Fondamenti di Neuroanatomia

Corso di Fondamenti Anatomo Psicofisiologici

• Il corso si intitola "Fondamenti Anatomo Psicofisiologici" e si concentra sull'introduzione alle neuroscienze cognitive.
• Il docente è il Prof. Guglielmo Puglisi, dell'Università degli studi di Milano.

Programma

• Il programma esplora le basi biologiche del comportamento, l'organizzazione del sistema nervoso centrale, le cellule gliali e i neuroni.
• Vengono analizzate la membrana cellulare, i canali ionici, il potenziale di riposo, le correnti elettrotoniche, il potenziale d'azione, le sinapsi elettriche e chimiche, i neurotrasmettitori, la sinapsi neuromuscolare, i recettori sensoriali.
• Il programma copre inoltre i riflessi del midollo spinale, le vie ascendenti della sensibilità somatica, le cortecce somatosensoriali, la percezione tattile, la vista (occhio e retina), la percezione visiva, la funzione uditiva, il controllo motorio corticale, il cervelletto (funzioni motorie e cognitive), i gangli della base, la formazione reticolare, il sonno, gli stati di coscienza, il sistema nervoso autonomo, l'ipotalamo, la connettomica, il linguaggio, l'attenzione, le emozioni e la motivazione.
• È incluso anche lo studio della neuroplasticità.

Metodi Didattici

• Le lezioni saranno frontali e il materiale didattico (articoli e slide) sarà disponibile online.

Testi di Riferimento

• Bear M., Connor B., Paradiso M. (2016). Neuroscienze: Esplorando il cervello. Quarta Edizione. Edra.

Descrizione Neurofisiologica di un Semplice Processo

• Il processo inizia con la trasmissione di un potenziale d'azione lungo i neuroni piramidali, che si propaga fino alla giunzione neuromuscolare.
• Il rilascio di acetilcolina nelle vescicole sinaptiche attiva i recettori nicotinici sulla fibra muscolare, generando un potenziale di placca.
• Questo potenziale attiva i recettori diidropiridinici e quelli rianodinici, liberando calcio dal reticolo sarcoplasmatico.
• Il calcio lega la troponina, permettendo l'interazione tra actina e miosina, e causando l'attivazione dell'eminenza tenar.

Origini delle Neuroscienze

• L'interesse per il cervello è risalente alla preistoria, come testimoniano le operazioni chirurgiche preistoriche sul cranio umano.
• Gli antichi egizi consideravano il cuore la sede dell'anima.

Concezione del Cervello nell'Antica Grecia

• Aristotele credeva che il cuore fosse il centro del pensiero, mentre il cervello solo un sistema di raffreddamento del sangue.
• Ippocrate, invece, identificò il cervello come sede della sensazione e dell'intelligenza, (prime dissezioni).

Sviluppi durante l'Impero Romano

• Galeno, figura chiave della medicina romana, basò le sue teorie sulla dissezione e l'osservazione clinica.
• Considerava i ventricoli e i fluidi vitali come una macchina idraulica.
• Le sue idee ebbero un'influenza duratura per circa 1500 anni.

Dal Rinascimento all'Ottocento

• Andrea Vesalio migliorò la comprensione anatomica.
• Cartesio formulò una teoria del corpo fluido meccanico, distinguendo mente/anima e corpo/comportamento animale.
• L'epifisi/ghiandola pineale fu considerata un'interfaccia tra mente e corpo.

Sistema Nervoso Centrale e Periferico

• L'anatomia del sistema nervoso centrale (cervello e midollo spinale), il sistema nervoso periferico e la distinzione tra i due sistemi.
• Sono identificati i lobi dell'encefalo (frontale, parietale, temporale, occipitale), il cervelletto e il tronco encefalico.
• I processi neuroanatomici con l'analisi della struttura e funzione.

Il Cervello come Macchina Elettrica

• Benjamin Franklin, nel 1751, studiò l'elettricità.
• Luigi Galvani dimostrò che gli impulsi elettrici potevano attivare le fibre muscolari.

Dai Nervi alla Corteccia

• Jean Pierre Florens sviluppò il metodo di ablazione sperimentale negli uccelli per studiare il ruolo del cervelletto nei movimenti.
• La frenologia di Gall collegava i tratti comportamentali alle dimensioni delle parti del cranio.
• Florens studiò la diffusione delle funzioni cerebrali.

La Nascita della Neuropsicologia

• Paul Broca scoprì l'area del linguaggio nel cervello, contribuendo alla teoria localizzazionista.

Livelli di analisi in neuroscienze

• Il livello molecolare e cellulare studia i neuroni e le sinapsi.
• Il livello di sistema analizza i circuiti neurali complessi.
• Il livello comportamentale e cognitivo studia comportamenti e processi mentali.

L'Assone

• È il canale per la trasmissione di informazioni nel neurone.
• Può variare da 1 mm a 1 metro di lunghezza.
• Ha un diametro compreso fra 1 e 25 micrometri.
• Il diametro maggiore corrisponde a una più alta velocità di conduzione dell'informazione.

Il Trasporto Assoplasmatico

• Il trasporto anterogrado trasporta verso le terminazioni sinaptiche materiali utili alla loro funzione (neurotrasmettitori, enzimi, mitocondri).
• Il trasporto retrogrado trasporta materiali da degradare o segnali molecolari dal citoplasma alle terminazioni.
• Le proteine motrici kinesina e dineina sono importanti in questi processi, muovendosi rispettivamente lungo i microtubuli.

La Sinapsi

• La sinapsi è il punto di contatto fra due neuroni, dove avviene la comunicazione.
• Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche.
• Le sinapsi elettriche sono molto veloci, mentre le chimiche permettono una maggiore modulazione del segnale.
• Il segnale elettrico genera il rilascio di neurotrasmettitori.
• I neurotrasmettitori si legano ai recettori del neurone postsinaptico, generando un nuovo segnale elettrico.

I Dendriti

• Sono prolungamenti ramificati dei neuroni che ricevono segnali da altri neuroni attraverso le spine dendritiche.
• Hanno una forma, dimensione e quantità variabili, a seconda della loro funzione.
• Raccolgono informazioni da altre sinapsi e le trasmettono al corpo cellulare per l'elaborazione.

Tipi di Neuroni

• I neuroni sono classificati per numero di neuriti, lunghezza dell'assone, tipo di connessioni e tipo di dendriti.
• Vengono distinti neuroni unipolari, bipolari e multipolari.
• Neuroni di Golgi tipo I/II a seconda della lunghezza dell'assone
• Neuroni sensoriali, motori e interneuroni si distinguono per le loro funzioni e connessioni.

La Glia

• Gli astrociti forniscono supporto strutturale e metabolico ai neuroni.
• Gli oligodendrociti formano la guaina mielinica nel SNC.
• Le cellule di Schwann formano la guaina mielinica nel SNP.
• La mielinizzazione aumenta la velocità di conduzione dell'impulso nervoso, isolando l'assone.
• Microglia sono cellule immunitarie che proteggono il SNC da agenti patogeni.

Raccolta, distribuzione, integrazione, comportamento

• Questo paragrafo descrive come le informazioni provengono dalla periferia e vengono elaborate a livello centrale (midollo spinale/cervello).
• Raccolta delle informazioni sensoriali, distribuzione con vie specifiche, integrazione a livello centrale, output comportamentale (es. riflesso).

La Membrana Neuronale

• La membrana è un doppio strato fosfolipidico che separa l'interno dall'esterno della cellula.
• Presenta proteine di membrana (membrana selettiva) che regolano il passaggio di ioni.
• Esistono distribuzioni ioniche asimmetriche, con citosol negativo e fluido extracellulare positivo.

Le Proteine di Membrana

• Proteine di membrana svolgono ruoli cruciali nel trasporto di ioni e molecole attraverso la membrana, comunicazione cellulare.
• Canali ionici sono selettivi per alcuni ioni come Na+, K+, Ca++, Cl-.
• Canali voltaggio-dipendenti si aprono in risposta a variazioni di voltaggio.
• Canali ligando-dipendenti si aprono quando raggiungono un determinato ligando.
• Pompe ioniche, come la pompa Na+/K+, mantengono il potenziale di membrana.

Principi di diffusione e gradiente di concentrazione

• Ioni e molecole si muovono da zone ad alta concentrazione a zone a bassa concentrazione (diffusione).
• Il gradiente di concentrazione è la differenza di concentrazione tra due zone.
• I canali ionici permettono lo spostamento degli ioni attraverso la membrana.

Corrente elettrica (legge di Ohm)

• La corrente elettrica è la quantità di cariche elettriche che fluiscono.
• La corrente dipende dal potenziale elettrico (differenza di carica tra due punti) e dalla conduttanza (opposto della resistenza).

Potenziale di equilibrio e equazione di Nernst

• Un potenziale di equilibrio è un potenziale di membrana che bilancia il gradiente di concentrazione di uno ione.
• L'equazione di Nernst calcola il potenziale di equilibrio di un ione.

La differente distribuzione di ioni (Pompe ioniche)

• Le pompe ioniche sono responsabili del mantenimento dei gradienti ionici attraverso la membrana.
• La pompa sodio-potassio trasporta Na+ fuori e K+ dentro la cellula.
• La pompa del Ca++ trasporta Ca++ fuori dalla cellula.

Implicazioni cliniche del potenziale di membrana

• Alterazioni nei potenziali di membrana possono causare patologie neurologiche, come epilessia, schizofrenia, emicrania.
• Le conoscenze sul potenziale di membrana permettono la messa a punto di trattamenti terapeutici.

Potenziale d'azione

• Un potenziale d'azione è un rapido cambiamento del potenziale di membrana che viaggia lungo l'assone del neurone.
• Si verifica quando un neurone viene stimolato abbastanza da raggiungere un determinato valore di soglia, causando l'apertura di canali ionici sensibili al voltaggio.
• La depolarizzazione è causata dall'ingresso di Na+, la ripolarizzazione dall'uscita di K+.

La Depolarizzazione fa aprire i Canali Na+

• La depolarizzazione è un cambiamento del potenziale di membrana che determina l'apertura dei canali del sodio (Na+) voltaggio-dipendenti.
• I canali del sodio voltaggio-dipendenti hanno un sensore di voltaggio; quando la membrana è depolarizzata, questo sensore si apre e permette l'ingresso di ioni sodio.

Basi molecolari del potenziale d'azione

• Soglia di depolarizzazione per l'apertura dei canali del sodio voltaggio-dipendenti.
• Fase ascendente: depolarizzazione causata dall'ingresso rapido di ioni sodio.
• Fase discendente: ripolarizzazione causata dall'uscita di ioni potassio e dall'inattivazione dei canali del sodio.

Trasmissione del pda lungo l'assone

• La trasmissione del potenziale d'azione (pda) lungo l'assone è influenzata dal periodo refrattario, dalla conduzione ortodromica, dalla conduttanza e dal diametro dell'assone stesso.
• La conduzione saltatoria, nei neuroni mielinizzati, accelera la velocità della trasmissione, saltando fra i nodi di Ranvier.

L'origine del processo di depolarizzazione: La trasmissione sinaptica

• Le sinapsi sono i punti di connessione tra neuroni.
• Le sinapsi elettriche permettono la trasmissione diretta del segnale elettrico tramite giunzioni comunicanti.
• Le sinapsi chimiche utilizzano neurotrasmettitori, che vengono rilasciati nella fessura sinaptica e si legano ai recettori del neurone postsinaptico, innescando un nuovo segnale.

Sinapsi elettrica

• Le sinapsi elettriche sono formate da giunzioni comunicanti che permettono il passaggio diretto di ioni e piccole molecole tra le cellule.
• La trasmissione è bidirezionale e molto veloce.
• Le sinapsi elettriche sono importanti per la sincronizzazione dell'attività neuronale, come nel caso di fenomeni come i riflessi e il ritmo cardiaco.

Sinapsi chimiche

• Le sinapsi chimiche utilizzano i neurotrasmettitori per comunicare tra neuroni.
• I neurotrasmettitori sono rilasciati nella fessura sinaptica, dove si legano ai recettori postsinaptici, influenzando l'attività del neurone post-sinaptico.

La giunzione neuromuscolare

• La giunzione neuromuscolare è il contatto tra un neurone motorio e una fibra muscolare.
• Il neurone rilascia acetilcolina che attiva la contrazione muscolare nella fibra postsinaptica.

I Protagonisti della Sinapsi Chimica: i Neurotrasmettitori

• I neurotrasmettitori sono molecole che mediano la comunicazione fra neuroni, suddivisi in tre categorie principali: aminoacidi, amine e peptidi.
• I neuroni colinergici rilasciano acetilcolina, mentre quelli catecolaminergici rilasciano dopamina, noradrenalina e adrenalina.

Rilascio del Neurotrasmettitore

• L'ingresso del calcio nelle terminazioni sinaptiche causa il rilascio di neurotrasmettitori nelle fessure sinaptiche attraverso il processo di esocitosi.
• Attraverso l'endocitosi, le vescicole sinaptiche vengono riciclate e rifornite di neurotrasmettitori.

Recettori per Neurotrasmettitori

• I recettori per neurotrasmettitori sono proteine di membrana che legano i neurotrasmettitori.
• I canali ionici trasmettitori-dipendenti (ionotropici) aprono e chiudono i canali per permettere agli ioni di entrare o uscire dalla cellula.
• I recettori accoppiati alla proteina G (metabotropici) attivano una cascata di eventi intracellulari.

L'importanza del recupero dei Neurotrasmettitori

• L'eliminazione dei neurotrasmettitori dallo spazio sinaptico termina l'attività post-sinaptica.
• La ricaptazione o la degradazione dei neurotrasmettitori previene una loro eccessiva o continuata attivazione.

Sommazione dei Potenziali Postsinaptici Eccitatori (PPSE)

• La sommazione spaziale di PPSE si verifica quando più sinapsi eccitatorie si attivano simultaneamente.
• La sommazione temporale di PPSE si verifica quando la stessa sinapsi si attiva in rapida successione.

Costante di Spazio

• La costante di spazio (λ) indica quanto lontano un segnale elettrico può propagarsi lungo un assone senza diminuire di intensità.
• Maggiore è la costante di spazio, maggiore è la velocità di propagazione.
• La resistenza della membrana e la resistenza interna dell'assone influenzano la costante di spazio.

Sinapsi inibitorie o eccitatorie

• Le sinapsi inibitorie causano un'iperpolarizzazione nella membrana postsinaptica, rendendo più difficile la generazione di un potenziale d'azione.
• Le sinapsi eccitatorie causano una depolarizzazione nella membrana postsinaptica, rendendo più probabile la generazione di un potenziale d'azione.
• Le specializzazioni di membrana si dividono tra asimmetriche (eccitatorie) e simmetriche (inibitorie), con caratteristiche differenti di struttura e funzione.

I sistemi neurotrasmettitoriali

• I sistemi neurotrasmettitoriali comprendono diversi neurotrasmettitori coinvolti in varie funzioni cerebrali.
• Vengono classificati in base alla loro struttura chimica (aminoacidi, ammine, peptidi), localizzazione e funzioni (eccitatorie o inibitorie).
• Il principio di Dale afferma generalmente che ogni neurone produce lo stesso neurotrasmettitore in tutte le sinapsi.

Neurofarmacologia

• Gli agonisti dei recettori imitano l'azione del neurotrasmettitore, mentre gli antagonisti la bloccano.
• È importante conoscere l'interazione dei neurotrasmettitori con i loro recettori per la comprensione di molte patologie.

Neuroni colinergici

• I neuroni colinergici rilasciano acetilcolina (ACh) come neurotrasmettitore nelle sinapsi.
• La ACh viene sintetizzata a partire da colina e acetil-CoA.
• L'ACh viene immagazzinata nelle vescicole sinaptiche e rilasciata per esocitosi.
• L'acetilcolinesterasi (AChE) degrada l'ACh nello spazio sinaptico.

Neuroni catecolaminergici

• I neuroni catecolaminergici rilasciano dopamina, noradrenalina e adrenalina.
• Le catecolamine derivano dall'amminoacido tirosina.
• Queste sostanze vengono sintetizzate ed eliminate nel neurone presinaptico.

Smaltimento delle catecolamine

• Le catecolamine vengono eliminate dallo spazio sinaptico tramite ricaptazione, degradazione enzimatica (monoamino ossidasi e catecol-O-metiltransferasi).
• Il blocco della ricaptazione dei neurotrasmettitori causa effetti eccitatori prolungati come nella cocaina.

Neuroni serotoninergici

• I neuroni serotoninergici rilasciano serotonina (5-HT).
• La serotonina è sintetizzata dall'amminoacido triptofano (5-HTP).
• Viene riciclato nel neurone presinaptico e degradata dall'enzima monoamino ossidasi (MAO).
• Gli inibitori della ricaptazione della serotonina (SSRI) aumentano la disponibilità di serotonina nello spazio sinaptico (terapia per la depressione).

Neuroni aminoacidergici

• I neuroni aminoacidergici rilasciano glutammato (eccitatorio), GABA (inibitorio) e glicina (inibitorio).
• Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio del cervello, mentre GABA e glicina sono inibitori.

Gli Endocannabinoidi

• Gli endocannabinoidi sono molecole lipidiche sintetizzate a livello postsinaptico in risposta a una depolarizzazione.
• Gli endocannabinoidi diffondono verso la membrana presinaptica e si legano ai recettori CB1, inibendo il rilascio dei neurotrasmettitori.
• Sono importanti per il controllo del dolore, della memoria e della risposta allo stress.

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