Cap 6 Neuroscienze: neuroni, glia e sistemi neurali

Componenti cellulari del sistema nervoso

• Le neuroscienze studiano l'organizzazione e il funzionamento dei sistemi nervosi per generare il comportamento.
• Questo viene esplorato usando strumenti analitici da genetica, biologia molecolare/cellulare, anatomia, fisiologia dei sistemi, biologia comportamentale e psicologia.
• I neuroni e la glia svolgono funzioni di base a livello anatomico, elettrofisiologico e molecolare.
• I sistemi neurali comprendono neuroni e circuiti in posizioni anatomiche discrete nel cervello svolgendo funzioni sensoriali, motorie e associative.
• La funzione sensoriale rappresenta lo stato dell'organismo; quella motoria genera le azioni; quella associativa collega le informazioni.
• I sistemi associativi connettono i lati sensoriali e motori, alla base di percezione, attenzione, cognizione, emozioni e pensiero razionale.
• Il sequenziamento del genoma di esseri umani, topi, moscerini della frutta e nematodi ha facilitato lo studio del sistema nervoso.
• All'inizio del XIX secolo, la cellula fu riconosciuta come l'unità fondamentale degli organismi viventi.
• Camillo Golgi sosteneva la teoria reticolare della comunicazione tra cellule nervose.
• Santiago Ramón y Cajal e Charles Sherrington sostennero la dottrina del neurone, che le cellule nervose sono entità discrete.
• Sherrington identificò le sinapsi, contatti specializzati tra neuroni.
• Golgi e Cajal hanno condiviso il premio Nobel per la Fisiologia e Medicina nel 1906.
• Le cellule nervose si dividono in neuroni (segnalazione elettrica) e neuroglia (funzioni di supporto).
• Nel sistema nervoso centrale umano ci sono circa 10^12 neuroni e un numero dieci volte superiore di cellule gliali.
• Citologicamente, i neuroni si distinguono per la comunicazione intercellulare e sono rivestiti da una membrana plasmatica contenente organelli.

Struttura dei neuroni

• I neuroni hanno quattro compartimenti principali: ricezione del segnale, integrazione, trasferimento e trasferimento delle informazioni.
• I dendriti ricevono input sinaptici e contengono ribosomi/proteine citoscheletriche.
• Il corpo cellulare ospita il nucleo e integra i segnali ricevuti sostenendo le funzioni vitali.
• L'assone conduce gli impulsi nervosi ad altre cellule (neuroni, muscoli, ghiandole) ed è avvolto da mielina isolante.
• Le cellule di Schwann (sistema nervoso periferico) e gli oligodendrociti (sistema nervoso centrale) formano la guaina mielinica.
• La mielina aumenta la velocità degli impulsi nervosi, i nodi di Ranvier ne permettono il rinnovo.
• All'estremità dell'assone si trova il terminale assonico, che trasmette il segnale nervoso attraverso neurotrasmettitori nelle sinapsi.

Classificazione dei neuroni

• I neuroni possono essere classificati in base a funzione, forma o direzione del segnale nervoso.
• Ci sono tre tipi principali di neuroni: sensoriali, motori e interneuroni.
• I neuroni sensoriali ricevono informazioni dall'esterno, i neuroni motori trasmettono segnali ai muscoli, gli interneuroni connettono vari neuroni.
• In base alla forma ci sono neuroni unipolari, bipolari, multipolari e pseudounipolari.
• Centralmente il sistema nervoso è una rete di connessioni con circa 30 miliardi di neuroni interconnessi, l'uomo arriva fino a 10^16 sinapsi.
• La sinapsi consente la comunicazione delle cellule del tessuto nervoso tra loro o con altre cellule (muscolari, sensoriali, ghiandole endocrine).
• L'impulso nervoso viaggia tramite la trasmissione sinaptica.
• Le sinapsi possono essere asso-dendritiche, asso-assoniche, asso-somatiche o autapsi.

Sinapsi elettriche e chimiche

• Ci sono sinapsi elettriche (passaggio diretto di corrente) e chimiche (rilascio di neurotrasmettitori).
• Le sinapsi elettriche permettono un passaggio diretto di corrente elettrica tra i neuroni tramite giunzioni gap.
• Forniscono una trasmissione rapida, in zone come il cuore e il cervello.
• Le sinapsi chimiche trasmettono il segnale attraverso il rilascio di neurotrasmettitori.
• L'impulso elettrico arriva al terminale assonico, si aprono i canali voltaggio-dipendenti, il calcio entra, il neurotrasmettitore è rilasciato.
• I neurotrasmettitori si legano ai recettori sulla membrana post-sinaptica aprendo i canali ionici/attivando meccanismi cellulari.
• Questo genera un potenziale post-sinaptico eccitatorio o inibitorio per via del neurotrasmettitore.
• Il segnale termina con l'allontanamento del neurotrasmettitore (degradazione enzimatica, riassorbimento, diffusione).
• Le sinapsi chimiche sono cruciali per la modulazione del segnale nel sistema nervoso.

Segnali elettrici

• I segnali elettrici sono il potenziale d'azione.
• I neuroni hanno una carica elettrica chiamata potenziale di riposo.
• Hodgin e Huxley scoprirono che stimolando l'assone del calamaro gigante si produceva un forte impulso elettrico.
• Il potenziale d'azione si genera solo se la scarica raggiunge un valore soglia.
• È di tipo tutto o niente: incrementi nella forza della scarica oltre il valore soglia non aumentano l'intensità del potenziale.
• I canali del potassio si chiudono e quelli del sodio si aprono. La concentrazione di sodio è più alta all'esterno pertanto si ha un aumento della carica verso i +40 mV.
• I canali tornano allo stato di riposo e gli ioni potassio ricominciano a defluire fuori dall'assone.
• Lo squilibrio è risolto da una "pompa” chimica.

Potenziale d'azione

• Il potenziale d'azione si propaga in una posizione adiacente precedentemente inattiva.
• La guaina mielinica ha punti di interruzione (nodi di Ranvier).
• Il segnale salta da un nodo all'altro.
• Questo è noto come conduzione saltatoria.

Segnali chimici: trasmissione sinaptica

• La trasmissione sinaptica avviene quando la carica elettrica produce reazioni chimiche che fanno attraversare l'informazione nella fessura sinaptica.
• Le terminazioni assoniche contengono vescicole di neurotrasmettitori.
• I dendriti contengono i recettori, strutture della membrana.
• Il flusso di ioni fa passare il neurone presinaptico dal potenziale di riposo a quello d'azione.
• Il potenziale d'azione stimola il rilascio dei neurotrasmettitori, si legano ai recettori sul dendrite. Il neurotrasmettitore deve corrispondere al recettore.
• Questo genera un nuovo potenziale d'azione nel neurone postsinaptico.
• Ci sono tre processi che impediscono ai neurotrasmettitori di agire all'infinito: il riassorbimento, la disattivazione enzimatica e i autorecettori.

Neurotrasmettitori

• Circa 60 sostanze chimiche trasmettono le informazioni nel sistema nervoso.

• L'acetilcolina controlla il motorio volontario ed è abbondante nelle sinapsi dei neuroni motori.

• Contribuisce inoltre alla regolazione dell'attenzione, dell'apprendimento, del sonno e della memoria.

• La dopamina regola comportamento motorio, motivazione, piacere e l'attivazione emozionale. Livelli elevati di dopamina sono stati associati ad emozioni positive.

• L'acido gamma-amminobutirrico (GABA) blocca la trasmissione del segnale tra neuroni, impedendo all'eccitazione di prolungarsi.

• La noradrenalina influenza l'umore e l'attivazione fisiologica, ed è coinvolto negli stati di vigilanza.

• La serotonina regola il sonno e la veglia, l'alimentazione e l'aggressività.

• Le endorfine attenuano l'esperienza del dolore ed elevano il tono dell'umore.

• Il glutammato aumenta che il neurone post-sinaptico si attivi.