corteccia motoria - Istituto Ven. A. Luzzago

Sensibilità somatica
• Tatto, temperatura, posizione del corpo,
dolore, etc.
tatto
Più sviluppato nei polpastrelli delle dita
meccanismi di controllo a livello
 somatico
 cerebrale.
aspetti della sensibilità tattile
I corpuscoli di Pacini e di Meissner,
 Si adattano in fretta e rispondono alle
variazioni rapide dello stimolo (senso di vibrazione).
i dischi di Merkel
 Stimolazioni costanti della cute (senso di
pressione)
Le terminazioni di Ruffini
 Variazioni lente
Tutti dotati di canali ionici  potenziali d‛azione
Nel derma
campo recettivo
zona di cute in cui un recettore risponde
corpuscoli di Pacini ampio
corpuscoli di Meissner  piccolo
Terminazioni nude
Calore
Tocco
leggero
Dolore
Freddo
Pelo
Tocco
leggero
Epidermide
Derma
Nervo
Tessuto
connettivo
Movimento
del pelo
Pressione
forte
• Calore e Freddo (adattamento), Dolore.
PERCORSO DELL’IMPULSO
Percorso sensoriale ascendente: trasporta
informazioni ricevute da tutto il corpo verso
le radici posteriori del midollo spinale e
successivamente verso il cervello. Sono
presenti stazioni di relè a livello del
midollo e nel talamo.
L’informazione proviene da cellule
specializzate, come i sensori nella pelle e i
sensori che monitorano gli organi interni.
midollo spinale
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).
area somatosensoriale
Corteccia somatosensoriale
≠ parti del corpo ≠ densità di recettori
nella corteccia somatosensoriale la densità
neuronale è uniforme
‘mappa‛ della superficie corporea sulla
corteccia risulta molto distorta (homunculus
sensoriale)
velocità segnale
assoni di recettori tattili = fibre mielinizzate
 veloce
Per il freddo, caldo e dolore
sottili assoni con terminazioni “nude”
 lento
• La capacità di percepire dettagli fini varia
enormemente nelle diverse parti del corpo ed
è massimamente sviluppata sulla punta delle
dita e sulle labbra.
• I tatto non è un senso passivo che risponde
solo a ciò che riceve. Esso è anche coinvolto
nel controllo attivo del movimento.
• Il dialogo incrociato tra i sistemi
somatosensitivo e motorio inizia a livello del
midollo spinale, con l‛invio di un segnale
propriocettivo (capacità di percepire la
posizione del corpo nello spazio e lo stato di
contrazione dei muscoli),di ritorno ai
motoneuroni, e prosegue a tutti i successivi
livelli del sistema somatosensitivo.
• La corteccia sensitiva primaria e quella
motoria primaria sono situate l‛una accanto
all‛altra a livello cerebrale.
Plasticità corticale
La rappresentazione corporea a livello della
corteccia somatosensoriale varia a seconda
della personale esperienza.
dolore
Sensazione spiacevole, varia da un individuo
all‛altro.
La sensazione non fornisce dati su natura della
causa.
Nocicettori.
nocicettori
Meccanismi genetici e biochimici non del tutto
conosciuti. Ne esistono diversi tipi, che rispondono
al calore (sopra i 46° C, acidità, al peperoncino,
etc.)
Fibre periferiche afferenti (al SNC) rispondono a
stimoli nocicettivi:
fibre Aδ : fibre mieliniche  localizzare il dolore
fibre C : fibre amieliniche  carattere emozionale
del dolore. Questa via proietta all’insula e al
cingolo anteriore.
insula
In ogni emisfero del cervello si
trova una parte denominata
il lobo dell'insula, porzione
della corteccia cerebrale che si
trova profondamente
all'interno della scissura di
Silvio tra il lobo temporale e
il lobo frontale.
corteccia cingolata anteriore (lobo
frontale)
funzioni del dolore ?
oppioidi endogeni
iperalgesia
Abbassamento della soglia e un aumento
dell‛intensità del dolore.
Aumento stimoli eccitatori e da una
depressione di quelli inibitori  dolore cronico.
Problema localizzato a livello dei recettori
sinaptici, trattamento clinico del tutto
inadeguato.
visione
Il globo oculare umano è costituito da una membrana biancastra
e resistente (la sclera) la cui parte anteriore trasparente, detta
cornea, permette il passaggio della luce e partecipa alla messa a
fuoco dell’immagine. I fotorecettori della retina trasducono
l’energia luminosa.
Coroide
Sclera
Corpo ciliare
Legamento
Cornea
Iride
Pupilla
Retina
Fovea (centro del
campo visivo)
Nervo ottico
Umore acqueo
Lenti
Arteria e vena
Umore
vitreo
Punto cieco
I fotocettori dell’occhio umano sono i coni e i
bastoncelli
– I coni (circa 6 milioni) vengono stimolati dalla luce
intensa e sono in grado di distinguere i colori (blu, verde,
rossa).
– I bastoncelli (circa 125 milioni) sono estremamente più
sensibili alla luce e ci consentono di vedere nella debole
luce notturna.
Corpo cellulare
Bastoncello
Cono
Terminazioni sinaptiche
Membrane discoidali
contenenti pigmenti visivi
Coni e bastoncelli assorbono la luce e inviano potenziali
d’azione al cervello attraverso le cellule gangliari retiniche in
cui assoni formano il nervo ottico..
Retina
Neuroni
Fotorecettori
Cono Bastoncello
Fibre
del nervo
ottico
Retina
Nervo ottico
Per la messa a fuoco delle immagini le lenti oculari
cambiano posizione o forma
•La messa a fuoco dipende dal cristallino: viene regolato da muscoli
che lo spostano (se è rigido) o che ne modificano la curvatura (se è
elastico).
Muscolo ciliare contratto
Coroide
Legamento allentato
Luce proveniente da un oggetto vicino (raggi
divergenti)
Visione da vicino (accomodamento)
Muscolo ciliare rilassato
Legamento contratto
Luce proveniente da un oggetto distante (raggi
paralleli)
Visione da lontano
Retina
Cristallino
COLLEGAMENTI
Le lenti artificiali o la chirurgia possono correggere
alcuni difetti della messa a fuoco
– Tre dei più comuni difetti della vista sono la miopia,
l’ipermetropia e l’astigmastismo.
– Le persone con miopia non mettono bene a fuoco
gli oggetti lontani, mentre vedono chiaramente gli
oggetti vicini: il globo oculare di un miope è più
lungo del normale.
– Nell’ipermetropia il globo oculare è più corto del
normale e la focalizzazione dell’immagine avviene
oltre la retina.
•Le lenti correttive fanno divergere leggermente i raggi
luminosi provenienti dagli oggetti lontani prima che essi
arrivino all’occhio.
Forma
normale
del globo
oculare
Cristallino
Lente
correttiva
divergente
Punto
focale
Punto
focale
Retina
Forma
normale
del globo
oculare
Punto
focale
Retina
Lente correttiva
convergente
Punto
focale
chiasma ottico
Il 50% delle fibre decussa.
visual cortex and visual awareness areas
I recettori sensoriali convertono l’energia degli
stimoli in potenziali d’azione
– Gli organi di senso contengono cellule recettrici, o
recettori sensoriali, specializzate nel captare gli
stimoli.
– La ricezione di uno stimolo consiste nella
conversione, da parte di una cellula recettrice, di un
tipo di segnale (lo stimolo) in un impulso elettrico
(trasduzione sensoriale).
Informazioni su movimento
• Area MT (o V5)
• I neuroni in questa area rispondono
selettivamente a particolari direzioni di
movimento, aumentando sistematicamente
ed accuratamente la loro attività quando
aumenta la percentuale di oggetti che si
spostano nella direzione preferenziale delle
cellule neuronali.
La recezione sensoriale
Nel cervello gli stimoli sensoriali diventano
sensazioni e poi percezioni
•Le percezioni vengono «costruite» dall’encefalo quando esso
analizza le sensazioni e le integra con altre informazioni,
formando un’interpretazione mentale o un’interpretazione
consapevole del dato sensoriale.
MOVIMENTO
Sembra facile!
acetilcolina
• Recettori nicotinici giunzione neuro muscolare.
• Recettori nicotinici SNC (sonno, stato di veglia, attenzione)
giunzione neuromuscolare
potenziale d‛azione di
motoneurone
rilascio neurotrasmettitore
potenziale d‛azione nella fibra
muscolare
1 neurone si congiunge
solo ad alcune fibre
muscolari
rilascio di ioni Ca2+
dai depositi intracellulari di
fibra muscolare
contrazione
midollo spinale e riflessi
controllo muscolare attraverso vie riflesse
riflessi di allontanamento per la protezione dal
contatto con oggetti appuntiti o incandescenti,
riflessi di stiramento per il mantenimento della
postura  riflesso rotuleo
• 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
circuiti spinali
Insieme di riflessi per organizzare i
comportamenti .
Esempio i movimenti automatici degli arti
durante il cammino o la corsa  coordinazione
dei motoneuroni
quali muscoli deve muovere per
compiere una data azione, di
quanto e in che ordine?
vertice della gerarchia: la corteccia motoria
aree premotorie
corteccia parietale
gangli della base
cervelletto
percorso senso-motorio discendente
Questo percorso controlla sia i muscoli degli organi interni (es.
cuore, stomaco, intestino, ecc.) sia i muscoli coinvolti nei
movimenti. Il percorso discendente inizia dai nervi localizzati
nel cervello i quali spediscono segnali elettrici al il midollo a
livelli specifici: qui poi i neuroni trasmettono gli impulsi a parti
specifiche del corpo.
riflessi spinali Il midollo spinale contiene anche parti di circuiti
neuronali che sono coinvolti nei riflessi spinali. Questi circuiti
coinvolgono i messaggi che sono stati ricevuti dai nostri organi
di senso, che sono arrivati al midollo spinale, e dal quale è
partita una risposta diretta ai muscoli senza necessariamente
che il cervello sia stato coinvolto con una decisione.
gangli della base
Aree interconnesse situate nella profondità
degli emisferi cerebrali cruciali per l‛avvio
del movimento (non è chiaro il meccanismo,
probabilmente filtrano un enorme numero
di informazioni).
Dopamina.
Per apprendimento motorio  scelta di
azioni che portano ad una gratificazione
Gangli della Base: nucleo caudato, putamen, globus pallidus, la pars reticulata e
quella compacta della substantia nigra ed il nucleo subtalamico.
lobo frontale
• Aree associative frontali (pensiero logico,
giudizio, astrazione, coscienza)
• Area di Broca (struttura logica del linguaggio)
(emisfero sinistro)
• Corteccia motoria primaria
• Area premotoria (neuroni specchio)
corteccia motoria
• L’area funzionale chiamata corteccia motoria ha
soprattutto la funzione di inviare comandi ai muscoli
scheletrici, fornendo risposte appropriate agli stimoli
sensoriali.
lobo parietale
• Corteccia somatoestetica (somatosensoriale)
• Interpretazione stimoli complessi (in caso di
danno: negligenza parietale)
• Area del Wernicke (comprensione del
linguaggio) (emisfero sinistro)
• Area percettiva del gusto.
cervelletto
• Ruolo centrale nel controllo, memoria e
coordinazione spazio-temporale dei
movimenti.
• Comportamenti
automatici.
danno al cervelletto
Movimenti poco coordinati,
Perdita di equilibrio,
Parola abburattata
Difficoltà cognitive
NB alcol ha un effetto sul cervelletto.
Funzioni cervelletto
l‛apprendimento motorio
l‛adattamento = aggiustamento, es temporizzazione
acquisizione di abilità motorie
meccanismo di apprendimento cellulare detto
depressione a lungo termine (LTD)
Che riduce la forza di alcune connessioni sinaptiche
(plasticità sinaptica)
codice di popolazione
Davanti alla corteccia motoria:
aree premotorie
Pianificazione delle azioni
Elaborazione dei processi che stabiliscono una
connessione tra l‛osservazione di un movimento e
la comprensione di un gesto.
Preparazione dei circuiti spinali
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
•
codice di popolazione
nella corteccia parietale numerose aree per la
rappresentazione spaziale del corpo e degli
stimoli visivi e uditivi provenienti dall'ambiente.
Danni a queste aree (esempio per ictus) portano
alla negligenza parietale, i pazienti non vedono
gli oggetti posti da un lato (spesso sx)
e a volte ignorano la parte sinistra del proprio
corpo.
sviluppo
dislessia
Lettura:
Riconoscere i grafemi nel giusto ordine
(ortografia)
Lettura:
Sistemare i fonemi nell’ordine corretto.
• Controllo visivo dell’oculomozione: neuroni di
grande dimensioni:
SISTEMA MAGNOCELLULARE
Questo sistema è parzialmente inefficiente nei
dislessici
• Grandi neuroni del sistema uditivo
permettono la distinzione dei fonemi.
• Questi neuroni non si sviluppano nei dislessici.
• Anche le difficoltà di scrittura (disgrafia)
hanno una loro base neuronale (ad esempio
comunicazione tra sistema magnocellulare e
cervelletto).
Plasticità sinaptica
• LTP potenziamento a lungo termine
• LTD depressione a lungo termine
“se non lo usi lo perdi”
“modello evolutivo”
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.
memoria molecolare
• Il Glutammato è rilasciato dalle terminazioni
sinaptiche, attraversa lo spazio sinaptico e si
lega ai diversi tipi di recettori del glutammato;
AMPA, NMDA, kainato (ionotropi) e mGLUR
(metabotropo).
• I recettori NMDA: macchine molecolari per
dare il via alla plasticità ed all’apprendimento:
Il trasmettitore viene rilasciato sia durante
l‛attività basale che nell‛induzione di LTP. Il sito
dove gli ioni Mg++ bloccano il canale degli ioni
Ca++ è all‛interno della membrana cellulare e
viene spiazzato da un‛intensa
depolarizzazione. Questo accade quando i
neuroni debbono cambiare le loro connessioni
con altri neuroni. LTP può venire espresso sia
come un grande numero di recettori AMPA sia
come recettori AMPA più efficienti .
Glutammato
principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso centrale
• L’attività eccitatoria dei neuroni del cervello e del midollo viene
regolata dai diversi tipi di recettori del glutammato:
- i recettori ionotropi (recettori-canale)
- i recettori metabotropi (controllano canali ionici attraverso secondi messaggeri)
Recettori ionotropi del glutammato
• Tre tipi:
AMPA (Na+, K+)
NMDA (Na+, K+, Ca2+)
kainato (Na+, K+)
• proteine formate da 4 o 5
subunità (2a, b, g, d)
•• attivato
da 2del
molecole
l’apertura
recettorediNMDA
glutammato
è potenziata dalla glicina.
• il Mg2+ blocca il canale
NMDA a riposo
Sinapsi_4
84
I meccanismi alla base del potenziamento a lungo termine (LTP, plasticità
sinaptica)
• il glutammato si lega ai recettori AMPA
e NMDA.
• l’NMDA a riposo è bloccato dal Mg2+
• ripetute depolarizzazioni della m.
postsinaptica rimuovono il blocco del
Mg2+, permettendo al Ca2+ di entrare nel
bottone sinaptico.
• il Ca2+ attiva delle proteine chinasi che
inducono modificazioni locali che portano
ad un aumento degli effetti del
glutammato (ad esempio AMPA più
numerosi o efficienti).
LTP
Formazione di spine
dendritiche durante la long-termpotentiation (LTP)
• effetto potenziante a feedback positivo
che induce plasticità sinaptica
(alterazione funzionale pre- e postsinaptica delle sinapsi)
• l’effetto può essere a lungo (LTP) o85 a
breve termine (STP)
plasticità sinaptica e memoria
Esercitare il cervello!
Quando le memorie diventano più permanenti, avvengono dei
cambiamenti strutturali. Le sinapsi cambiano forma o
dimensioni, nuove sinapsi possono comparire.
morire.
La materia di cui il nostro cervello è composto si modifica in
Ai cervelli piace esercitarsi come ai nostri muscoli!
malattie
• Alterazioni delle funzioni fisiologiche
nell’encefalo possono causare:
– disturbi neurologici
malattia di Alzheimer, morbo di Parkinson, epilessia,
ictus
– disturbi psicologici
schizofrenia, depressione, autismo
– 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.
morbo di Parkinson
disturbo del movimento
come se il filtro selettivo dei gangli della base fosse
bloccato.
degenerazione dei neuroni della substantia nigra
che rilascia dopamina a livello dei gangli della base
Terapia farmacologia con L-Dopa
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
patologie
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
patologie
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).
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.
patologie
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.
• 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 inibisce il riassorbimento sia della serotonina che della
noradrenalina (duloxetina).
140
Prescrizioni (milioni)
120
100
80
60
40
20
0
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Anno
Sintomi principali dell’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