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Il Sistema Nervoso
Il sistema nervoso riceve e interpreta gli impulsi sensoriali e trasmette quindi i comandi appropriati
Il sistema nervoso è costituito dai neuroni , cellule specializzate costituite da un corpo cellulare (che contiene il
nucleo e gli organuli) e da lunghi sottili prolungamenti, chiamati fibre nervose .
Il cervello umano contiene circa 100 miliardi di neuroni specializzati nel trasferire segnali da un punto all’altro
del corpo.
Il sistema nervoso svolge tre funzioni strettamente interconnesse: l’acquisizione sensoriale, l’integrazione e lo
stimolo motorio.
Alle tre principali funzioni del sistema nervoso, corrispondono i quattro 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 associativi che trasmettono segnali da una zona all'altra del sistema nervoso centrale
i neuroni motori : trasmettono i messaggi provenienti dal sistema centrale alle cellule effettrici.
Tranne alcune eccezioni, il sistema nervoso viene suddiviso in due parti:
sistema nervoso centrale (SNC): costituito dall’encefalo e, nei vertebrati, dal midollo spinale; i corpi cellulari
sono raccolti in nuclei e gli assoni sono riuniti in tratti
sistema nervoso periferico (SNP): formato essenzialmente dalle vie di comunicazione (i nervi) che portano i
messaggi verso l’interno e verso l’esterno del sistema nervoso centrale; il sistema periferico possiede anche i
gangli , che raggruppano i corpi cellulari dei neuroni. I fasci di assoni sono riuniti in nervi.
Un esempio di funzione del sistema nervoso è rappresentato dal circuito relativamente semplice che produce le
risposte automatiche agli stimoli, o riflessi.
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).
Struttura di un neurone motorio mielinizzato:
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 .
Nei vertebrati questo materiale ha l’aspetto di una collana costituita da perle di forma allungata: ogni « perla »
è una cellula di Schwann.
L’impulso nervoso e la sua trasmissione
Un neurone mantiene il potenziale di riposo attraverso la propria membrana
Un neurone a riposo contiene energia potenziale chiamata potenziale di membrana.
Questa energia potenziale risiede nella differenza di carica elettrica che esiste tra i due lati della membrana
plasmatica: il citoplasma adiacente ha carica negativa mentre il liquido extracellulare presente subito fuori ha
carica positiva.
L’impulso nervoso è generato da una variazione del potenziale di membrana
Se la permeabilità della membrana agli ioni cambia, il potenziale di membrana può cambiare il suo valore di
riposo.
Le variazioni di permeabilità sono alla base di quasi tutti i fenomeni elettrici che avvengono nel sistema
nervoso.
Gli impulsi nervosi si generano attraverso variazioni elettriche che avvengono nelle membrane dei neuroni.
La differenza tra il potenziale di soglia e il potenziale di riposo è la variazione minima del potenziale di
membrana che deve verificarsi perché si generi il potenziale d’azione (ossia il segnale nervoso che trasporta
l’impulso lungo l’assone).
Il potenziale d’azione si rigenera propagandosi lungo il neurone
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».
Propagazione del potenziale d’azione lungo un assone:
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.
I neuroni comunicano attraverso le sinapsi
La sinapsi elettrica
Il passaggio dell’informazione da cellula a cellula avviene attraverso le sinapsi , ovvero le regioni di spazio tra
una terminazione sinaptica e un’altra cellula.
Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche.
In una sinapsi elettrica l’impulso nervoso passa direttamente da un neurone a quello successivo.
La sinapsi chimica
Nelle sinapsi chimiche è invece presente un breve spazio sinaptico che separa il neurone presinaptico da
quello postsinaptico.
Il segnale elettrico deve quindi essere prima convertito in un segnale chimico, costituito da molecole di
neurotrasmettitori , che può generare un potenziale d’azione nella cellula postsinaptica.
Il neurotrasmettitore diffonde attraverso la sinapsi e si lega ai recettori presenti sulla membrana della cellula
postsinaptica.
Schema della sinapsi chimica:
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.
I neurotrasmettitori che aprono i canali del sodio possono generare potenziali d’azione nella cellula
postsinapica: tali neurotrasmettittori e le sinapsi in cui essi sono liberati, sono chiamati eccitatori .
Viceversa, molti neurotrasmettitori aprono i canali di membrana di altri ioni che fanno diminuire nella cellula
postsinaptica la tendenza a generare i potenziali d’azione: tali neurotrasmettitori e le loro sinapsi sono detti
inibitori .
La membrana di un neurone può ricevere contemporaneamente sia segnali eccitatori sia segnali inibitori.
Se nel loro complesso gli impulsi eccitatori sono abbastanza forti da suscitare nella membrana un potenziale
supersiore alla soglia, allora nella cellula postsinaptica si genera il potenziale d’azione.
Molte piccole molecole svolgono la funzione di neurotrasmettitori
Molte molecole svolgono il ruolo di neurotrasmettitore nelle sinapsi chimiche:
l’acetilcolina ;
le ammine biogene ;
gli amminoacidi e i peptidi ;
l’ossido di azoto .
COLLEGAMENTI
Numerosi farmaci e altre sostanze agiscono a livello delle sinapsi chimiche
Molte sostanze psicoattive (tra cui caffeina, nicotina e alcol etilico) influenzano l’azione dei neurotrasmettitori
nelle sinapsi presenti nel nostro cervello.
Organizzazione del sistema nervoso
Nel regno animale si sono evoluti diversi tipi di sistema nervoso
Gli organismi a simmetria radiale hanno uno dei modelli più semplice di sistema nervoso, costituito da una rete
nervosa, ossia da un sistema a reticolo di neuroni che si estende per tutto il corpo.
La maggior parte degli animali presenta simmetria bilaterale, con due aspetti evolutivi caratteristici:
la cefalizzazione, cioè la concentrazione delle strutture nervose presso l’estremità anteriore;
la centralizzazione, ossia la presenza di un sistema nervoso centrale separato da quello periferico.
Il sistema nervoso dei vertebrati presenta un alto livello di centralizzazione e di cefalizzazione
Cavità interna del SNC e sezione trasversale del midollo spinale:
Il sistema nervoso di tutti i vertebrati presenta alcune somiglianze fondamentali come:
la suddivisione in un sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale ) e periferico;
l’elevato grado di cefalizzazione.
Il sistema nervoso periferico ha una struttura funzionale gerarchica
Il sistema nervoso periferico dei vertebrati può essere suddiviso in due componenti funzionalmente diverse: il
sistema nervoso somatico e il sistema nervoso autonomo.
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 .
Gli effetti contrapposti dei neuroni dei sistemi 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.
L’altro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema simpatico , tende a svolgere il compito opposto, preparando
il corpo alle attività che consumano energia.
Il sistema nervoso autonomo:
L’encefalo umano
L’encefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori del tubo neurale
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.
La struttura di un supercomputer vivente: l’encefalo umano
L’encefalo umano è più potente di qualsiasi computer.
È formato da tre regioni principali che si sono evolute considerevolmente rispetto alle forme originali
ancestrali:
prosencefalo;
mesencefalo;
rombencefalo.
Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato e ponte, e il mesencefalo formano un’unità funzionale
chiamata complessivamente tronco encefalico.
Principali strutture dell’encefalo umano:
Il cervelletto , un’altra componente del rombencefalo, è il centro operativo che coordina i movimenti.
I più sofisticati centri di elaborazione nervosa sono quelli che derivano dal prosencefalo: il talamo ,
l’ipotalamo e il cervello.
Il cervello è la porzione più grande e sofisticata dell’encefalo.
Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell’attività
della parte opposta del corpo.
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.
L’area funzionale chiamata corteccia motoria ha soprattutto la funzione di inviare comandi ai muscoli
scheletrici, fornendo risposte appropriate agli stimoli sensoriali.
La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è costituita dalle aree di associazione , che sono i siti delle
attività mentali più sofisticate, ossia di ciò che noi chiamiamo semplicemente pensiero.
Gli emisferi cerebrali destro e sinistro tendono a specializzarsi a svolgere funzioni differenti.
COLLEGAMENTI
Lesioni e interventi chirurgici al cervello forniscono informazioni sulle sue funzioni
Gran parte di ciò che sappiamo sul cervello proviene dagli studi effettuati su persone che hanno subito lesioni
cerebrali o interventi chirurgici, oppure affette da particolari malattie.
Diverse parti del cervello regolano il sonno e la veglia
L’ipotalamo, insieme ad altre regioni dell’encefalo, è responsabile del ciclico alternarsi di sonno e veglia.
Il ponte e il midollo allungato contengono centri che, se stimolati, inducono il sonno.
Il mesencefalo invece contiene un centro dell’attenzione.
Un altro sistema di neuroni importante nella regolazione del sonno e della veglia è la formazione reticolare .
La formazione reticolare attraversa il centro del tronco encefalico e riceve informazioni dai recettori sensoriali,
le filtra rimuovendo quelle che arrivano costantemente al sistema nervoso, e invia i dati utili alla corteccia
cerebrale.
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.
Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento
Gran parte delle emozioni, della memoria e dell’apprendimento umani dipende dal nostro sistema limbico,
un’unità funzionale del prosencefalo, costituita da numerosi centri di integrazione e da aree neuronali
interconnesse, che include parti del talamo e dell’ipotalamo.
COLLEGAMENTI
Alterazioni delle funzioni fisiologiche nell’encefalo possono causare disturbi neurologici
I disturbi neurologici (o malattie del sistema nervoso) hanno un enorme impatto sulla società.
Alcuni esempi sono: la schizofrenia, la depressione, la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson.
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.
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.
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 (SSRI) inibisce il riassorbimento della serotonina.
La malattia di Alzheimer è una malattia degenerativa del cervello caratterizzata da perdita di memoria e
confusione mentale:
La sua incidenza nella popolazione varia a seconda dell’età.
Il morbo di Parkinson è una malattia caratterizzata da rigidità muscolare, difficoltà a iniziare i movimenti e
lentezza nell’eseguirli.
Questo morbo è progressivo, legato all’età del paziente e, in genere, si manifesta dopo i 60 anni.