Olfatto, ippocampo e sistema limbico II anno - canale B A. Vercelli SISTEMA LIMBICO Il sistema limbico • allocort eccia • circuito ippocampo-fornice-corpo mammillare-fascio mammillotal amico (di Vicq d’Azir)-nuclei ant eriori del talam ocingolo-ippocampo • giro del cingolo (neocorteccia) • corteccia ol fattiva e ippocam po (e nucl ei caudato e ant eriori del talam o) • corteccia associativa frontal e (e nuclei mediodors ali del talamo) Papez 1937: ID/cervello viscerale • • • • ipotalamo nuclei talamici anteriori cingolo ippocampo Funzioni del sistema limbico • • • • • cervello visceral e substrato del comportamento emozi onale personalitàà personalit motivazi oni memoria 1 Principali componenti della corteccia limbica Sistema limbico Un gru pp o di varie regioni corticali e sottocorticali interconnes se localizzate soprattutto nelle aree mediali e ventrali ventrali.. Le strutture limbiche ha n no origini evolutive antiche antiche.. In gran parte dei mammiferi (eccetto primati e cetacei cetacei)) il sistema limbico è la parte pi più ù estesa del cervello cervello.. Giro del cingolo, cingolo, paraippocamp ale, ale , uncus uncus,, giri mediali orbitofrontali poli temporali temporali,, insula anteriore anteriore,, formazione ippoca mpale Forme antiche di corteccia conosciute come archicortex,, paleocortex & mesocortex archicortex Allocorteccia • archicorteccia: archicorteccia: ippocampo e subiculum • paleocorteccia paleocorteccia:: corteccia olfattiva • periarchicorteccia periarchicorteccia:: area entorinale entorinale,, regione retrospleniale e cingolo • nell nell’’uomo è circa il 4% della corteccia totale; nel fornice ci sono 2,7 x 106 fibre Sistema olfattivo 2 Recettori olfattivi Sistema olfattivo Il sistema olfattivo dei mam miferi inferiori è molto esteso esteso.. Nei primati e nell nell’’uomo è relativamente ridotto (olfatto poco s vilup pato), pato), pur pote nd o avere un impatt o significativo s ul comporta mento. mento. La corteccia olfattiva primaria è unica tra i sistemi sensitivi in qua nto riceve afferenze dirette da neuroni sen sitivi second ari senza un rel reléé talamico intermedio intermedio.. Proietta alla corteccia orbitofrontale che costituisce l ’area in cui si verificano i processi superiori degli input olfattivi olfattivi.. Altre aree cerebrali che ricevono input olfat tivi dalla cort cort.. olf olf.. includono amigdala,, corteccia entorinale e nucleo mediodorsale del talamo amigdala talamo.. La corteccia entorinale è anche coinvolta nella memoria (gli odori evocano memorie vivide – Proust: La Rec herche). herche ). Bulbo olfattivo • è suddiviso in lamine (glomerul are, mitrale e granul are) • nella lamina glomerulare sinapsi tra filuzzi del n. olfattivo e cellule mitrali • gli assoni delle cellule mitrali attraverso il tratto olfattivo proiett ano ai cent ri olfattivi primari • neuroni peptidergi ci • plasticità e neurogenesi • si trovano nell’ nell’ epitelio nasal e • proiettano ai glomeruli ol fattivi del bulbo olfattivo • due gruppi: generalisti (ad ampio spettro) e speci alisti (per es empio feromoni feromoni)) • concetto di molecular receptive range range:: spettro di odori a cui un recettore può rispondere • topografi a grossol ana nella proiezione al bulbo olfattivo (strisce anteroposteriori di recettori proiettano allo stesso glomerulo) I glomeruli olfattivi • sono unità funzionali deputate al processamento di informazioni odorose specifiche • sono regioni sferoidali composte da neuropilo: assoni preterminali e bottoni terminali di assoni delle cellule olfattive, ciuffi dendritici delle cellule mitrali, delle cellule a ciuffo e delle cellule periglomerulari (100-200 µm di diametro) • sinapsi dendrodendritiche tra cellule mitrali, a ciuffo e periglomerulari Strato delle fibre del nervo olfattivo: assoni amielinici dei recettori olfattivi (in continuo rimodellamento per la neogenesi nell’ nell’epitelio olfattivo) 3 Strato glomerulare glomerulare:: glomeruli sinaptici (sina p si degli assoni olfattivi con i den driti delle cellule mitrali, delle cellule a ciuffo, delle cellule periglomerulari periglomerulari)) Cellule periglomerulari periglomerulari:: dendriti corti, ramificati all’ all ’interno del glomerulo; asso ni fuori dai glomeruli; alcune do pami nergiche, nergiche , altre a GABA) Strato molecolare e dei granuli esterni (plessiforme ( plessiforme esterno): dendriti delle cellule mitrali e delle cellule a ciuffo (in profondità profondit à anche corpi cellulari di cellule mitrali) Strato delle cellule mitrali: corpi cellulari delle cellule mitrali (assone (assone in profondità profondit à): assoni via efferente (eccitatorie (eccitatorie:: glutamato e aspartato aspartato)) corpi cellulari delle cellule a ciuffo più più in superficie (tipi diversi, alcune intrinseche ed altre a proiezione) Strato dei granuli interni: i granuli mancano dell’ dell’ assone assone,, i loro dendriti si distribuiscono in profonditàà diverse degli strati del bulbo (a seconda che si tratti profondit di granuli superficiali, intermedi e profondi) Sono cellule inibitorie (GABA), neuroni intrinseci al bulbo Bulbo olfattivo: connessioni Tratto olfattivo • Tratto olfattivo e poi stria ol fattiva laterale per la sostanza perforat a anteriore, la regione prepi ri form e e la regione periamigdaloidea • la stria olfattiva medi ale conti ene fibre dall a corteccia ol fattiva al bulbo • il tratto olfattivo è diviso in una stria olfattiva mediale e una laterale, che delimitano il tubercolo olfattivo o sostanza perforata anteriore (delimitato posteriormente dalla banda diagonale di Broca) • assoni efferenti da cell. mitrali e a ciuffi (al bulbo olfattivo) • assoni afferenti dal bulbo e dal nucleo olfattivo anteriore (raggruppamento di cellule all’ estremità posteriore del bulbo); dal rafe e dal locus coeruleus 4 Sostanza perforata anteriore • Dietro al trigono olfattivo e alle strie olfattive (tra chiasma ottico e tratto ottico medialmente e uncus posteriormente); medialmente si continua nel tuber cinereum e nel giro preterminale; lateralmente corteccia prepiriforme; indietro area periamigdaloidea; in alto striato e claustro • La parte superiore, verso lo striato, è costituita da un raggruppamento di nuclei, la sostanza innominata, tra cui il nucleo basale di Meynert) • Anteriormente tubercolo olfattivo (molto ridotto nell’ uomo) Sostanza perforata anteriore • ingresso di vasi • strato superfici ale di cellule piramidali (lamina piramidal e) • lamina multiforme internam ente Proencefalo basale o sostanza innominata • masserella di sostanza grigia disposta ventralmente al nucleo lentiforme che si estende sino all’ amigdala; la sua parte rostrale si trova sotto la sostanza perforata anteriore • riceve afferenze dalla corteccia limbica, dall’ ipotalamo, dall’ area del setto, ma è connesso soprattutto con i gangli della base • neuroni colinergici (ad Ach), riuniti sotto il nome di nucleo basale di Meynert, proiettano a tutta la corteccia cerebrale, all’ ippocampo e all’ amigdala; questi neuroni vengono persi nella malattia di Alzheimer Paleocorteccia • costituisce il rinencefalo insieme al bulbo e al tratto olfattivo in corrispondenza dell a base cerebrale e della facci a medial e del lobo temporal e • giro ambiens (cort eccia prepiri forme), giro semilunare (cortecci a peri amigdaloidea), uncus (con la benderell a di Giacomini), giro paraippocampal e e corteccia entorinale Corteccia olfattiva • Tutte le aree che ricevono proi ezioni ol fattive: corteccia piri forme (alcuni la chi amano prepiri form e), nucleo ol fattivo anteriore, tubercolo ol fattivo, cortecci a entorinale e dell’insula, nuclei speci fi ci dell’amigdala • CORTECCIA PIRIFORME: tre strati (superfici ale plessi forme, superfici ale compatto e profondo a cellule spars e) 5 Corteccia olfattiva: connessioni • • • • • fibre per la cort eccia entorinal e amigdala ipotalamo talamo abenul a Corteccia entorinale • Area 28; parte più posteriore della corteccia piriforme; affiancata dalla corteccia peririnale (aree 35 e 36) • Corteccia a sei strati • P arti laterali ricevono da bulbo olfattivo, corteccia piriforme e periamigdaloidea; fibre per il giro dentato e il corno d’Ammone e il lobo frontale (attraverso il fascicolo uncinato alla corteccia orbitofrontale posterolaterale e posterocentrale) Formazione ippocampale e giro paraippocampale In sezioni coronali la formazione ipp ocamp ale ha un a forma a “S” che ha ispirato il suo nome di “ip pocam po” po” (cavall uccio marino marino,, che ha una cod a a “S”). La formazione ipp ocamp ale ha 3 compo nenti princip ali: ali : giro dentato dentato,, ippocam po e su biculu m. m. Il giro paraippoca mpale inclu de diverse aree corticali con connessio ni alla formazione ippocam pale: pale : un a delle pi più ù importa nti è la corteccia entorinale entorinale.. La corteccia entorinale è la principale area di rel reléé tra corteccia associativa e la formazione ippocamp ale. ale . Archicorteccia:: ippocampo Archicorteccia • Fino all’estremità inferiore del corpo calloso: indusium griseum (circumvoluzione sopracallosa, straterello sottile di sostanza grigia che riveste la faccia superiore del corpo calloso) • ai lati stria longitudinale laterale e mediale (di Lancisi) • sulla faccia dorsale dell’ippocampo: fimbria (fascio di fibre) che inferiormente raggiunge il corpo mammillare formando il fornice La formazione ipp ocamp ale consiste di u na corteccia primitiva a 3 strati (archicorteccia archicorteccia). ). Si trova vicino alla superficie mediale del lobo temporale appen a caud ale all’’amigdala all amigdala.. 6 La formazione ipp ocamp ale è pi più ù ampia anteriormente (tes ta) ta) e curva caudalme nte lung o il pavimento del corno temp orale del ventricolo laterale.. laterale La coda della formazione ipp ocam pale si perde e termina sotto l ’estremit estremitàà ventrale dello splenio del corpo calloso calloso.. Ippocampo: corno di Ammone (CA) • tre-quattro parti (cam pi): CA1, CA2, CA3 e CA4 a seconda dell a posizione e del numero di cellul e piramidali • CA4 è circondato dal giro dentato (fasci a dentat a), ricco di cellule granulari, separato per mezzo del solco dell’ippocam po dal giro paraippocampal e e per mezzo del solco fimbriodent ato dalla fimbri a dell’ippocampo • tra corno di Ammone e cort eccia entorinal e si trova il subiculum Struttura del corno di Ammone Ammone:: 1. strato granulare (piramidale) 2. Strato molecolare 3. Strato polimorfo Struttura del corno di Ammone Ammone:: cellule piramidali e fibre dell’’ alveus dell Stratificazione del corno d’Ammone • ependim a • alveo (assoni ( assoni delle cellule piramidali di subiculum e ippocampo che vanno alla fimbri a del forni ce) • strato oriens (dendriti basali delle cell cell.. pir pir.) .) • strato piramidale • strato lucido (in cui le fibre muscoidi contatt ano la parte prossimale dei dendriti delle cell cell. pir.) • strato radi ato e lacunoso molecol are Circuiti intrinseci dell’’ippocampo dell • Apparente progressione unidirezionale dell’’attivazione sinaptica dell • punto di ingresso è il giro dentato che riceve le proiezioni della via perforante dalla corteccia entorinale:: spine dendritiche dei granuli entorinale • I granuli del dentato proiettano mediante le fibre muscoidi ai dendriti delle cellule piramidali di CA3 • Q ueste attraverso le fibre di Shaff er proiettano allo strato radiato del campo CA1 • CA1 invia al subiculum che proietta alla corteccia entorinale 7 Anatomia chimica Giallo: neuroni piramidali del CA (i cui assoni decorrono nell’ nell’alveo e nella fimbria)) fimbria Viola: fibre afferenti dalla fimbria (dalla corteccia entorinale entorinale)) Blu: fascio perforante Nero: cell canestri Rosso: neuroni del giro dentato i cui assonicostituiscono assoni costituiscono le fibre muscoidi (vanno a CA3CA3-4, ricche di zinco) Verde: fibre del subiculum (seguono l’alveo) Ippocampo: connessioni • AFFERENZE: dalla regione entorinale (olfattive), dal cingolo e dal fornice (nuclei del setto); monoaminergiche, colinergiche, GABAergiche, peptidergiche. • EFFERENZE: fornice (dal subiculum, 1,2 milioni di fibre) per ipotalamo e corpo mammillare, nucleo accumbens, nuclei talamici anteriori I meccanismi attravers o i quali le strutture temporali mediali induco no immagazziname nto, nto, cons olidame nto e richiamo delle memorie nella corteccia associativa no n son o ben con osciuti. osciuti . Le afferenze colinergiche alla formazione ippocam pale potreb bero mod ulare l ’eccitabilit eccitabilitàà dei neuroni e la plasticit plasticitàà sinaptica sinaptica.. • Fibre afferenti monoaminergiche monoaminergiche,, colinergiche e GAB Aergiche • Glutamato e aspartato nella via perf orante (da corteccia entorinale a giro dentato), nelle f ibre muscoidi (dai granuli del giro dentato ai neuroni piramidali del campo CA3) e nelle collaterali di Shaff er (da piramidali di CA3 a piramidali di CA1) • Cellule GAB Aergiche • Neuroni contenenti peptidi peptidi:: dinorfina (granuli del giro dentato), plesso di fibre a somatostatina (strato molecolare del giro dentato e strato lacunoso lacunoso-molecolare dell dell’’ippocampo), cellule a somatostatina (nello strato polimorfo del giro dentato, nello stratum oriens del corno di Ammone e negli strati profondi della corteccia entorinale entorinale), ), altre a NPY, a VIP Circuiti della formazione ippocampale Imp ortanza nella memoria memoria.. In put s dalla corteccia associativa frontale frontale,, parietale parietale,, occipitale e temporale (input sensitivi sensitivi), ), cos cosìì come dal setto e dal proencefalo bas ale. ale . Le principali efferenze ritornano alle aree corticali e anche al setto e ai mammillari.. mammillari Le afferenze contengon o informazio ni su periori da modalit modalitàà sen sorimotorie, sorimotorie , processa te poi da strut ture del lobo temporale per il deposito della memoria memoria.. Il deposit o della memoria ritorna alla corteccia associativa non al lobo tem porale mediale.. mediale Una efferenza imp ortante va d al subic ulum alla corteccia entorinale e alla corteccia associativa.. associativa Il Fornice e le vie Mediali Diencefaliche della Memoria Il fornice segue la forma dei ventricoli laterali laterali.. Gli assoni che viaggiano ros tralmente nel fornice han no tre bersagli principali:: principali nuclei mammillari nuclei settali nucleo anteriore del talamo Gli assoni che viaggiano ca udalme nte nel fornice originano nel setto e nel prosencefalo bas ale e proiettano alla formazione ippocam pale. pale . 8 Riassunto delle connessioni della formazione ippocampale I siste mi del lobo tempor ale m ediale d ella m emo ria co munic ano con la cort ec cia a sso ciati va attr av er so conne s sioni bidirezionali via cort ec cia ento rinale. I siste mi medi ali diencef alici della m e moria comunic ano con i sist emi tempo rali m ediali della m emo ria at tr av er so dive rs e vie : Il fornice connett e la for ma zione ippoca mpal e att ra ve rso i corpi m am millari e i nuclei del s etto e anch e attr av er so il nucleo ante rior e del tala mo, dirett a m. o indirettam ent e att ra ve rso il tra tto m am millotala mico. Il nucleo mediodors ale del t ala mo, la lamina midollare interna e i nuclei della linea m edian a del tala mo se mbr ano anch’ es si coinvolti nella m emo ria. Sono connes si alle s truttu re del lobo tempo ral e m ediale e all’insula. Visione inferiore dell’’encefalo: dell 1. Fornice 3. Crus del fornice 4. Fimbria del fornice 6. Ippocampo 9. Corpo mammillare 14. Circonvoluzione paraippocampale Capsula interna Preparato che mette in evidenza i ventricoli laterali e, a destra, la capsula esterna e il nucleo lenticolare Il giro del cingolo e le sue connessioni CORTECCIA PRELIMBICA: area 32 Nuclei grigi telen cefalici (gangli della base) CORTECCIA INFRALIMBICA: area 25 CORTECCIA CINGOLATA ANTERIORE: area 23 e 24 CORTECCIA CINGOLATA POSTERIORE O RETROSPLENIALE: area 29 9 La formazione ippocampale e altre strutture correlate alla memoria Due r egioni del cer v ello sono fondament ali per il consolida mento e il richia mo della m e moria: moria: 1. Le ar ee medi ali del lobo temporal e tr a cui la for mazione ippoc amp ale e il giro paraippoca mp ale adia c ente. ente. 2. Le ar ee dien ce falich e m ediali della m emo ria tr a cui il nucleo tala mico mediodor sal e, e, il nucleo talami co ante rior e e la la mina midolla re interna,, i corpi m a mmilla ri e altri nuclei dien cef alici vicino alla interna pare te del 3 o v entri colo. colo . Una t erz a co mponent e import ante è costituit a dalla so stan za bian ca ch e connett e le due r egioni prima de sc ritte. ritte. Anch e il prosenc ef alo bas ale (nucl eo bas ale) ale) può s volger e import anti funzioni nella memo ria, ria, sp eci almen te con le proi ezioni colinergich e che vengono danneggi ate nell a m alattida di Alzheim e r. Tipi di memoria • di lavoro (tipo la RAM) probabilmente corticale • a lungo termine o dichiarativa (classi ca forma di memoria): l’ l’ippocampo è necessario per mettere le tracce mnesti che al posto giusto (paziente H.M.) • procedural e (giocare a tennis, suonare, fare un puzzl e): cervelletto Crisi ed epilessia Patologie dell’ dell’ippocampo • ischemia • Al zheimer • epilessia AMI GDALA • situata nella parte mediale del lobo temporale, in profondità profondità all all’’uncus • è la parte filogeneticamen te pi più ù antica dello striato (archistriato (archistriato)) • fa parte dei sistemi olfattivo e limbico ed è coinvolta in attività attività cognitive ed emozionali • implicata in condizionamento, motivazi one, arousal arousal,, comportamen to di difesa o aggressione (ratti killer) e ipersessualitàà ipersessualit La cri si è un episodio di sca rica sincronizz at a e ad alt a fr equenz a di neuroni nel ce rv ello, ello , cui conseguono un compo rta m ento o delle esp erienz e ano rm ali dell dell’’ individuo individuo.. L ’ epilessi a è una patologia in cui si v erific a una tend enza ad av er e crisi ri cor renti s enza cau sa appar ent e. e. Una s c aric a è sinto mo di una funzionalit funzionalità à ce reb ral e anor m ale ch e si può ve rifica re in pazi enti affe tti da epiles sia o in altr e situazioni situazioni.. Crisi pos sono es s er e sc at enat e in individui normali da condizioni com e squilibrio elettrolitico elettrolitico,, a stinenz a dall dall’’ alcol alcol,, te rapia con elett roshoc k, k, ed e sposizione a tossin e. e. Cau se comuni di sc arich e includono il trauma cr anico, anico , l ’ infarto c er ebr ale, ale, l ’ emor ragia ce reb ral e, e, le malfo rm azioni va scol ari, ari , le tro mbosi venos e c er ebr ali, ali , l ’ anossia anossia,, i tumori tumori,, l ’ ipoglicemia ipoglicemia,, l ’ espo sizione a tossin e, e, l ’ astinenz a da droghe o da alcol alcol.. La ter apia medic a può controlla re le sc arich e in circ a il 70 % dei c asi. asi . L ’ epilessi a può es se re c aus at a da ano malie g enetich e, e, st ruttur ali o met aboliche. aboliche. Circ a l’ l ’ 1% d ella popolazione soff re di epile ssia AMI GDALA • è costituita da diversi gruppi di nuclei • gruppo corticomediale filogeneticamente più pi ù antico connesso con la corteccia olfattiva • gruppo corticolaterale pi più ù recente connesso con la corteccia temporal e • i suoi neuroni accumulano estrogeni, androgeni e glicocorticoidi 10 Amigdala:: emozioni Amigdala emozioni,, motivazioni e altre funzioni Com plesso di nuclei nella parte anteriore del lobo temporale temporale,, a forma di mandorla 3 nuclei principali principali:: corticomediale corticomediale,, basolaterale e centrale centrale.. Nucleo ba solaterale – il pi più ù grande grande,, connes sioni dirette e indirette con molte aree corticali,, prosencefalo ba sale e talamo mediale corticali mediale.. Nucleo corticomediale – connes so al sistema olfattivo e all all’’ipotalam o - funzione in olfatto e motivazioni motivazioni.. Nucleo centrale – il pi più ù piccolo, connes so a ipotalamo e a tronco tronco;; fu nzione nel controllo auto nomo. nomo. L’amigd ala è molto importante nelle emozioni e nelle motivazioni motivazioni.. Ha connes sioni estese con altre aree del sistema limbico ed è coinvolta anche nella memoria memoria,, olfatto e omeostasi omeostasi.. Connessioni subcorticali dell dell’’amigdala Connessioni olfattive dell’ ell ’amigdala Connessioni corticali dell’ ell ’amigdala Emozioni e motivazione so no mediate dall dall’’interazio ne tra molte aree encefaliche tra cui la corteccia associativa associativa,, limbica limbica,, amigdala amigdala,, area del setto setto,, striato ventrale ventrale,, ipotalamo ipotalamo,, e vie del sistema auto nomo del tronco tronco.. L’amigd ala è molto importante per l ’as segnazio ne di significati emotionali a diversi stimoli percepiti dalla corteccia associativa associativa.. Negli animali in cui entrambe le amigdale sono st ate asp ortate il comportament o è molto placido e non aggressivo aggressivo.. Crisi epilettiche che coinvolgono l ’amig dala caus ano forti sen sazioni di pa ura e panico panico.. L’area del setto invece avrebbe un ru olo nelle sensazioni di piacere piacere.. Le connes sioni tra amigdala amigdala,, ipotala mo e centri autono mi del tronco mediano i cambiamenti nella frequenza cardiaca cardiaca,, peristal si GI, secrezione gastrica gastrica,, erezione pilifera pilifera,, sudorazione e altre risposte fisiche alle emozioni emozioni.. Fascicolo mediale del proencefalo Via multisin aptica dalle regioni del setto e dall dall’’amigdala attraver so l ’ipotalamo laterale e verso il tronco tronco.. Via bidirezionale che connette str utture limbiche all all’’ipotala mo e ai centri auto nomi del tronco tronco.. Con nes sioni tra corteccia limbica limbica,, amigdala e ipotalamo sono importanti nell nell’’attivit attivitàà del sistema ne uroen docrino che si os serva negli stati emozionali emozionali.. Per es es., ., persone depresse so no pi più ù s uscetti bili alle infezioni;; questo pu ò essere un effetto del cervello sul sistema immu nitario. infezioni nitario. Gran parte delle connes sioni dell dell’’amigd ala son o reciproche reciproche.. L’amigd ala riceve afferenze e proietta a diverse regioni della corteccia associativa e limbica attraverso d ue vie: 1. Proiezioni posteriori e laterali dall dall’’amigdala verso aree corticali corticali.. 2. Fascicolo uncinat o verso l ’avanti alla corteccia orbitofrontale e del cingolo cingolo.. L’amigd ala ha anc he conne ssioni reciproche con l ’ipp ocam po. po. Si ritiene che la via sia coinvolta negli aspetti emozionali della memoria memoria.. AMI GDALA • Riceve dal bulbo olfattivo, dalla corteccia prepiriforme (olfattiva) e dalle vie della sensibilitàà (attravers o la formazione sensibilit reti colare) • Invia a ipotalamo, corteccia cerebrale (cingolo, temporale, insula insula)) e agli altri nuclei della base 11 Area del setto • Poco sviluppata nell’ nell’uomo e nei primati • Vicino alla commessura anteriore (pareti mediali degli emisferi cereb rali) • Almeno quattro gruppi di nuclei (dorsale, ventral e, mediale e caudale) • Connessioni per ora conosciute soprattutto nei roditori, comunque con il sistema ippocampale 12