprendimento condizionato: cervelletto, gangli della base, amigdala)
• Memoria prospettica (processi e abilità
implicate nel
ricordo di intenzioni che devono essere realizzate nel futuro)
• Memoria spaziale (cellule di posizione, ippocampo)
• Memoria genetica
plasticità
• Il nostro cervello cambia continuamente
durante la nostra vita. Questa capacità del
cervello di cambiare è detta plasticità.
• Non è il cervello nella sua totalità a poter
essere modificato bensì i singoli neuroni, in
particolare durante lo sviluppo nella fase
giovanile, durante l’apprendimento, o in
seguito ad un trauma.
plasticità sinaptica
Esistono vari meccanismi di plasticità, il più
importante dei quali è la plasticità sinaptica –
ovvero come i neuroni modifichino le loro
capacità di comunicare l’uno con l’altro.
plasticità sinaptica e cervello
Esercitare il cervello!
Quando le memorie diventano più permanenti, avvengono dei
cambiamenti strutturali. Le sinapsi cambiano forma o
dimensioni, nuove sinapsi possono comparire.
All’opposto,le sinapsi non utilizzate possono rimpicciolirsi e
morire.
La materia di cui il nostro cervello è composto si modifica in
risposta all’attività cerebrale.
Ai cervelli piace esercitarsi come ai nostri muscoli!
neuroscienze: patologie
patologie
• Alterazioni delle funzioni fisiologiche
nell’encefalo possono causare:
– disturbi neurologici
malattia di Alzheimer, morbo di Parkinson, epilessia,
ictus
– disturbi psicologici
schizofrenia, depressione, autismo
malattia di Alzheimer
– La malattia di Alzheimer è una malattia
degenerativa del cervello.
– La sua incidenza nella popolazione varia a seconda
dell’età (5% 65enni, 35% 85enni). In Italia si contano
attualmente mezzo milione di casi.
Matassa neurofibrillare
LM 250
Placca amiloide
Sintomi della malattia di Alzheimer
• Afasia: difficoltà a pronunciare nomi di cose o
persone.
• Alterata percezione dello spazio: perdita della
memoria di percorsi, non riconoscimento della
destra dalla sinistra.
• Aprassia: difficoltà a compiere movimenti
finalizzati, il paziente non sa usare un oggetto
noto.
Malattia di Alzheimer
• Agnosia: non riconoscere oggetti noti.
• Deficienza cognitiva: incapacità di pensare in
astratto.
• Diversi livelli di amnesia: deficit nella memoria
prospettica, episodica retrograda, semantica.
morbo di Parkinson
– Il morbo di Parkinson è una malattia a cause
genetiche ed ambientali ove degenerano neuroni del
mesencefalo che normalmente rilasciano Dopamina.
– Questo morbo è progressivo, legato all’età del
paziente e, in genere, si manifesta dopo i 60 anni.
200.000 persone in Italia ne sono attualmente
colpite.
Malattia di Parkinson
• Bradicinesia: difficoltà ad iniziare un movimento
/movimento rallentato.
• Acinesia: riduzione dei movimenti volontari.
• Tremore a riposo.
• Rigidità muscolare.
• Catatonia (stupore / postura e comportamento
anomali).
• Instabilità posturale.
ictus
• Ictus ischemico
È una condizione caratterizzata dall’occlusione
di un vaso (ischemia) o, meno
frequentemente, da un’improvvisa e grave
riduzione della pressione di perfusione del
circolo ematico.
• Ictus emorragico (intracerebrale o
intraventricolare)
È una condizione determinata dalla presenza
di un’emorragia intracerebrale non
traumatica.
Sintomi del post-ictus
•
•
•
•
•
Emiparesi
Perdita di sensibilità e formicolii
Riduzione del campo visivo
Vertigini, assenza di equilibrio
Perdita del linguaggio (afasia) o incapacità di
articolare le parole (disartria)
• Cefalea
schizofrenia
– La schizofrenia è un grave disturbo mentale
caratterizzato da episodi psicotici durante i quali il
paziente perde la capacità di distinguere la “realtà”.
– Tra i sintomi ci sono le allucinazioni, manie,
insensibilità, mancanza d’iniziativa, facilità alla
distrazione e difficoltà nell’espressione verbale.
– Le cause sono sconosciute, anche se è presente una
componente genetica. E’ implicata una eccessiva
produzione di Dopamina.
schizofrenia
• Disturbi del pensiero (talvolta il soggetto ha la
sensazione che i suoi pensieri vengano creati
da altri ed immessi nella sua mente, o che altri
siano in grado di rubare i suoi pensieri);
disturbo dell’attenzione; mancanza di
collegamento tra idee.
• Allucinazioni, specialmente acustiche (ad
esempio sentire voci offensive o denigratorie);
percezione alterata (cose o persone che non
esistono percepite come reali).
schizofrenia
• Deliri di vario tipo, ad esempio di potere o di
gelosia. Convinzioni del tutto assurde.
• Affettività disturbata, eccessi di ansia e di
paura, anedonia o altre sindromi
• Autismo (chiusura della psiche in se stessa).
• Catatonia, ovvero disturbi come immobilismo,
mutismo, improvvisa aggressività.
Depressione maggiore e bipolare
– Sono state identificate due forme di depressione:
la depressione maggiore e il disturbo bipolare.
– La depressione maggiore colpisce circa il 5% della
popolazione.
– Il disturbo bipolare interessa circa l’1% della
popolazione ed è caratterizzato da drastici
cambiamenti dello stato d’animo.
https://www.youtube.com/watch?v=Yy8e4sw70ow
• Molte persone depresse presentano uno squilibrio
della concentrazione dei neurotrasmettitori (in
particolare della serotonina).
• Alcune medicine sono in grado di correggere tale
squilibrio: la classe più comune di farmaci
antidepressivi inibisce il riassorbimento della
serotonina (SSRI come la fluoxetina o l’escitalopram ), o
inibisce il riassorbimento sia della serotonina che della
noradrenalina (duloxetina).
Prescrizioni (milioni)
140
120
100
80
60
40
20
0
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Anno
autismo
• Fobia per qualunque cambiamento,
isolamento, movimenti stereotipati, tendenza
a ripetere suoni o frasi sentite pronunciare.
• Eccezionale capacità di calcolo, mnemoniche,
grande sensibilità musicale
dipendenza da droghe
Rapporto ONU del 2013: mortalità nel mondo di 5
milioni di persone per fumo, 2.500.000 per alcol,
300.000-600.000 per sostanze illegali.
Relazione annuale Dipartimento Politiche Antidroghe
del Parlamento Italiano del 2012: mortalità in Italia di
80.000 persone per fumo, 25.000 -30.000 per alcol,
circa 400 per sostanze illegali.