ANATOMIA FUNZONALE DEI PRINCIPALI CIRCUITI
CEREBRALI
• Circuiti del sistema limbico
• Proencefalo basale
•Circuiti fronto-sottocorticali
CIRCUITI DEL SISTEMA LIMBICO
Rete neurale limbica che riguarda i domini
• mnesico
• emozionale
Ippocampo
Amigdala
Regioni paralimbiche
Deficit di memoria
Alterazioni emozionali e autonomiche
1878 > Broca: grande lobo limbico, dal latino limbus = contorno
1952, Paul Mac Lean , il cervello trino
AREE LIMBICHE
• amigdala
• ippocampo
• corteccia olfattoria
• setto
• s.innominata ant.
AREE PARALIMBICHE
• giro del cingolo
• paraippocampo
• polo temporale
• insula
• corteccia orbitofrontale
AREE LIMBICHE E FORMAZIONE dell’ IPPOCAMPO
IPPOCAMPO E MEMORIA
Nel 1957 un paziente di nome H.M. fu trattato chirurgicamente
per epilessia resistente alla terapia farmacologica con asportazione bilaterale
dell’ippocampo e dell’amigdala.
HM soffri da quel momento di un grave disturbo della memoria episodica
Dopo molti anni dall’intervento il paziente fu sottoposto a RM encefalo.
Il suo caso dimostrò in modo conclusivo il ruolo fondamentale della
parte mediale del lobo temporale nella memoria
HM
Soggetto normale
M.Alzheimer
Classificazione dei tipi di memoria.
Memoria
Esplicita
(dichiarativa)
Episodica
Implicita
Semantica
Procedurale
Emotiva
Vegetativa
(condizionamento)
Memoria
Esplicita
(dichiarativa)
Episodica
Semantica
Implicita
Procedurale
Emotiva
Vegetativa
(condizionamento)
• cos’è una bicicletta
• ieri sono andato in bicicletta
• andare in bicicletta dopo 10 anni
• ho paura della bicicletta ( non so perché)
memoria semantica
memoria episodica
memoria procedurale
memoria emotiva
LISTA di REY
Versioni:
Primaria
Parallela
1
Tenda
Camino
2
Tamburo
Tromba
3
Caffè
Pane
4
Cintura
Manico
5
Sole
Letto
6
Giardino
Pagina
7
Baffi
Moneta
8
Finestra
Giornale
9
Fiume
Sera
10
Paesano
Carota
11
Colore
Monte
12
Tacchino
Lampada
13
Scuola
Albergo
14
Casa
Uomo
15
Cappello
Vagone
Totale
Rievocazioni immediate
1
2
3
4
Differita
5
Dopo 15’
____/15
TEST DEL RACCONTINO
Anna / Pesenti / di Bergamo / che lavora / come
donna delle pulizie / in una ditta / di costruzioni /
riferì /al maresciallo / dei carabinieri / che la
sera / precedente / mentre rincasava / era stata
aggredita / e derubata / di 50.000 Lire. / La
poveretta / aveva quattro / bambini / piccoli / che
non mangiavano / da due / giorni / e doveva
pagare / l’affitto /. I militari / commossi / fecero
una colletta /.
STRUTTURA DELL’IPPOCAMPO
A: ricostruzione dell’ippocampo e del fornice.
B : struttura del giro dentato e del corno
d’Ammone
C, sezione coronale del giro dentato, ippocampo e
subiculum
D, diagramma delle cellule e fibre dell’ippocampo
Le fibre efferenti dall’ippocampo si originano da
cellule piramidali . La maggior parte delle
efferenze originano dal subiculum.
Il flusso di informazioni proviene maggiormente
dalla corteccia entorinale > giro dentato> cellule
piramidali dell’ippocampo e subiculum> fornice
Nel giro dentato dono presenti cellule staminali.
(B, modified from Duvernoy HM: The human hippocampus: functional anatomy,
vascularization and serial sections with MRI, ed 3, Berlin, 2005, Springer-Verlag. C,
modified from Nolte J, Angevine JB Jr: The human brain in photographs and diagrams,
ed 3, St. Louis, 2007, Mosby.)
STRUTTURA DELL’IPPOCAMPO
• CA1 > CA4 = zone del corno d’Ammone ( ippocampo = corno d’Ammone + giro dentato)
• Paraippocampo = subiculum + corteccia entorinale
Settore CA1 del C.Ammone = settore di SOMMER : compostoa da grandi cellule piramidali,
Con metabolismo molto attivo, alta densita di recettori NMDA, estrema sensibillità all’ipossia,
Marcato potenziamento post-sinaptico ( 2 ore per singolo stimolo in arrivo)
Memoria sinaptica
Neuroplasticità
Crisi epilettiche
ORIGINE E DECORSO DEL FORNICE
Il fornice è un fascio di fibre che conntiene le
efferenze dall’ippocampo.
Inizia vicino alla superficie ventricolare ( alveo)
Quindi il fascio , da ogni lato, si porta medialmente
formando la fimbria dell’ippocampo.
Vicino allo splenio del corpo calloso formano la crus
del fornice.
Le due crus si uniscono formando il corpo del
fornice, alcune fibre si portano controlateralmente
formando la commissura dell’ippocampo
A livello della commissura anteriore , in
corrispondenza del forame di Monro il corpo del
fornice si divide nuovamente nelle due
Le fibre del fornice terminano principalmente nei
corpi mammillari, ma anche nei nuclei del setto e
nello striato ventrale
A, anterior nucleus of the thalamus; Am, amygdala; CC, corpus
callosum; L, M, lateral and medial zones of the tuberal
hypothalamus.
(B to D, modified from Nolte J, Angevine JB Jr: The human brain in photographs and
diagrams, ed 3, St. Louis, 2007, Mosby.)
AFFERENZE DELL’IPPOCAMPO:
• corteccia entorinale ( bulbo olfattorio)
• amigdala
• nuclei settali
• ippocampo controlaterale
• locus coerulus
.
(Modified from an illustration in Warwick R, Williams PL: Gray's anatomy, Br ed 35, Philadelphia, 1973, WB Saunders.)
EFFERENZE DELL’IPPOCAMPO
• Fornice ( attraverso il fornice le informazioni provenienti dall’ippocampo
raggiungono i corpi mammilari,il nucleo anteriore e mediodorsale del talamo,
il cingolo)
The Papez circuit.
The shortcut from the hippocampus directly to the anterior thalamic nucleus,
not part of the circuit as originally proposed, is indicated by a dashed line. A,
anterior thalamic nucleus; CA, hippocampus proper; D, dentate gyrus; MB,
mammillary body.
(Modified from an illustration in Warwick R, Williams PL: Gray's anatomy, Br ed 35, Philadelphia, 1973, WB Saunders.)
AMIGDALA
L’amigdala è un insieme di circa
12 nuclei situati in prossimità
dell’uncus, vicino alla parte
anteriore dell’ippocampo, e
accanto al corno temporale del
ventricolo laterale .
Origina dalla corteccia
periamigdaloidea , che forma
parte della superficie del’uncus.
I nuclei dell’amigdala vengono classificati in 3 principali gruppi :
mediale, centrale e basolaterale, ognuno con diverse funzioni.
Nucleo mediale: è connesso con il sistema olfattorio ed è piuttosto piccolo negli
esseri umani.
Nucleo centrale : collegato all’ipotalamo e alla sostanza grigia
periacqueduttale ha funzioni emozionali
Nucleo basolaterale: è il nucleo più grande negli esseri umani, contiene cellule
piramidali ed è strettamente collegato agli altri nuclei
Suddivisione dell’amigdala nei
principali nuclei (basolaterale,
centrale e mediale) con le
principali connessioni.
( PH, parahippocampal gyrus)
Maggiori input ai nuclei basolaterale(blu), centrale(rosso) e mediale
(verde) dell’amigdala.
Sono evidenziati gli input dalle aree visive , ma simili proiezioni
esistono dalle principali aree unimodali e dalle altre aree limbiche.
B, brainstem (periaqueductal gray, parabrachial nuclei, other nuclei);
Hy, hypothalamus; S, septal nuclei; T, thalamus (multiple nuclei).
(Modified from Warwick R, Williams PL: Gray's anatomy, Br ed 35, Philadelphia, 1973, WB Saunders.)
Principali efferenze dai nuclei dell’amigdala ( blu= basolaterale;rosso=centrale; verde=
mediale)
(1) stria terminalis: verso i nuclei del setto e l’ipotalamo
(2) Via amigdalofugale e Via amigdalofugale ventrale ( ipotalamo e talamo MD)
(3) proiezioni diffuse alla corteccia frontale ventromediale , corteccia insulare, striato
ventrale, aree olfattorie , tronco encefalico .
(4) connessioni dirette con l’ippocampo e il lobo temporale.
(Modified from Warwick R, Williams PL: Gray's anatomy, Br ed 35, Philadelphia, 1973, WB Saunders.)
Riepilogando:
L’amigdala riceve una gran quantità di input :
1. Molti di questi sono semplici e famigliari, riguardando stimoli visivi,
suoni, stimoli tattili, odori e.
Gli stimoli olfattivi raggiungono direttamente il nucleo mediale , dalla
corteccia e bulbo olfattorio ( tratto olfattorio).
Gli altri tipi di stimoli raggiungono il nucleo basolaterale dal talamo e dalle
cortecce unimodali visiva, uditiva, gustativa e somatosensitiva.
2. Un altro tipo di stimolo arriva all’amigdala dall’insula, dal cingolo e dalla
corteccia orbitofrontale ( via amigdalofugale)
3.Infine l’amigdala riceve input viscerali provenienti dall’ipotalamo ( stria
terminalis) e dal tronco encefalico ( grigio periacqueduttale ,
n.parabrachiale)
Le efferenze dall’amigdala raggiungono le stesse aree da cui l’amigdala riceve
degli input
La connessione limbica tra amigdala e gangli della base influenza le decisioni
riguardo al movimento e, più in generale, è necessaria per l’associazione stimoloricompensa.
Qualsiasi cosa possa apparire piacevole determina un aumento di rilascio di
dopamina nello striato che si traduce successivamente in un’azione; avviene il
contrario per ciò che consideriamo spiacevole
fRM di un soggetto di 52 aa con un danno bilaterale nell corteccia occipitale e
aumento dell’attivazione dell’amigdala alla vista di facce che esprimono
particolari emoziioni. (From Pegna AJ et al: Nat Neurosci 8:24, 2005.)
La regolazione delle emozioni attraverso
la volontà implica il coinvolgmento delle
cortecce frontali dorsolaterale e
ventromediale
Dieci giovani soggetti maschi
guardavano dei film a contenuto erotico
in differenti condizioni
In (A) venivano istruiti a rilassarsi e a
reagire normalmente
In (B) erano invitati a inibire qualsiasi
emozione di tipo sessuale
I soggetti in A riportavano eccitazione
sessuale e la fMRI dimostrava aumento
di flusso nel polo temporale dx,
nell’amigdala dx e nell’ipotalamo
I soggetti in B riferivano minore
eccitazione sessuale , la fMRI non
evidenziava aumento di flusso nelle aree
suddette ma il flusso aumentava nella
corteccia frontale dorsolaterale, nel
cingolo anteriore.
L’amigdala, attraverso le sue connessioni , in
particolare con la corteccia frontoventromediale
e l’ipotalamo, svolge un ruolo fondamentale
nella vita emotiva.
Quando l’amigdala di un animale viene
stimolata l’animale si ferma e rimane attento: a
ciò può far seguito una risposta di difesa, rabbia,
aggressione, o di fuga
La stimolazione dell’amigdala nell’uomo evoca
più spesso paura accompagnata dalle reazioni
vegetative corrispondenti .
La distruzione bilaterale dell’amigdala
determina un assenza di paura e di aggressività
con mancanza di reazioni vegetative .
L’assenza congenita dell’amigdala impedisce
l’apprendimento di reazioni comportamentali
complesse in risposta a determinate situazioni
L’emozione paura in risposta
a un suono è un esempio di
come avviene l’apprendimento
emotivo
Encefalite erpetica
donna di 33 aa
esordio con febbre
e stato confuionale
poi crisi epilettiche
CORTECCIA
FRONTO-ORBITARIA
La corteccia fronto-orbitaria fa parte delle strutture paralimbiche e
rappresenta, in senso filogenetico, la comparsa, nel comportamento, del
distacco, nel comportamento, dal contesto ambientale
C.Frontale dorsolaterale
Nuclei della base
CORTECCIA
ORBITOFRONTALE
Marcatore somatico
Amigdala
L temporale
Cingolo
C.Frontale dorsolaterale
Nuclei della base
CORTECCIA
ORBITOFRONTALE
Amigdala
L temporale
Cingolo
Marcatore somatico
La teoria del marcatore somatico spiega come è possibile
apprendere dall’esperienza in base all’associazione tra le situazioni
vissute, il corrispettivo emozionale e la collegata reazione vegetativa.
Queste ultime, una volta sentite, fanno da guida
nei comportamenti futuri
CORTECCIA
ORBITOFRONTALE
Marcatore somatico
La teoria del marcatore somatico ( Damasio 1994)
Emozione<> reazione vegetativa>memoria
La disfunzione della corteccia orbitofrontale è considerata alla base di numerosi
disturbi in ambito neuropsichiatrico:
• Sindromi psicopatiche
• Disturbi ossessivi-compulsivi
• Disturbi dell’umore
• Sindromi borderline
• Sindromi da disinibizione
Il caso di Phineas Gage
Nel 1848 Phineas Gage era un operaio impiegato nella
costruzione di una linea ferroviaria che fu coinvolto in un
tragico incidente: una barra di ferro lo colpì, penetrando nel
cranio secondo il tragitto ricostruito nella figura.
Subito dopo l’incidente la sua personalità e il suo
comportamento cambiarono drammaticamente: da individuo
tranquillo, giudizoso e rispettoso delle regole divenne una
persona negligente e irresponsabile, perse il suo posto e
cominciò a vagare da un’azienda all’altra, senza preoccuparsi
più di tanto del suo futuro e indifferente alle conseguenze
del suo comportamento impulsivo.
Pazienti con disturbo borderline
• impulsività
• comportamentto inappropriato
Pazienti con danno neurologico CFO
• comportamento inappropriato
• impulsività
• confine mondo interno e mondo esterno
• cervello paleomammifero: attaccamento,
rapporto diadico
• emozioni
• memoria e apprendimento
Epilessia temporolimbica
Encefalite erpetica ( figura
PROENCEFALO BASALE
(basal forebrain)
Il proencefalo basale ( basal forebrain) è un insieme di nuclei e circuiti
telencefalici situati nella zona ventro-mediale degli emisferi cerebrali in continuità
con il diencefalo
Si identificano nell’ambito del proencefalo basale:
• nuclei del setto
• nucleo accumbens
• nucleo della banda diagonale di Broca
• tubercolo olfattorio
• sostanza innominata (con il nucleo baasale di Meynert)
• amigdala estesa
• area preottica
Proencefalo basale
• è connesso con l’ippocampo , con
l’amigdala e con la corteccia
• Il nucleo di Meynert è collegato al
sistema limbico ( amigdala,
Ippocampo) e invia preoiezioni diffuse
alla corteccia ( fibre colinergiche,
Sistema colinergico ascendente)
• Il fascicolo mediale del proencefalo è
un fascio di proiezione dopaminergico
che
collega i nuclei DA mesencefalici con i
nuclei del setto
Nell’ambito del proencefalo
basale il nucleo accumbens fa
parte dello striato ventrale o
striato limbico e rientra nei
circuiti della ricompensa
(reward)
Ciò avviene grazie alle sue connessioni con
l’amigdala e l’ippocampoda un lato e la corteccia
dall’altro
Localizzazione del recettore D3 per la dopamina implicato nel circuito del
reward: il recettore è localizzato nello striato ventrale , in particolare nel
NUCLEO ACCUMBENS ( NA) ;
la concentrazione del recettore è più alta nel cervello di un soggetto che usa
cocaina. Il colore rosso evidenzia la maggiore densità recettoriale
Cd, caudate nucleus; GP, globus pallidus; Hipp, hippocampus; Hyp,
hypothalamus; Pt, putamen; sn, substantia nigra; th, thalamus.
(From Staley JK, Mash DC: J Neurosci 16:6100, 1996.)
Patologie correlate:
PROENCEFALO
BASALE: funzioni
• M. di Alzheimer
• arousal
• ictus ACA
• attenzione
• stati confusionali con
deficit di memoria,
confabulazione
• motivazione
• memoria
• apatia , abulia,
mutismo acinetico
CIRCUITI FRONTO- SOTTOCORTICALI
CIRCUITO MOTORIO FRONTOSOTTOCORTICALE
Corteccia motoria
Area supplementare motoria
Corteccia sensitiva primaria
Corteccia premotoria
Putamen
Pallido interno
Talamo VL
Sostanza nera pars reticulata
Circuito oculomotorio
Area frontale oculomotoria ( area 8)
Corteccia frontale dorsolaterale
Corteccia parietale posteriore
Putamen
Pallido
Talamo
Sostanza nera
Esplorazione spaziale
Sindrome di Balint
(paralisi psichica dello sguardo)
Circuito prefrontale dorsolaterale
Aree prefrontali dorsolaterali 9,10
Funzioni esecutive
Area 47
Lobulo parietale superore
Nucleo caudato (testa)
Globo pallido esterno
Nucleo subtalamico
Talamo (VA,DM)
Globo pallido interno
Sostanza nera pars reticulata
Nuclei del rafe, del tegmento mesencefalicoo, pars compacta sn,
Circuito orbito-frontale laterale
Aree prefrontali orbitarie 10,11
Regolazione delle emozioni
Area prefrontale 22
Aree frontali mediali
amigdala
Nucleo caudato
Talamo VA,DM
(Magnocellulare)
N.Pallido esterno
Nucleo pallido interno
Sostanza nera pars reticulata
Circuito del giro cingolato anteriore
( orbitofrontale mediale)
Cingolo anteriore( area 24)
Corteccia orbito-frontale
Ippocampo
Amigdala
Paraippocampo
Corteccia entorinale
Circuito della
Motivazione
Striato ventrale ( limbico)
Nucleo accumbens
Tubercolo olfattorio
Caudato ventrale
Talamo
n.mediodorsale
N.Pallido interno rostromediale
Pallido ventrale
Area tegmentale ventrale
Sostanza nera pars reticulata
Sostanza nera pars compatta
tre aree anatomofunzionali
prefrontali:
Circuito prefrontale dorsolaterale
(corteccia dorsolaterale – n.caudato)
Circuito orbito-frontale laterale
(corteccia frontobitaria – amigdalan.pallido interno)
Circuito del giro cingolato anteriore
( orbitofrontale mediale, cingolo ant.n.pallido ventrale)
corteccia frontale dorsolaterale
Funzioni esecutive
Sindrome disesecutiva
corteccia fronto-orbitaria
Funzioni di controllo/inibizione
Disinibizione/impulsività
corteccia frontale mediale
Motivazione/attivazione
Apatia / diminuzione del
comportamento finalizzato
Nucleo caudato > < c. associativa
Putamen > < c. unimodale
Striato limbico > < aree limbiche
Reti
• Selettive
• Parallele
• Distribuite
RETI NEURALI E DOMINI
• linguaggio: emisfero sinistro, aree di Wernicke e di Broca + altre
• attenzione spaziale: emisfero destro, c. parietale posteriore e frontale,
collicolo superiore, pulvinar
• funzioni esecutive e comportamento: c.frontale dorsolaterale e
orbitaria, c.parietale, n.caudato
talamo MD
• mnesico-emozionale: ippocampo, amigdala,striato limbico, talamo,
ipotalamo
• identificazione di facce e oggetti: c.laterale temporopolare
e polo temporale
