Appunti di Neuroscienze e Neuroscienze Cognitive PDF

NEUROSCIENZE Con il termine neuroscienze ci si riferisce ad un campo di studi interdisciplinare che si propone di far luce sui vari aspetti morfo-funzionali del sistema nervoso combinando elementi teorici e metodologici delle varie discipline che ne fanno parte. In breve, a questi studi concorrono, partendo talvolta da angolazioni concettuali piuttosto diverse, la neuroanatomia e la neurofisiologia, la farmacologia, la biologia molecolare, la biologia cellulare, la radiologia e la genetica ma anche l’ingegneria biomedica, la psicologia cognitiva, l’informatica e l’intelligenza artificiale. CAPITOLO INTRODUTTIVO Organizzazione del sistema nervoso umano Il sistema nervoso è l’insieme di strutture che permettono all’organismo di ricevere informazioni dall’ambiente (sia esterno e sia interno), di elaborarle, e di trasmettere risposte appropriate agli organi effettori (muscoli e ghiandole); è responsabile, insieme al sistema endocrino, della regolazione di tutte le funzioni corporee. Il sistema nervoso è formato dall’encefalo, dal midollo spinale, e dalla fitta rete di nervi che mettono in comunicazione i primi due con il resto del corpo. Esso viene tradizionalmente suddiviso, dal punto di vista anatomico, in sistema nervoso centrale (SNC) e sistema nervoso periferico (SNP). [Nota: Sistema = dal greco σύστημα (riunione, complesso); in ambito scientifico, qualsiasi oggetto di studio che, pur essendo costituito da diversi elementi reciprocamente interconnessi e interagenti tra loro o con l’ambiente esterno, reagisce o evolve come un tutto, con proprie leggi generali. Sistema Nervoso Centrale -> Il sistema nervoso centrale comprende l’encefalo (emisferi cerebrali, diencefalo, cervelletto e tronco dell’encefalo) e il midollo spinale; esso analizza le informazioni sensoriali e motorie, le integra ed elabora le risposte. L’encefalo è localizzato all'interno della scatola cranica, il midollo all’interno della colonna vertebrale (più precisamente all’interno del canale vertebrale); entrambi sono anche circondati da una serie di membrane protettive, le meningi e dal liquido cerebrospinale (CSF), che scorre nei ventricoli e nello spazio subaracnoideo (spazio tra l’aracnoide e la pia madre, due delle tre meningi; l’altra è detta dura madre). Dal punto di vista istologico, il SNC è suddivisibile in due ampie regioni: un’area ricca di corpi cellulari, la sostanza grigia (termine generale che descrive regioni del SNC ricche di soma neuronali e neuropilo; comprende le cortecce cerebrale e cerebellare, i nuclei dell’encefalo e la parte centrale del midollo spinale), e un’area ricca di assoni, la sostanza bianca (termine generale che descrive regioni del SNC contenenti grossi fasci di assoni). Sistema Nervoso Periferico -> Il sistema nervoso periferico invece comprende la vasta rete di nervi (insieme di assoni periferici “fascicolati”) e gangli (aggregati di corpi cellulari dei neuroni e di cellule gliali) situata al di fuori dell’encefalo e del midollo spinale che collega il SNC con il resto dell’organismo. Nel SNP si possono individuare due componenti: una componente sensoriale (che comprende i gangli e i nervi sensoriali che collegano i diversi recettori sensoriali con i corrispondenti circuiti di elaborazione del SNC) e una componente motoria (che comprende i gangli e i nervi motori che collegano muscoli, organi e ghiandole al SNC). Nella componente motoria sono comprese la divisione motoria somatica (o sistema motorio somatico), che è costituita dai nervi motori (niente gangli) che collegano il SNC ai muscoli scheletrici (presiede le funzioni dei muscoli scheletrici) e la divisione motoria viscerale/autonomica (sistema motorio viscerale), che è costituita dai gangli (del SN autonomo) e dai nervi che innervano il muscolo liscio, il muscolo cardiaco e le ghiandole (presiede le funzioni degli organi viscerali). La divisione motoria viscerale è a sua volta suddivisibile in tre sezioni: la sezione simpatica/ortosimpatica (mobilita le risorse del corpo per far fronte a situazioni ambientali sfavorevoli), la sezione parasimpatica (mantiene e reintegra le risorse del corpo nei momenti di riposo) e la sezione enterica (sistema semi-indipendente che influenza la motilità enterica e la secrezione). Gli elementi cellulari del sistema nervoso: neuroni e cellule gliali La cellula fu riconosciuta come unità fondamentale degli organismi viventi agli inizi del XIX secolo, tuttavia, la comunità scientifica convenne solo agli inizi del XX secolo che anche il tessuto nervoso, come tutti gli altri, era costituito da cellule. La ragione principale di questa acquisizione tardiva probabilmente è da individuare nel fatto che, essendo le cellule nervose molto complesse ed uniche, ed essendo le ramificazioni di queste strettamente impaccate tra loro, i “neuroscienziati di allora” trovarono difficile studiarle singolarmente, soprattutto con i microscopi e le tecniche di colorazione allora disponibili. La prima concettualizzazione di un modello di neurone si deve al neuroanatomista spagnolo Ramon y Cajal il quale, attraverso il pioneristico metodo di colorazione di Golgi, dimostrò in maniera convincente che le cellule nervose sono entità discrete, che comunicano tra loro attraverso contatti specializzati, che non sono siti di continuità tra cellule. Il fisiologo inglese Sherrington (Nobel per la Medicina e Fisiologia nel 1932) denominò i contatti specializzati di Cajal sinapsi. Questi studi neuroscientifici valsero a Ramon y Cajal il premio Nobel per la medicina nel 1906. Nonostante la teoria di Cajal prevalse sula “teoria reticolare” di Golgi, anche quest’ultimo fu insignito nello stesso anno con il premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia, sia per aver messo a punto la tecnica di colorazione delle cellule con i sali d’argento sia, e forse soprattutto, per l’identificazione dell'organello cellulare denominato in suo onore apparato di Golgi. [Nota: Teoria reticolare -> Teoria sostenuta da alcuni biologi dell’epoca (di cui Golgi ne era il portavoce) che affermava che ogni cellula nervosa era connessa alle sue vicine tramite ponti citoplasmatici e che, pertanto, costituissero di fatto una rete cellulare nervosa continua e direttamente interconnessa; da qui “reticolo” Nota II: Gli studi al microscopio elettronico dimostrarono anche l’esistenza, seppur in numero estremamente ridotto rispetto a quanto ipotizzato, di alcune “regioni di continuità” intercellulari: le giunzioni comunicanti (gap junction). Le giunzioni comunicanti sono contatti cellulari specializzati formati da canali che connettono il citoplasma di due cellule e che pertanto permettono il trasferimento diretto di segnali elettrici e chimici tra cellule del sistema nervoso] Gli studi istologici di Cajal, di Golgi e da numerosi altri studiosi successivi, portarono consenso sul fatto che le cellule del sistema nervoso possono essere divise in due grandi categorie: le cellule nervose, o neuroni, e le cellule gliali (le cosiddette “cellule di sostegno”, denominate anche neuroglia o più semplicemente glia). [Nota: Le cellule nervose, anche se non tutte, sono essenzialmente specializzate nella conduzione di segnali elettrici a grande distanza; le cellule gliali invece hanno sostanzialmente una funzione di “supporto”: esse infatti (tra i molteplici ruoli) hanno un ruolo cruciale nei processi di riparazione del SN [Vedi pag. 5, strutture caratteristiche delle proteine - migrazione cellulare] Neuroni -> I neuroni, detti anche cellule nervose, sono le unità fondamentali (cellule) del sistema nervoso, specializzate nella Generazione, nella Conduzione e nella Trasmissione di segnali elettrici a lunga distanza e nella Comunicazione intercellulare mediante le sinapsi. Dal punto di vista anatomico, il neurone può essere suddiviso, schematicamente, in tre parti fondamentali: Corpo cellulare (o soma) > Il soma è il centro metabolico del neurone stesso, contiene il nucleo e gli altri organuli deputati alle principali funzioni cellulari. Come già accennato in precedenza, i neuroni (come anche le cellule gliali) possiedono, seppur con qualche eccezione, i medesimi organuli cellulari presenti in tutte le altre cellule: ▪ Nucleo > Contiene materiale genetico che conserva le informazioni per lo sviluppo cellulare e la sintesi di proteine necessarie per il mantenimento delle cellule. ▪ Nucleolo > Produce I ribosomi necessari per la traslazione delle informazioni genetiche in proteine. ▪ Mitocondri > Sede della respirazione cellulare, producono energia per mantenere le attività cellulari. ▪ Reticolo endoplasmatico > Sistema di canali e membrane per il trasporto di materiali nel citoplasma ▪ Apparato di Golgi > Strutture vicine alla membrana importanti per “impacchettare” i peptidi e le proteine (inclusi i neurotrasmettitori) nelle vescicole ▪ Microfilamenti/neurotubuli > Sistema di trasporto del materiale nel neurone che può essere utilizzato come supporto strutturale La differenza principale tra i neuroni e le altre cellule è che gli organuli sono spesso situati in regioni cellulari diverse: i mitocondri, per esempio, tendono ad essere localizzati vicino alle sinapsi, gli organuli deputati alla sintesi proteica (come il reticolo endoplasmatico) non sono presenti negli assoni e nei dendriti. [Nota: A livello del citoplasma, oltre ai numerosi enzimi che catalizzano le diverse reazioni metaboliche, vi sono numerosi elementi fibrillari che formano il citoscheletro della cellula; tra questi vi sono le tubuline, le quali si organizzano a formare sistemi di neurotubuli, a livello degli assoni e dei dendriti, che consentono il trasporto di molecole di nuova sintesi o di prodotti di secrezione dal soma alla terminazione nervosa (o viceversa)] Dendriti > I dendriti sono sottili estensioni di forma tubulare situate intorno al corpo cellulare (nella maggior parte dei neuroni formano una struttura molto ramificata che ricorda la chioma di un albero < δένδρον) che ricevono messaggi da altri neuroni. I dendriti presentano una notevole eterogeneità in termini di dimensione e ramificazione, e questa caratteristica è di cruciale importanza nel definire la capacità di elaborazione dei singoli neuroni: ▪ I neuroni privi di dendriti sono innervati dagli assoni di uno o pochi altri neuroni e, dunque, possiedono una capacità limitata di integrare informazioni provenienti da sorgenti diverse (ciò comporta che la ritrasmissione dell’attività delle sinapsi che innervano questi neuroni sia grossolana); ▪ I neuroni dotati di una ramificazione dendritica più complessa, sono innervati da un numero proporzionalmente più elevato di neuroni e sono in grado di integrare una quantità molto maggiore di informazione. [Nota: Il numero delle terminazioni che un neurone riceve riflette il grado di convergenza; il numero dei bersagli che vengono innervati da ogni singolo neurone riflette invece il grado di divergenza] Assoni > Gli assoni sono sottili prolungamenti di lunghezza variabile (da poche centinaia di µm fino a oltre un metro), che originano dal soma del neurone (attraverso una particolare struttura anatomica che prende il nome di “cono di emergenza” o “monticolo assonale”) e che trasmettono il potenziale d’azione (vedi oltre) dai loro rispettivi corpi cellulari alle loro terminazioni (bottoni terminali o terminazioni sinaptiche). Gli assoni sono avvolti dalla guaina mielinica, rivestimento laminare (pluristratificato) di natura lipidica che ha essenzialmente la funzione proteggere l’assone e di rendere più veloce la trasmissione dell’impulso elettrico. [Nota: La mielina viene prodotta dagli oligodendrociti (nel SNC) e dalle cellule di Schwann (nel SNP) Nota II: Nodo di Ranvier -> Ripetute interruzioni nella mielinizzazione degli assoni, in corrispondenza dei quali vengono generati i potenziali d’azione] [Vedi Potenziale d’azione] Neurone: Dal punto di vista morfologico, i neuroni possono essere suddivisi in: Neuroni unipolari > Neuroni che presentano un unico assone e nessun dendrite; Neuroni bipolari (o oppositopolari) > Neuroni che presentano un unico assone e solamente un dendrite; Neuroni multipolari > Neuroni che presentano un unico assone e molteplici dendriti; Neuroni pseudounipolari > Neuroni privi di dendriti che presentano due assoni, uno periferico e uno centrale (diretto verso il SNC). Dal punto di vista funzionale invece, i neuroni possono essere suddivisi in tre classi fondamentali: Neuroni afferenti (sensoriali) > Neuroni che trasportano informazioni (conducono potenziali d’azione) dalla periferia verso il SNC (o al loro interno verso aree di elaborazioni superiori) Neuroni efferenti (motori) > Neuroni che trasportato informazioni lontano dal SNC (o dal circuito in questione) verso la periferia Interneuroni (neuroni a circuito locale) > Neuroni interposti tra neuroni primari sensoriali e neuroni primari effettori e i cui assoni relativamente corti ramificano localmente. Cellule gliali -> Le cellule gliali (in genere dette più semplicemente “glia”) sono un gruppo piuttosto eterogeneo di cellule di supporto associate ai neuroni la cui funzione principale (tra le tante) è quella di contribuire in modo cruciale ai processi di riparazione del sistema nervoso. [Nota: Esse, infatti, in alcune regioni si comportano come vere e proprie cellule staminali (promuovendo la rigenerazione dei neuroni danneggiati), in altre, al contrario, bloccano la neurogenesi (ovviamente nei casi in cui la rigenerazione non regolata risulterebbe dannosa) Nota II: Non a caso il termine γλία in greco significa “colla” e riflette l’opinione, diffusa nel XIX secolo, che queste cellule “tenessero in qualche modo insieme il sistema nervoso”; il termine è stato conservato malgrado l’assenza di qualsiasi dato attestante il fatto che le cellule gliali tengano effettivamente unite le cellule nervose] Le funzioni accertate delle cellule gliali sono molteplici e comprendono: Mantenere la costanza dell’ambiente ionico delle cellule nervose Modulare la velocità di propagazione dei segnali nervose Modulare l’attività sinaptica, attraverso il controllo della riassunzione (re-uptake) e del metabolismo dei neurotrasmettitori a livello o in prossimità della fessura sinaptica Funzione di impalcatura durante alcune fasi dello sviluppo del SN Formare di un’interfaccia tra il cervello e il sistema immunitario Mantenere, durante il sonno, di un flusso convettivo di fluido interstiziale attraverso il cervello Nel sistema nervoso dell’adulto sono presenti sostanzialmente tre tipi di cellule gliali: Astrociti > Gli astrociti sono quella tipologia di cellule gliali (limitate al SNC) dotate di elaborate ramificazioni che conferiscono loro un aspetto a forma di stella. La loro funzione principale è quella di mantenere, con varie modalità, un ambiente chimico adeguato alla trasmissione nervosa; esse sono inoltre coinvolte nella formazione della barriera ematoencefalica, nella secrezione di sostanze che influenzano la costruzione di nuove connessioni sinaptiche e nella proliferazione di nuove cellule nel cervello adulto (una sottoclasse degli astrociti), che mantengono le caratteristiche di cellule staminali; Oligodendrociti > Gli oligodendrociti sono quella tipologia di cellule gliali (anch’esse limitate al SNC) la cui principale funzione consiste nel produrre mielina (i.e., rivestimento laminare di natura lipidica che riveste gli assoni); essi, inoltre, producono molecole di segnalazione che modulano l’attività del cono di accrescimento negli assoni in rigenerazione. Nel sistema nervoso periferico, le cellule gliali che formano la mielina sono chiamate cellule di Schwann (quest’ultime sono inoltre coinvolte nella rigenerazione assonale in nervi danneggiati). Cellule microgliali > Le cellule microgliali sono quella tipologia di cellule gliali del SNC che fungono sostanzialmente da “cellule pulitrici”: esse rimuovono detriti cellulari da siti di lesione o in seguito a normale ricambio cellulare; esse inoltre secernono molecole di segnalazione (in questo caso citochine) che possono modulare l'infiammazione locale (le risposte infiammatorie locali) e, di conseguenza, influenzare la sopravvivenza o la morte cellulare (infatti, in seguito ad un danno cerebrale, il numero di microglia aumenta notevolmente in corrispondenza del sito della lesione). [Nota: Per quest’ultimo fatto, alcuni neurobiologi preferiscono classificare le cellule microgliali come un tipo di macrofagi (del resto, presentano molte proprietà in comune con i macrofagi presenti in altri tessuti)] Oltre alle tre classi di cellule gliali del SNC, nel cervello dell’adulto sono presenti anche le cellule gliali staminali (i.e., cellule precursori delle cellule nervose che conservano la capacità di proliferare e generare sia ulteriori precursori sia cellule gliali e, in alcuni casi, neuroni) Esse, a loro volta, possono essere suddivise in due ulteriori categorie: La sottoclasse degli astrociti sopracitati che si trovano vicino ai ventricoli, specialmente in una regione chiamata zona subventricolare o vicino ai vasi sanguigni della zona ventricolare; I precursori degli oligodendrociti (chiamati talvolta polidendrociti) che sono sparsi nella sostanza bianca. I potenziali d’azione Il potenziale d’azione è il segnale elettrico generato e propagato lungo gli assoni attraverso il quale l’informazione è trasportata da un punto all’altro del sistema nervoso (o all’interno delle fibre muscolari). [Nota: I potenziali d’azione (chiamati anche spikes o “risposte unitarie”) sono costituiti da una variazione “tutto-o-nulla” del potenziale elettrico della membrana del neurone (voltaggio transmembrana] La trasmissione del segnale (impulso nervoso) è legata a una modificazione transitoria della permeabilità della membrana cellulare agli ioni (soprattutto Na+ e K +) che modifica il potenziale di membrana. In un neurone a riposo la pompa Na+/K+ ATPasi mantiene una differenza di concentrazione per ciascuno di questi due ioni (Na+ e K+) tra i due lati della membrana cellulare, dando luogo ad una differenza di potenziale elettrico, detta potenziale di membrana a riposo che corrisponde a ca. -70 mV. Quando uno stimolo raggiunge un assone, si verifica una variazione del potenziale di membrana (che diventa meno negativo), processo che prende il nome di depolarizzazione. Se questo stimolo “depolarizzante” è sufficientemente forte da depolarizzare il potenziale di membrana fino a fargli oltrepassare il cosiddetto potenziale di soglia (che corrisponde a ca. -65mV, in certi casi -55mV), si genera un potenziale d’azione: si aprono i canali del Na+ e la membrana dell’assone continua a depolarizzarsi finché la differenza di potenziale attraverso la membrana dell’assone è pari a +30 / 35 mV. Le sinapsi Le sinapsi solitamente vengono definite come le giunzioni funzionali tra due cellule nervose (o fra una cellula nervosa e l'organo periferico di reazione ) in cui le informazioni codificate e trasportate dai potenziali d’azione vengono trasmesse. Esse, in altri termini, sono i “punti di contatto” (anche se di fatto il contatto non c’è...) tra una terminazione assonica e una cellula bersaglio che consentono ai neuroni di comunicare tra loro o con altre cellule (e.g., cellule muscolari, cellule sensoriali dell’epidermide …). [Nota: Generalmente, i contatti sinaptici tra neuroni sono formati a livello dei dendriti talvolta a livello direttamente a livello del soma neuronale] Sulla base delle loro strutture e dei loro meccanismi di trasmissione, le sinapsi possono essere distinte in due classi generali: Sinapsi elettriche > quel tipo di sinapsi che rendono possibile la comunicazione tra cellule nervose (o altre cellule) attraverso un flusso diretto e passivo di corrente in corrispondenza delle giunzioni comunicanti; Sinapsi chimiche > quel tipo di sinapsi che rendono possibile la comunicazione tra cellule nervose (o altre cellule) attraverso particolari “segnali chimici”. In particolare: Nelle sinapsi elettriche, quando un potenziale d’azione arriva alla terminazione sinaptica, viene generato un flusso di corrente ionica in corrispondenza delle giunzioni comunicanti (i.e., regioni intercellulari specializzate a livello delle quali le membrane di due neuroni comunicanti risultano estremamente vicine l’una all’altra). Le giunzioni comunicanti contengono specifici canali transmembrana, denominati connessoni che, a coppie perfettamente allineate, attraversano le membrane pre- e post- sinaptiche permettendo così alla corrente di fluire passivamente dalla cellula presinaptica alla cellula postsinaptica. Nelle sinapsi chimiche, quando un potenziale d’azione arriva alla terminazione sinaptica, vengono rilasciate dalle vescicole sinaptiche (organuli situati nella terminazione presinaptica), nella fessura sinaptica (lo spazio extracellulare tra la membrana pre- e post- sinaptica), delle molecole, chiamate neurotrasmettitori. A seguito del rilascio, i neurotrasmettitori diffondono attraverso la fessura sinaptica e si legano a specifici recettori presenti sulla membrana del neurone post-sinaptico: questo legame causa l’apertura (e qualche volta la chiusura) di canali ionici presenti sulla membrana postsinaptica, modificando la capacità degli ioni di fluire attraverso di essa. I risultanti flussi di corrente indotti dai neurotrasmettitori modificano il potenziale di membrana del neurone postsinaptico, aumentando o diminuendo la probabilità che il neurone postsinaptico inneschi un potenziale d’azione. La successiva rimozione dei neurotrasmettitori dalla fessura sinaptica, per riassunzione da parte delle cellule gliali o per degradazione enzimatica, fa cessare la trasmissione del segnale chimico. Riassumendo: I circuiti neuronali I neuroni non funzionano mai da soli: essi sono organizzati in complessi chiamati circuiti neuronali, i quali si potrebbero definire come un insieme di neuroni interconnessi che mediano ad una specifica funzione. [Nota: Le connessioni sinaptiche presenti in un circuito neuronale si formano in un fitto intreccio di dendriti, terminazioni assoniche e cellule gliali che prende il nome di neuropilo (neuròpilo)] Un esempio di circuito neuronale è quello che media il riflesso miotatico (comunemente chiamato riflesso rotuleo). ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO La terminologia neuroanatomica Per evitare fraintendimenti è necessario utilizzare una terminologia specifica che consenta di definire la localizzazione dei vari componenti del SNC. I termini utilizzati per specificare tale localizzazione sono gli stessi utilizzati nella descrizione dell’anatomia macroscopica delle altre parti del corpo. Di conseguenza, per quanto riguarda gli assi direzionali/anatomici, i termini: Dorsale - Ventrale indicano Superiore (sopra) – Inferiore (sotto) Rostrale - Caudale indicano Verso il capo – Verso la “coda” Mediale - Laterale indicano In prossimità della linea mediana – Laterale alla linea mediana. [Nota: Le strutture che si trovano sullo stesso lato sono dette ipsilaterali, quelle che si trovano sul lato opposto controlaterali. Le strutture che si trovano nei pressi della linea mediana sono dette mediali, quelle che si trovano ai lati sono dette laterali (o paramediali)] Per quanto riguarda i piani di sezione (utilizzati nella dissezione o nella visualizzazione dell’encefalo) il termine: Sagittale ≈ Dritto; divide i due emisferi “longitudinalmente” Coronale = Frontale Assiale = Orizzontale; parallela al suolo. Per indicare le sezioni del tronco dell’encefalo si usano in genere termini diversi: Il piano ortogonale rispetto all’asse longitudinale del tronco dell’encefalo e del midollo spinale è detto trasversale Le sezioni parallele all’asse longitudinale sono dette longitudinali. NOTA: Suddivisioni fondamentali del sistema nervoso centrale Il SNC solitamente viene suddiviso in: Prosencefalo > Porzione dell’encefalo che a sua volta comprende: ▪ Telencefalo -> Emisferi cerebrali; Gangli alla base; Amigdala; Corpo calloso e Commessure anteriore e posteriore ▪ Diencefalo -> Talamo; Ipotalamo Mesencefalo > Non si divide ulteriormente; esso comprende il Tetto (Collicolo superiore e Collicolo inferiore) e il Tegmento; Substantia nigra; Nucleo rosso. Rombencefalo > Si divide in: ▪ Metencefalo -> Cervelletto; Ponte ▪ Mielencefalo -> Bulbo Midollo spinale NOTA: Relazione tra le forme embrionale e adulta del SNC -> Le quattro suddivisioni embriologiche del SNC si formano durante lo sviluppo cerebrale in seguito alla neurulazione, quando compaiono tre rigonfiamenti (vescicole) presso l’estremità cefalica del tubo neurale. Insieme, questi rigonfiamenti si sviluppano a formare l’encefalo, mentre la porzione rimanente del tubo neurale dà origine al midollo spinale. Nello specifico: ▪ Il più rostrale dei tre rigonfiamenti dà origine al prosencefalo (che si divide in telencefalo e diencefalo) ▪ Il rigonfiamento intermedio dà origine al mesencefalo ▪ Dal terzo rigonfiamento si sviluppa il rombencefalo; ▪ La porzione del tubo neurale situata caudalmente rispetto ai tre rigonfiamenti forma invece il midollo spinale [Nota: Il lume del tubo neurale (o canale bulbare) persiste nell’encefalo adulto sottoforma di una serie di spazi interconnessi tra loro e ricolmi di fluido (il liquido cerebrospinale), i ventricoli] NOTA II: Il termine Tronco dell’encefalo, o Tronco encefalico, è utilizzato comunemente per indicare la struttura formata complessivamente da: Mesencefalo, Ponte e Bulbo, nonostante le loro differenti origini embriologiche. Telencefalo Come già accennato in precedenza, il telencefalo è la porzione dell’encefalo che deriva dalla porzione anteriore della vescicola prosencefalica embrionale (il più rostrale dei tre rigonfiamenti che compaiono presso l’estremità cefalica del tubo neurale e che si sviluppano a formare l’encefalo; dalla porzione posteriore si sviluppa il diencefalo). Il telencefalo è la porzione che presenta maggior estensione in quanto comprende gli emisferi cerebrali (e, dunque, la corteccia cerebrale, i gangli alla base, l’amigdala, il corpo calloso e le commessure anteriore e posteriore). Corteccia cerebrale -> La corteccia cerebrale è la porzione di sostanza grigia (il cui spessore varia da 1,5 mm a 4 mm) che forma la superficie (esterna) degli emisferi cerebrali, originata dalla superficie esterna delle vescicole telencefaliche. [Nota: Essa è considerata la struttura più evoluta e complessa tra tutti i sistemi viventi: si stima che nell’uomo la superficie corticale sia ca. 2.600 cm2, i neuroni ca. 30 miliardi, le sinapsi ca. 1015 e addirittura 10 elevato a 1 milione i circuiti che si potrebbero formare. Nota II: È prevalentemente a questa struttura che si devono le nostre capacità sensoriali, motorie e percettive, la memoria e le funzioni superiori (linguaggio, ragionamento, previsione e pianificazione delle azioni, creatività etc...), capacità e funzioni che permettono la miglior adattabilità della nostra specie all’ambiente e rappresentano la base della cultura dell’uomo] La distribuzione delle cellule nervose che compongono la corteccia cerebrale non è uniforme; pertanto, per convenzione, essa viene suddivisa in: Neocorteccia > Suddivisione che comprende la porzione di corteccia che ricopre gli emisferi cerebrali; essa è costituita da sei strati/lamine Paleocorteccia > Suddivisione che comprende la porzione di corteccia situata in profondità del lobo temporale (essa, sostanzialmente, corrisponde all’ippocampo); essa è costituita da quattro strati/lamine Archicorteccia > Suddivisione che comprende la porzione di corteccia filogeneticamente più antica situata sulle superfici inferiore e mediale del lobo temporale; essa è costituita da tre strati/lamine. [Nota: I corpi cellulari dei neuroni, a causa della loro elevata attività metabolica, sono ricchi di sostanze basofile (e.g., RNA) e tendono così a colorarsi intensamente in risposta a reagenti come il cresil violetto acetato (queto tipo di colorazione è detto colorazione di Nissl e permette di apprezzare l’organizzazione a strati della corteccia cerebrale)] [Vedi “Funzioni cognitive superiori ed aree di associazione”] Lamine della corteccia cerebrale: NOTA: Lobi cerebrali -> Gli emisferi cerebrali sono caratterizzata da giri (o circonvoluzioni), ossia creste di tessuto corticale ripiegato e da solchi, ovvero gli avvallamenti/spazi che separano un giro dall’altro. Sebbene la tipologia dei giri e dei solchi possa variare tra gli individui, essi regolarmente dividono la corteccia cerebrale di ciascun emisfero in quattro lobi: frontale, parietale, occipitale e temporale (prendono il nome delle ossa craniche al di sopra di essi). NOTA II: I lobi cerebrali sono sei? -> Tradizionalmente i lobi cerebrali vengono appunto considerati quattro ma, secondo molti anatomisti, se ne possono individuare altri due: Lobo limbico > Quella porzione della corteccia cerebrale che forma una sorta di margine/bordo (limbus in latino) intorno al corpo calloso e al diencefalo e che costituisce la componente corticale del sistema limbico; esso comprende il giro cingolato e il giro paraippocampale (storicamente anche il bulbo olfattivo e la corteccia olfattiva). Lobo dell’insula (o corteccia insulare) > Quella porzione di corteccia che si trova esattamente “sotto” i lobi frontale e temporale, per questa ragione, può essere osservato solamente dopo la separazione o la rimozione dei suddetti lobi; in generale, si ritiene che la parte posteriore del lobo dell’insula sia coinvolta nell’elaborazione delle sensazioni viscerali (anche dolorifiche) e nel controllo di alcune funzioni viscerali (assieme ad altre strutture centrali), mentre la parte anteriore del lobo dell’insula nella percezione implicita di stati emotivi importanti per la cognizione sociale. Lobo limbico: Lobo dell’insula: NOTA III: Le aree di Brodmann -> Con il termine “aree di Brodmann” ci si riferisce sostanzialmente ad una partizione della corteccia cerebrale in diverse aree (52) su base citoarchitettonica e funzionale. [Nota: In biologia, il termine “citoarchitettura” si riferisce all’ordinamento dei vari tipi di cellule o alla disposizione di queste in un dato tessuto] NOTA IV: Principali giri e solchi ->I principali giri sono: Giro precentrale > Circonvoluzione situata anteriormente al solco centrale che viene chiamata corteccia motoria primaria; esso contiene neuroni (detti motoneuroni superiori) i cui assoni proiettano ai motoneuroni inferiori del tronco dell’encefalo e del midollo spinale. Giro postcentrale > Circonvoluzione situata posteriormente al solco centrale che viene chiamata corteccia somatosensoriale primaria; esso contiene neuroni deputati all’elaborazione della sensibilità somatica (tattile). Giri frontale superiore > Superiore delle tre circonvoluzioni longitudinali parallele che definiscono la porzione dorso-mediale del lobo frontale (situate anteriormente al giro precentrale); Giro frontale medio > Centrale delle tre circonvoluzioni longitudinali parallele che definiscono la porzione dorso-mediale del lobo frontale (situate anteriormente al giro precentrale); Giro frontale inferiore > Inferiore delle tre circonvoluzioni longitudinali parallele che definiscono la porzione dorso-mediale del lobo frontale (situate anteriormente al giro precentrale); la porzione posteriore del giro frontale inferiore sinistro è spesso detta area di Broca. Giro temporale superiore > Superiore delle tre circonvoluzioni longitudinali parallele che definiscono la porzione laterale del lobo temporale; sembra essere coinvolto nell’elaborazione degli stimoli uditivi e nella percezione del linguaggio Giro temporale medio > Centrale delle tre circonvoluzioni longitudinali parallele che definiscono la porzione laterale del lobo temporale; esso non solo sembra essere coinvolto nell’elaborazione degli stimoli uditivi e nella percezione del linguaggio, ma anche nella discriminazione del movimento (specialmente la sua porzione posteriore e.g., area MT). Giro temporale inferiore > Inferiore delle tre circonvoluzioni longitudinali parallele che definiscono la porzione laterale del lobo temporale; è coinvolto in funzioni associative riguardanti il riconoscimento di stimoli. Lobuli parietali superiore e inferiore > Circonvoluzioni che definiscono la porzione posteriore e dorsale dei lobi parietali, essi sono coinvolti nell’integrazione delle informazioni somatosensoriali, visive, uditive, e vestibolari e nella generazione di una rappresentazione del corpo, della posizione delle sue parti e dei suoi movimenti Giri orbitali > Complesse circonvoluzioni (altamente variabili) che definiscono gran parte della porzione ventromendiale dei lobi frontali; il loro nome è dato dal fatto che sono situati in posizione immediatamente superiore alle cavità orbitali del cranio (i bulbi e i fasci olfattivi giacciono ai margini mediali di essi) Giro paraippocampale > Circonvoluzione che definisce gran parte della porzione ventromediale del lobo temporale (e che comprende ippocampo, corteccia rinale e corteccia paraippocampale); la sporgenza mediale del giro paraippocampale anteriore viene chiamata uncus ed include le suddivisioni corticali dell’amigdala. Giro occipitotemporale > Circonvoluzione longitudinale che definisce parte della porzione inferiore del lobo temporale e che è compresa tra il giro temporale inferiore e il giro paraippocampale; esso sembra essere coinvolto nel riconoscimento di oggetti e la sua porzione posteriore, talvolta denominata giro fusiforme, sembra essere coinvolta specificatamente nel riconoscimento dei volti Giro cuneato (o giro del cuneo) > Circonvoluzione che definisce parte della porzione mediale dei lobi occipitali e che è situata al di sopra della scissura calcarina; esso costituisce la porzione della corteccia visiva primaria in cui viene rappresentato il quadrante inferiore degli emicampi visivi controlaterali Giro del precuneo (o semplicemente precuneo) > Circonvoluzione che definisce parte della porzione mediale dei lobi parietali e che è compresa tra il ramo dorsale del solco cingolato e la scissura parieto-occipitale; costituisce una delle componenti della rete di modalità automatica/default. Giro linguale > Circonvoluzione che definisce parte della porzione mediale dei lobi occipitali e che è situata al di sotto della scissura calcarina; esso costituisce la porzione della corteccia visiva primaria in cui viene rappresentato il quadrante superiore degli emicampi visivi controlaterali. Giro cingolato > Circonvoluzione che definisce gran parte della porzione mediale di ciascun emisfero cerebrale e che è situata appena al di sopra del corpo calloso; esso costituisce un importante componente del prosencefalo limbico (i.e., l’insieme delle strutture corticali e sottocorticali che circondano il corpo calloso e il diencefalo, convolte nell’esperienza ed espressione delle emozioni) I principali solchi sono: Scissura centrale (o scissura di Rolando) > Principale scissura presente sulla superficie dorsale degli emisferi cerebrali che forma il confine di separazione tra il lobo frontale e il lobo parietale; il margine anteriore contiene il giro precentrale (corteccia motoria primaria), il margine posteriore contiene il giro postcentrale (corteccia somatosensoriale primaria). Scissura interemisferica (o scissura longitudinale) > divide “a metà” i due emisferi. Scissura laterale (o scissura di Silvio) > Scissura situata sulla superficie laterale degli emisferi (a metà tra il polo rostrale ed il polo caudale) che separa il lobo temporale (situato inferiormente) dai lobi frontale e parietale (situati superiormente). Scissura calcarina > Scissura che divide la superficie mediale del lobo occipitale, pertanto, separa il cuneo dal giro linguale; la corteccia visiva primaria (striata) si trova in gran parte all’interno di questo solco. Solco cingolato (o del cingolo) > Solco posto sulla superficie mediale di ciascun emisfero cerebrale che segue la curvatura del corpo calloso; in particolare, si estende attraverso la superficie mediale dei lobi frontale e parietale, terminando in un ramo dorsale che delimita il margine posteriore del lobulo paracentrale; esso “delinea” il giro cingolato. Solco intraparietale > Solco longitudinale del lobo parietale posteriore; divide i lobuli parietali superiore e inferiore. Solco parieto-occipitale > Solco sulla superficie mediale dell’emisfero cerebrale che divide i lobi parietale e occipitale. Solco limitante > Scanalatura longitudinale superficiale situata sulla parete laterale del lume del tubo neurale, che definisce il limite tra le lamine alare e basale Riassumendo: Gangli della base -> I gangli alla base sono un complesso di nuclei situati all’interno degli emisferi cerebrali, lateralmente e centralmente rispetto al ventricolo centrale, la cui funzione principale è quella di regolare l’inizio e la soppressione dei movimenti volontari In breve, essi, sulla base delle loro molteplici afferenze provenienti da svariate regioni cerebrali, modulano l’attività delle cortecce motoria e premotoria (specialmente nelle fasi iniziali e finali delle sequenze di movimento), regolando così i movimenti volontari. I gangli della base esercitano una discreta influenza anche in molte funzioni cognitive (specialmente nelle cosiddette funzioni esecutive) e nel comportamento emotivo (specialmente per quanto riguarda la motivazione). I nuclei che costituiscono i gangli alla base sono tre: Nucleo caudato > Nucleo situato al di sopra del talamo che definisce il margine laterale del ventricolo laterale Putamen > Nucleo situato tra il lobo dell’insula e la porzione laterale del talamo, lateralmente rispetto al globo pallido Globo pallido > Nucleo situato medialmente al nucleo putamen; esso viene solitamente diviso in due segmenti, uno esterno (situato lateralmente) ed uno interno (situato medialmente) Ai gangli alla base sono fortemente associate, sia dal punto di vista anatomico sia da quello funzionale, alcune strutture: Nucleo subtalamico > Nucleo situato nella porzione ventrale del talamo, riceve afferenze provenienti dalla corteccia cerebrale e dal segmento esterno del globo pallido e invia proiezioni eccitatorie (glutammatergiche) dirette al segmento interno del globo pallido; componente della via indiretta che decorre dallo striato al pallido Substantia nigra > Struttura bipartita (presenta una suddivisione compatta e una suddivisione “reticolata”) di sostanza grigia situata nella porzione ventrale del mesencefalo Nucleo accumbens > Nucleo situato nella porzione ventrale del corpo striato (i.e., caudato + putamen); esso sembra essere fondamentale per il processo di ricompensa (che dipende principalmente dalla dopamina, vedi Emozioni e dipendenza) [Vedi Gangli alla base] NOTA: Altre strutture profonde del prosencefalo -> Oltre ai gangli alla base, si possono identificare altre strutture prosencefaliche situate all’interno degli emisferi cerebrali: Nuclei del setto > Nuclei situati presso la porzione anteriore della base del setto pellucido che danno origine a ramificate proiezioni modulatorie dirette a svariati bersagli corticali; un recente lavoro suggerisce che le proiezioni di questi nuclei, che utilizzano adenosina, siano coinvolte nella regolazione del sonno (vedi xantine). Ippocampo > Struttura corticale arcuata (da qui il nome) localizzata nella porzione zona mediale del lobo temporale (più precisamente, nel margine dorsomediale del giro paraippocampale); tra le numerose funzioni, è implicata nei processi di apprendimento e di memoria (vedi Memoria) Amigdala > Complesso di nuclei situato nella porzione anteromediale del lobo temporale; essa svolge un ruolo significativo nel controllo delle emozioni come la paura, la rabbia e la gestione dell’aggressività (vedi oltre; Il ruolo dell’amigdala) Corpi mammillari > Piccole sporgenze situate sulla superficie ventrale della porzione posteriore del diencefalo Setto pellucido > Tessuto membranoso (dunque non neurale) che separa i corni anteriori dei ventricoli laterali destro e sinistro; situato davanti a talamo ed ipotalamo; esso è coinvolto nel comportamento emozionale (se stimolato produce sensazioni piacevoli, se lesionato eccessi di rabbia ed aggressività) Bulbi olfattivi > Strutture telencefaliche situate sulla superficie inferiore dei lobi frontali che ricevono assoni dal nervo olfattivo; contengono neuroni a circuito locale e neuroni di proiezione che, attraverso i tratti olfattivi, trasmettono i segnali olfattivi alla corteccia olfattiva Fornice > Fitto fascio di assoni che interconnette ippocampo, ipotalamo, corpi mammillari e nuclei del setto Corpo calloso > Fitto e voluminoso fascio di assoni mediale che interconnette le cortecce dei due emisferi cerebrali Commessura anteriore > Piccolo fascio di assoni situato anteriormente al talamo e inferiormente a corpo calloso e fornice che interconnette le porzioni più ventrali delle cortecce dei due emisferi cerebrali Commessura posteriore > Piccolo fascio di assoni situato anteriormente all’ipofisi e al collicolo superiore e inferiormente a corpo calloso e fornice che interconnette le porzioni più ventrali delle cortecce dei due emisferi cerebrali Capsula interna > Grande fascio di assoni situato tra diencefalo e gangli alla base che interconnette la corteccia cerebrale con diverse strutture sottocorticali e con il tronco dell’encefalo Infundibolo (o peduncolo ipofisario) > Struttura di connessione tra l’ipotalamo e l’ipofisi NOTA II: Amigdala -> L’amigdala è un complesso di nuclei situato nella porzione anteromediale del lobo temporale, proprio davanti all’ippocampo. Nell’amigdala si possono individuare tre principali suddivisioni funzionali ed anatomiche, ciascuna delle quali dispone di una particolare serie di connessioni con altre regioni cerebrali; nello specifico: Gruppo mediale > Porzione mediale dell’amigdala, forma estese connessioni con il bulbo olfattivo e la corteccia olfattiva Gruppo basolaterale > Porzione laterale dell’amigdala, connessa a diverse regioni corticali, principalmente con le cortecce prefrontali orbitale e mediale e con il lobo temporale anteriore (via ventrale per il riconoscimento di oggetti, vedi Vie visive centrali) Gruppo centrale > Porzione centrale dell’amigdala, connessa con l’ipotalamo e con diverse strutture del tronco dell’encefalo, inclusi i nuclei sensoriali viscerali come il nucleo del tratto solitario e il nucleo parabrachiale; tali connessioni permettono all’amigdala di influenzare l’espressione delle reazioni corporee (sia viscerali sia somatiche) associate alle emozioni Inoltre, l’amigdala riceve informazioni sensoriali direttamente da alcuni nuclei talamici, primo tra tutti il nucleo mediodorsale del talamo; pertanto, i neuroni presenti nell’amigdala collegano regioni corticali che elaborano informazioni sensoriali, regioni corticali che elaborano informazioni cognitive di ordine superiore (corteccia prefrontale) con i sistemi effettori dell’ipotalamo e del tronco dell’encefalo. Diencefalo Il diencefalo è la porzione dell’encefalo (situata in posizione direttamente rostrale al mesencefalo) che deriva dalla porzione posteriore della vescicola prosencefalica embrionale (il più rostrale dei tre rigonfiamenti che compaiono presso l’estremità cefalica del tubo neurale e che si sviluppano a formare l’encefalo; dalla porzione anteriore si sviluppa il telencefalo); esso comprende il talamo (parte più voluminosa del diencefalo) e l’ipotalamo (piccola ma determinante parte del diencefalo). Talamo -> Il talamo è un complesso di nuclei situato sul lato dorsale del diencefalo che costituisce il principale centro di raccolta e smistamento delle proiezioni da e verso la corteccia cerebrale, sia sensoriali, sia motorie. Nonostante la sua complessità (è costituito da più di 50 nuclei ognuno con distinte proiezioni afferenti ed efferenti), il talamo viene suddiviso, in base alla fascia di sostanza bianca a forma di Y che lo attraversa (chiamata lamina midollare interna), in quattro regioni fondamentali: regione mediale, regione laterale, regione anteriore e regione ventrale. I nuclei che compongono il talamo, di conseguenza, vengono suddivisi in base alla regione in cui sono situati; pertanto, si individuano: Nuclei mediali > Nuclei situati nella porzione mediale del talamo; Nuclei anteriori > Nuclei situati nella porzione anteriore del talamo; Nuclei laterali > Nuclei situati nella porzione laterale del talamo; Nuclei ventrali > Nuclei situati nella porzione ventrale del talamo; essi comprendono: ▪ Nucleo ventrale anteriore (VA) ▪ Nucleo ventrale laterale (VL) ▪ Nucleo ventrale posteriore (VP) Nuclei intralaminari > Nuclei immersi nella lamina midollare interna Nuclei della linea mediana > Nuclei disposti lungo la linea mediana del talamo Nuclei/corpi genicolati > Nuclei situati sulla superficie ventro-mediale del talamo Nucleo reticolare > Sottile nucleo “a forma di conchiglia” che avvolge lateralmente il talamo [Approfondire] Riassumendo: Ipotalamo -> Aggregato eterogeneo di piccoli nuclei situato alla base del diencefalo, intimamente legato all’ipofisi, che riveste un ruolo importante nella coordinazione e nell’espressione dell’attività motoria viscerale delle attività neuroendocrine e somatomotorie che promuovono omeostasi e allostasi; nello specifico, le diverse funzioni in cui il coinvolgimento dell’ipotalamo è almeno parzialmente accertato includono: Controllo del flusso sanguigno, tramite la regolazione della gittata cardiaca, del tono vasomotorio, dell’osmoralità plasmatica e della clearance renale, nonché tramite il controllo della sete e del consumo di sodio Regolazione del metabolismo energetico, rilevando i livelli di glucosio ematico e regolando il comportamento alimentare, le funzioni digestive, il tasso metabolico e la temperatura corporea Regolazione dell’attività riproduttiva, influenzando l’identità di genere, l’orientamento sessuale e i comportamenti di accoppiamento e, nella femmina, regolando i cicli mestruali, la gravidanza e l’allattamento Coordinazione delle risposte a condizioni ostili, regolando il rilascio di ormoni dello stress, modulando l’equilibrio tra il tono simpatico e quello parasimpatico e influenzando la distribuzione regionale del flusso sanguigno Nonostante l’impressionante gamma di funzioni controllate dall’ipotalamo, le singole componenti di quest’area nervosa utilizzano meccanismi fisiologici simili per esercitare la loro influenza: i circuiti ipotalamici ricevono informazioni sensoriali e contestuali, confrontano tali informazioni con i valori di riferimento normali per le variabili biologiche e attivano i relativi sistemi effettori (motorio viscerale, neuroendocrino e somatico) per ristabilire le condizioni omeostatiche e/o per attivare appropriate risposte comportamentali Analogamente al sovrastante talamo e coerentemente con i diversi suoi ruoli funzionali, l’ipotalamo comprende un gran numero di nuclei distinti, ognuno con distinte proiezioni e funzioni; questi nuclei, molti dei quali reciprocamente interconnessi, possono essere raggruppati in tre diverse regioni: regione anteriore (o preottica), regione tuberale (o mediale) e regione posteriore; in particolare: La regione anteriore contiene il nucleo soprachiasmatico (che riceve proiezioni direttamente dalla retina e regola i ritmi circadiani, vedi Stati di attività corticale) e i nuclei preottici mediale e laterale (i quali sintetizzano peptidi che, secreti nel circolo portale che irrora l’ipofisi anteriore, agiscono come fattori di rilascio o fattori di inibizione e regolano la secrezione di svariati ormoni da parte di quest’ultima) La regione medio-tuberale comprende il nucleo paraventricolare e il nucleo sopraottico, in cui sono presenti prevalentemente neuroni neurosecretori i cui assoni si estendono nell’ipofisi posteriore e che, in risposta ad un’appropriata stimolazione, secernono ossitocina o vasopressina direttamente nel circolo sanguigno Alcuni neuroni del nucleo paraventricolare sintetizzano (come i neuroni dei nuclei della regione anteriore) peptidi che poi rilasciano nel circolo portale che irrora l’ipofisi anteriore regolando la secrezione di svariati ormoni da parte di quest’ultima (vedi asse HPA) Altri neuroni ancora, ricevono segnali da altre aree dell’ipotalamo (che a loro volta sono in relazione con la neocorteccia, l’ippocampo, l’amigdala e altre strutture centrali) e proiettano ad alcuni centri autonomici della formazione reticolare e ad alcuni neuroni pregangliari motori viscerali del tronco dell’encefalo e del midollo spinale; si ritiene che siano proprio quest’ultimo gruppo di neuroni a esercitare il controllo ipotalamico sulle efferenze motorie viscerali dirette a tutti i distretti corporei (vedi Sistema motorio viscerale) La regione mediotuberale comprende anche i nuclei dorsomediale e ventromediale, i quali si ritiene siano coinvolti nel comportamento alimentare, riproduttivo e parentale, nella termoregolazione e nella regolazione dell’equilibrio idrico-salino; questi nuclei ricevono afferenze dalle strutture del sistema limbico e dai nuclei sensoriali viscerali (e.g., nucleo del tratto solitario) La regione laterale-posteriore dell’ipotalamo invece è, di fatto, una continuazione rostrale della formazione reticolare caudale (vedi oltre): pertanto, i neuroni della regione laterale non sono organizzati in nuclei, ma sono dispersi tra le fibre del fascicolo prosencefalico mediale (i.e., un’estesa raccolta di proiezioni che decorre attraverso l’ipotalamo laterale); in questa regione laterale sono presenti cellule che controllano lo stato di veglia rilasciando il peptide orexina/ipocretina (vedi Stati di attività corticale). NOTA: Asse ipotalamo-ipofisi-surrene -> L’asse ipotalamo-ipofisi-surrene è un sistema composto da tre organi (nucleo paraventricolare dell’ipotalamo, lobo anteriore della ghiandola ipofisaria e la corteccia della ghiandola surrenale) che si ritiene essere alla base della risposta di stress. In breve, quando un organismo incontra uno stimolo che viene percepito come potenzialmente dannoso, viene innescato un complesso schema di attività che vede protagonisti gli organi che compongono tale sistema; nello specifico: 1) I neuroni del nucleo paraventricolare dell’ipotalamo (che secernono diversi ormoni, tra cui corticotropina e vasopressina) secernono nel circolo portale che irrora l’ipofisi anteriore la corticotropina (CRF), la quale si lega ai recettori per quest’ultima situati nell’ipofisi anteriore. 2) Tale legame stimola l’ipofisi anteriore a rilasciare l’ormone adrenocorticotropo (ACTH) 3) Quest’ultimo stimola la sintesi e il rilascio dell’ormone steroide glucocorticoide chiamato cortisolo (corticosterone nei ratti) da parte della corteccia della ghiandola surrenale 4) I glucocorticoidi, a loro volta, legandosi a specifici recettori disseminati in varie zone del corpo innescano una cascata di reazioni che preparano l’organismo a fronteggiare l’evento percepito come minaccioso (specialmente, aumentano il tasso di glicemia e contrastano le risposte infiammatorie). Parallelamente a questo insieme di eventi, in risposta ad un’opportuna stimolazione, i neuroni (simpatici) dei tratti toracici inferiori e lombari superiori del midollo spinale stimolano la secrezione di adrenalina e noradrenalina da parte della ghiandola surrenale. Tronco dell’encefalo Come già sottolineato in precedenza, con il termine tronco dell’encefalo ci si riferisce a quella porzione dell’encefalo situata tra diencefalo (superiormente) e midollo spinale (inferiormente) che comprende in sé il mesencefalo, il ponte e il bulbo (nonostante le differenti origini embriologiche, gli ultimi due fanno parte del rombencefalo). Sebbene bulbo, ponte e mesencefalo intervengano in una miriade di funzioni specifiche, le azioni integrate di questi componenti svolgono tre funzioni fondamentali: 1) Il tronco dell’encefalo è il bersaglio o l’origine dei nervi cranici (coinvolti nelle funzioni sensoriali e motorie della testa e del collo), e ospita circuiti locali che integrano segnali afferenti e organizzano o coordinano segnali efferenti; 2) Il tronco dell’encefalo costituisce una via diretta per i fasci sensoriali ascendenti provenienti dal midollo spinale, per i fasci sensoriali per la testa e il collo, per i fasci motori discendenti dal prosencefalo e per le vie locali che collegano i centri per il movimento degli occhi 3) Il tronco dell’encefalo è coinvolto nella regolazione del livello di coscienza prevalentemente attraverso le estese proiezioni prosencefaliche della formazione reticolare* (un centro di modulazione fondamentale situato presso la porzione centrale del tronco encefalico). (Vista ventrale) (Vista dorsale) NOTA: *La formazione reticolare -> La formazione reticolare è una complessa rete di neuroni e fibre nervose che decorre longitudinalmente nella parte centrale del tronco dell'encefalo. La sua complessità anatomica si riflette anche nelle sue funzioni: i piccoli gruppi eterogenei di neuroni che compongono questa complessa regione cerebrale, infatti, sono coinvolti in una moltitudine di funzioni differenti Detto questo, in modo schematico, si può affermare che: I gruppi di neuroni nelle regioni più rostrali svolgono prevalentemente funzioni di modulazione degli stati di coscienza (e.g., sonno e veglia): essi modulano l’eccitabilità dei neuroni talamo-corticali e di molti neuroni corticali attraverso estese proiezioni che utilizzano svariati neurotrasmettitori (vedi Stati di attività corticale) I gruppi di neuroni nelle regioni più caudali svolgono prevalentemente funzioni premotorie: essi integrano segnali sensoriali con segnali provenienti dai motoneuroni superiori e dai nuclei cerebellari profondi e, per mezzo di tali segnali, coordinano le attività efferenti di svariati motoneuroni viscerali inferiori e di alcuni motoneuroni somatici del tronco dell’encefalo e del midollo spinale coinvolti nel comportamento somatico riflesso o stereotipato. [Nota: Un insieme di gruppi neuronali che non rientra facilmente in questo quadro rostro-caudale è quello dei neuroni che danno origine alle proiezioni reticolo- spinali che servono a modulare il guadagno dei riflessi intrasegmentali che coinvolgono i muscoli del tronco e i muscoli prossimali degli arti e a ritrasmettere i segnali di avvio dei movimenti stereotipati degli arti, come la locomozione (vedi Sistema motorio)] Mesencefalo -> Il mesencefalo è quella porzione dell’encefalo che origina dalla vescicola mesencefalica (il rigonfiamento centrale dei tre che compaiono presso l’estremità cefalica del tubo neurale e che si sviluppano a formare l’encefalo) e che costituisce la parte più rostrale del tronco dell’encefalo. Dal punto di vista anatomico il mesencefalo si suddivide in: Tetto > Termine generale utilizzato per indicare la porzione dorsale del mesencefalo formata dai due collicoli superiori (stazione importante della via visiva) e i due collicoli inferiori (stazione importante della via uditiva); quest’ultimi talvolta vengono chiamati anche corpi/tubercoli/collicoli quadrigemini). Tegmento > Termine generale utilizzato per indicare la porzione ventrale del mesencefalo. L’altra caratteristica anatomica fondamentale del mesencefalo è la presenza dei peduncoli cerebrali che sono visibili dalla superficie ventrale: essi sono coppie di “gambi” di sostanza bianca situate nella porzione ventrale del mesencefalo, le quali contengono i principali fasci di assoni che prendono origine dalla corteccia cerebrale e terminano nel tronco dell’encefalo e nel midollo spinale (corticopontino, corticobulbare e corticospinale). [Nota: Questi ultimi non vanno confusi con i peduncoli cerebellari; vedi oltre] A livello del mesencefalo si individuano diverse strutture di notevole rilevanza fisiologica, tra cui: Sostanza grigia periacqueduttale (PAG) > Struttura di sostanza grigia che circonda l’acquedotto cerebrale (situato lungo la linea mediana del mesencefalo) e che sembra avere un ruolo cruciale nella modulazione della percezione del dolore (vedi Dolore) Substantia nigra > Struttura bipartita di sostanza grigia che contiene una suddivisione compatta (chiamata appunto parte compatta) costituita da neuroni densamente ravvicinati che sintetizzano e rilasciano dopamina nel caudato e nel putamen, e una suddivisione pallidale (detta parte reticolata) costituita da una rete di neuroni che forniscono efferenze inibitorie (GABAergiche) dai gangli della base al talamo e al tronco dell’encefalo (vedi Via diretta e via indiretta) Nucleo rosso > Nucleo parvocellulare situato nel tegmento coinvolto nell’attività di regolare il nucleo olivare inferiore; integra le afferenze provenienti dalla corteccia cerebrale e dal nucleo dentato controlaterale del cerebrocervelletto [Approfondire] Mesencefalo: NOTA: Per quanto riguarda i nuclei dei nervi cranici (vedi oltre), a livello del mesencefalo si individuano: Nucleo oculomotore Nucleo di Edinger-Westphal Nucleo trocleare Nucleo mesencefalico del trigemino Ponte -> Il ponte è quella porzione dell’encefalo che, assieme al cervelletto, origina dalla porzione anteriore della vescicola rombencefalica (il più rostrale dei tre rigonfiamenti che compaiono presso l’estremità cefalica del tubo neurale e che si sviluppano a formare l’encefalo; dalla porzione posteriore si sviluppa il bulbo), denominata metencefalo, e che costituisce la porzione centrale del tronco dell’encefalo (è infatti situato caudalmente al mesencefalo e rostralmente al bulbo). Il ponte ha essenzialmente il compito di connettere il bulbo ai centri superiori dell’encefalo e di creare connessioni con l’altra componente fondamentale del rombencefalo, il cervelletto (situato al di sopra del ponte appena inferiormente al lobo occipitale). Il ponte è collegato al cervelletto grazie ai peduncoli cerebellari (superiori, medi e inferiori), tre coppie bilaterali di fasci contenenti assoni efferenti (superiori e inferiori) afferenti (inferiori e medi) provenienti dal o diretti al cervelletto. [Nota: La corteccia cerebellare è uno strato sottile e continuo di cellule nervose ripiegate in piccole circonvoluzioni chiamate folia (vedi Cervelletto)] Tra i nuclei più importanti a livello del ponte si individuano: Nuclei del Rafe > Nuclei che proiettano a diversi bersagli prosencefalici e che regolano il sonno e la veglia (vedi Serotonina) Locus coeruleus > Nucleo che proietta a diversi bersagli del prosencefalo e che, principalmente, influenza il ciclo sonno/veglia e il livello di attivazione corticale, o arousal (vedi Noradrenalina) NOTA: Per quanto riguarda i nuclei dei nervi cranici (vedi oltre) a livello del ponte si individuano: Nucleo principale del trigemino Nucleo motore del trigemino Nuclei cocleare Nuclei vestibolare Nucleo abducente Nucleo motore facciale Nucleo salivare superiore Nucleo salivare inferiore Bulbo -> Il bulbo (o midollo allungato) è quella porzione dell’encefalo che origina dalla porzione posteriore della vescicola rombencefalica (il più rostrale dei tre rigonfiamenti che compaiono presso l’estremità cefalica del tubo neurale e che si sviluppano a formare l’encefalo; dalla porzione anteriore si sviluppa il ponte), denominata mielencefalo, e che costituisce la parte più caudale del tronco dell’encefalo. Dal punto di vista morfologico, il bulbo è caratterizzato da due rigonfiamenti sulla superficie ventrale: Olive inferiori > Rigonfiamenti sporgenti situati sulla superficie ventrolaterale del bulbo Piramidi bulbari > Rigonfiamenti che si estendono longitudinalmente sulla superficie ventromediale del bulbo formate dal tratto corticospinale e da un piccolo residuo del tratto corticobulbare Fra i nuclei più importanti a livello del bulbo si possono individuare: Nucleo gracile > Nucleo somatosensoriale situato nella porzione caudale del bulbo che contiene i neuroni sensoriali di secondo ordine che ritrasmettono informazioni relative alla sensibilità meccanica provenienti dai recettori periferici situati nella parte inferiore del corpo al talamo controlaterale, attraverso il lemnisco mediale. Nucleo cuneato > Nucleo somatosensoriale situato nella porzione caudale del bulbo che contiene i neuroni sensoriali di secondo ordine che trasferiscono al talamo controlaterale le informazioni provenienti dai recettori periferici situati nella parte superiore del corpo (esclusa la faccia) al talamo controlaterale, attraverso il lemnisco mediale. [Approfondire] NOTA: Per quanto riguarda i nuclei dei nervi cranici (vedi oltre), a livello del bulbo si individuano: Nucleo ambiguo Nucleo motore dorsale del vago Nucleo ipoglosso Nucleo del tratto solitario Nucleo accessorio Nervi cranici -> Con il termine nervi cranici ci si riferisce alle dodici coppie di nervi sensoriali, motori e sensomotori (misti) che innervano bersagli situati nella testa e nel collo; in generale: Tre paia veicolano solo informazioni sensoriali > nervo olfattivo (I), nervo ottico (II), nervo acustico/vestibolo-cocleare (VIII). Cinque paia veicolano solo informazioni motorie> nervo oculomotore (III), nervo trocleare (IV), nervo abducente (VI), nervo accessorio spinale (XI), nervo ipoglosso (XII). I rimanenti quattro veicolano informazioni miste (sia sensoriali sia motorie) > nervo trigemino (V), nervo facciale (VII), nervo glosso-faringeo (IX), nervo vago (X). Diversamente dai nervi del midollo spinale, i punti di entrata e di uscita dei nervi cranici non sono disposti regolarmente lungo l’asse longitudinale del tronco dell’encefalo; nello specifico: Il nervo olfattivo (I) ed il nervo ottico (II) escono direttamente nel prosencefalo Il nervo trocleare (IV) è l’unico nervo ad uscire dalla superficie dorsale del tronco dell’encefalo (a livello del mesencefalo); è anche il solo nervo a connettersi con il tessuto controlaterale Tutti gli altri nervi emergono da regioni distinte sulla superficie ventrale del tronco dell’encefalo. In particolare: ▪ Il nervo oculomotore (III) esce nello spazio compreso tra i due peduncoli cerebrali (sulla superficie ventrale del mesencefalo) ▪ Il nervo trigemino (V), il più grande tra i nervi cranici, esce dall’area ventrolaterale del ponte, attraversando le fibre del peduncolo cerebellare medio ▪ Il nervo abducente (VI), il nervo facciale (VII) e il nervo vestibococleare (VIII) emergono in posizioni rispettivamente da mediale e laterale in prossimità della giunzione tra ponte e bulbo (i.e., abducente più mediale, vestibococleare più laterale) ▪ Il nervo glossofaringeo (IX) e il nervo vago (X) escono dalla superficie ventrolaterale del bulbo ▪ Il nervo ipoglosso (XI) esce dalla superficie ventromediale del bulbo, tra le piramidi bulbari e l’oliva inferiore. ▪ Il nervo accessorio spinale (XII) non prende esce dal tronco dell’encefalo ma dalla porzione laterale superiore del tratto cervicale del midollo spinale Riassumendo: Nuclei dei nervi cranici -> I nuclei dei nervi cranici sono il bersaglio dei nervi sensoriali o l’origine dei nervi cranici (fanno eccezione i nervi olfattivo ed ottico); tra essi si ascrivono: Nucleo oculomotore > Nucleo motorio somatico situato a livello della porzione rostrale dorso-mediale del mesencefalo costituito dai neuroni i cui assoni innervano i muscoli che permettono la maggior parte dei movimenti oculari e i muscoli della palpebra superiore; i loro assoni formano il nervo oculomotore (III) Nucleo di Edinger-Westphal > Nucleo motorio viscerale situato a livello della porzione rostrale dorso-mediale del mesencefalo costituito dai neuroni pregangliari parasimpatici che rappresentano la componente efferente del riflesso pupillare alla luce (vedi Vie centrali del sistema visivo); i loro assoni (assieme a quelli del nucleo oculomotore) formano il nervo oculomotore (III) Nucleo trocleare > Nucleo motorio somatico situato a livello della porzione caudale dorso-mediale del mesencefalo costituito dai neuroni i cui assoni che innervano i muscoli che permettono di ruotare l’occhio verso il basso ed esternamente; i loro assoni formano il nervo trocleare (IV) Nucleo mesencefalico del trigemino > Nucleo sensoriale situato nella porzione caudale del mesencefalo composto da neuroni pseudounipolari che trasportano informazioni propriocettive provenienti dalla faccia ai nuclei del tronco dell’encefalo responsabili del controllo dei riflessi dei muscoli facciali (vedi Propriocezione); i loro assoni (assieme ai neuroni del nucleo principale del trigemino, vedi oltre) formano la componente sensoriale del nervo trigemino (V). Nucleo principale del trigemino > Nucleo sensoriale situato a livello della porzione paramediale del ponte costituito da neuroni che ricevono informazioni meccanosensoriali della faccia dai neuroni pseudounipolari del ganglio di Gasser; i loro assoni (insieme a quelli del nucleo mesencefalico del trigemino) formano la componente sensoriale del nervo trigemino (V) Nucleo motore del trigemino > Nucleo motorio branchiale situato a livello della porzione mediale del ponte costituito dai neuroni che innervano i muscoli della masticazione; i loro assoni formano la componente motoria del nervo trigemino (V) Nuclei cocleare > Raggruppamenti di neuroni sensoriali situati a livello della porzione laterale tra ponte e bulbo costituito dai neuroni che ricevono informazioni acustiche dai neuroni pseudounipolari del ganglio spirale (che a loro volta innervano la coclea; vedi Sistema uditivo); i loro assoni (assieme a quelli dei neuroni pseudounipolari del ganglio di spirale, dei neuroni dei nuclei vestibolari e dei neuroni bipolari del ganglio di Scarpa) formano il nervo vestibolo-cocleare (VIII) Nuclei vestibolare > Raggruppamenti di neuroni sensoriali situati a livello della porzione laterale tra ponte e bulbo costituiti dai neuroni che ricevono informazioni vestibolari dai neuroni pseudounipolari del ganglio di Scarpa (che a loro volta innervano il labirinto vestibolare; vedi Sistema vestibolare) Nucleo abducente > Nucleo motorio somatico situato a livello della porzione mediale del ponte costituiti dai neuroni che innervano i muscoli che permettono l’abduzione dell’occhio; i loro assoni formano il nervo abducente (VI) Nucleo motore facciale > Nucleo motore branchiale situato a livello della porzione mediale del ponte costituito dai neuroni che innervano i muscoli della mimica facciale; i loro assoni (assieme a quelli del nucleo salivare superiore e dei neuroni pseudounipolari del ganglio genicolato) formano la componente motoria del nervo facciale (VII) Nucleo salivare superiore > Nucleo motore viscerale situato nella porzione caudale dorsolaterale del ponte costituito da neuroni pregangliari parasimpatici che mediano la lacrimazione e la salivazione; Nucleo salivare inferiore > Nucleo motore viscerale situato nella porzione caudale dorsolaterale del ponte costituito da neuroni pregangliari parasimpatici che mediano la salivazione; i loro assoni (assieme a quelli del nucleo ambiguo e del ganglio glosso-faringeo) formano la componente motoria del nervo glosso-faringeo (IX). Nucleo ambiguo > Nucleo motorio branchiale situato a livello della porzione rostrale dorsolaterale del bulbo costituito da motoneuroni somatici che innervano i muscoli striati della laringe e della faringe Nucleo motore dorsale del vago > Nucleo motorio viscerale situato a livello della porzione rostrale dorsomediale del bulbo costituito da neuroni pregangliari parasimpatici che innervano gli organi viscerali del torace e della parte superiore dell’addome (mediano svariate funzioni autonome); i loro assoni formano la componente motoria del nervo vago (X) Nucleo ipoglosso > Nucleo motorio somatico situato a livello della porzione rostrale dorsomediale del bulbo costituito da neuroni che innervano i muscoli della lingua; i loro assoni formano il nervo ipoglosso (XII) Nucleo del tratto solitario > Nucleo sensoriale viscerale situato a livello della porzione medialetra ponte e bulbo costituito da neuroni che contiene una suddivisione gustativa nella parte rostrale ed una suddivisione sensoriale viscerale in quella caudale; integra afferenze ritrasmesse dalla suddivisione rostrale e numerose afferenze sensoriali viscerali primarie e secondarie riguardanti il controllo autonomo dell’intestino, del sistema cardiovascolare e di altri organi bersaglio Nucleo accessorio > Nucleo motore branchiale situato tra la porzione caudale del bulbo e il midollo spinale cervicale costituito da neuroni che innervano i muscoli del collo e delle spalle; i loro assoni formano il nervo accessorio (XI) Riassumendo: Midollo spinale Il midollo spinale è la porzione caudale (post-cranica) del SNC situato all’interno del canale vertebrale che si estende approssimativamente dalla prima vertebra cervicale (C1) alla seconda vertebra lombare (L2); esso media la trasmissione di segnali nervosi afferenti ed efferenti tra il SNC e il resto del corpo. L’organizzazione della sostanza grigia e della sostanza bianca del midollo spinale è relativamente semplice: l'interno è formato da sostanza grigia, l’esterno da sostanza bianca. Nello specifico: La sostanza grigia (che qui ha una forma simile ad una farfalla o ad una H -> ψυχή?) viene convenzionalmente divisa in corna dorsali (o posteriori), corna laterali (o intermedie) e corna ventrali (o anteriori); in particolare: ▪ Le corna dorsali contengono i corpi cellulari dei neuroni che ricevono informazioni sensoriali (dolorifiche; vedi sensibilità somatica) dai neuroni dei gangli delle radici dorsali (i cui assoni entrano nel midollo spinale attraverso le corna dorsali). ▪ Le corna laterali (presenti soprattutto nella zona toracica) contengono i corpi cellulari dei motoneuroni viscerali pregangliari che proiettano ai gangli simpatici. ▪ Le corna ventrali contengono i corpi cellulari dei motoneuroni che prendono contatto con i muscoli striati (passando per le radici ventrali dei nervi spinali). [Vedi lamine del Rexed] La sostanza bianca viene suddivisa in colonne dorsali (o posteriori), colonne laterali e colonne ventrali (o anteriori), ognuna delle quali contiene fasci di assoni relativi a specifiche funzioni. In particolare: ▪ Le colonne dorsali comprendono assoni che trasportano informazioni sensoriali ascendenti che provengono prevalentemente dai meccanorecettori somatici (vedi sensibilità somatica - lemnisco mediale). ▪ Le colonne laterali comprendono sia assoni che provengono dalla corteccia cerebrale e prendono contatto con gli interneuroni e i motoneuroni delle corna ventrali (questa importante via è chiamata tratto corticospinale), sia assoni che trasferiscono segnali propriocettivi dai neuroni del midollo spinale al cervelletto. ▪ Le colonne ventrali comprendono sia assoni che trasportano informazioni sensoriali ascendenti relative al dolore e alla temperatura, sia assoni che trasportano informazioni motorie discendenti dal tronco dell’encefalo e dalla corteccia motoria inerenti al controllo e all’aggiustamento posturali. Dal midollo spinale emergono dorso-lateralmente e ventro-lateralmente dei fasci di assoni/fibre nervose che formano rispettivamente le radici dorsali e le radici ventrali, le quali si uniscono per dare origine dei nervi spinali/periferici. Le informazioni sensoriali portate dagli assoni afferenti dei nervi spinali entrano nel midollo spinale attraverso le radici dorsali; le informazioni motorie portati dagli assoni efferenti dei nervi spinali escono dal midollo attraverso le radici ventrali. Lamine di Rexed (suddivisioni della sostanza grigia nel midollo spinale): Due regioni del midollo spinale presentano un rigonfiamento per accogliere un numero maggiormente elevato di cellule e connessioni nervose, necessario per elaborare informazioni relative agli arti superiori e inferiori: Il rigonfiamento relativo agli arti superiori è detto rigonfiamento cervicale e comprende i segmenti spinali C3 e T1 Il rigonfiamento relativo agli arti inferiori è detto rigonfiamento lombosacrale e comprende i segmenti spinali L1 e S2. Poiché il midollo spinale è più corto della colonna vertebrale, i nervi lombari e sacrali decorrono per qualche tratto nel canale vertebrale prima di emergere, formando quindi un fascio di radici nervose noto come cauda equina (l’insieme delle radici ventrali e dorsali che, mediante i segmenti caudali del midollo spinale si inseriscono nel rigonfiamento lombosacrale e fuoriescono dal canale vertebrale attraverso i forami intervertebrali caudali e il sacro). [Lo spazio circostante alla cauda equina è oggetto di un importante procedimento clinico chiamato puntura lombare, che consiste nell’inserire un ago in questa cisterna lombare per prelevare un campione di CSF. In quest’area possono essere introdotti senza rischi anestetici locali per indurre anestesia del midollo spinale; a questo livello il pericolo di danneggiare il midollo con l’ago è minimo] Nervi spinali -> Per nervi spinali s’intende l’insieme delle 31 paia di nervi sensoriali e motori che attraversano a coppie bilateralmente simmetriche da ciascuno dei 31 segmenti del midollo spinale e che vanno poi a innervare gran parte del corpo. [Nota: I nervi spinali escono dal canale vertebrale (dove è contenuto il midollo spinale) attraverso i forami intervertebrali] Per convenzione, i nervi spinali vengono distinti in base alla loro corrispondenza con i segmenti del midollo spinale. Di conseguenza, si possono distinguere: 8 nervi cervicali, 12 nervi toracici, 5 nervi lombari, 5 nervi sacrali e un unico nervo coccigeo. Nello specifico: Irrorazione sanguigna dell’encefalo e del midollo spinale La totalità dell’irrorazione sanguigna dell’encefalo e del midollo spinale dipende da due serie di ramificazioni dell’aorta dorsale: le arterie carotidi interne (che sono rami delle carotidi comuni) e le arterie vertebrali (che prendono origine dalle arterie succlavie). Queste due principali serie di rami arteriosi ed i distretti da essi irrorati sono spesso chiamati circolazione anteriore e circolazione posteriore; la prima irrora il prosencefalo, mentre la seconda irrora il tronco dell’encefalo, il cervelletto la porzione superiore del midollo spinale e alcune strutture profonde del prosencefalo posteriore. Il sangue arterioso proveniente dalle due circolazioni ritorna al cuore attraverso la vena giugulare interna, per mezzo di una serie di seni venosi. [Approfondire Drenaggio del sangue venoso] Circolazione anteriore -> Per circolazione anteriore s’intende la vascolarizzazione derivata dalle arterie carotidi interne che, come accennato precedentemente, sono rami delle carotidi comuni (le quali, a loro volta, rappresentano una delle tante ramificazioni dell’aorta dorsale); le arterie coinvolte nella circolazione anteriore sono: Arteria cerebrale media > Una delle due principali ramificazioni della arteria carotide interna, irrora diverse regioni delle porzioni centrale e laterale degli emisferi cerebrali, tra cui le aree sensorimotorie che governano le estremità superiori e la faccia e le aree del linguaggio (Broca e Wernicke); essa irrora anche il corpo del caudato, la maggior parte del globo pallido, la maggior parte del pallido, il ginocchio della capsula interna e l’ipotalamo anteriore. Arteria cerebrale anteriore > L’altra principale ramificazione della arteria carotide interna, irrora le regioni situate nelle porzioni mediale e dorsale dei lobi frontale e dei lobi parietali anteriori, tra cui le aree sensorimotorie del lobulo paracentrale (deputate al controllo delle estremità inferiori), le aree motorie del giro cingolato (che governano i muscoli della parte superiore della faccia) e le aree limbiche localizzate nella porzione mediale del lobo frontale (vedi sistema limbico); essa irrora anche il caudato anteriore, una parte del putamen e il braccio anteriore della capsula interna Arteria coroidale anteriore > Deriva dall’arteria cerebrale media, irrora l’amigdala, l’ippocampo, la parte anteriore del talamo, parte del globo pallido, il braccio posteriore della capsula interna e il plesso coroideo del ventricolo laterale Arteria cerebrale comunicante posteriore > Origina anch’essa dalla corteccia cerebrale media e si ramifica quasi perpendicolarmente ad essa, irrora l’ipotalamo posteriore e il plesso coroideo del terzo ventricolo. Circolazione posteriore -> Per circolazione posteriore s’intende la vascolarizzazione derivata dalle arterie vertebrali e basilare che irrora la porzione posteriore del prosencefalo, il talamo, il romboencefalo e la porzione superiore del midollo spinale; le arterie coinvolte nella circolazione posteriore sono: Arteria cerebrale posteriore > Irrora le regioni della porzione posteriore del lobo parietale e delle porzioni inferiori del lobo temporale e del lobo occipitale (tra cui le aree visive primarie e di associazione e le regioni limbiche del giro cingolato posteriore e del giro paraippocampale) e la porzione mediale del mesencefalo Arteria cerebellare superiore > Irrora la porzione laterale del mesencefalo Arteria cerebellare inferiore posteriore (PICA) > Irrora la porzione laterale del bulbo e il cervelletto Arteria cerebellare inferiore anteriore (AICA) > Irrora la porzione laterale del ponte inferiore e il cervelletto Arterie spinali (anteriore e posteriori) > Irrorano, rispettivamente, la porzione ventrale e la porzione dorsale del midollo spinale; una rete di vasi, nota come vasocorona, collega queste due fonti di irrorazione Riassumendo: [Approfondire] Le Meningi All’interno della cavità cranica (convenzionalmente divisa in anteriore, media e posteriore), l’encefalo è circondato e sostenuto da tre strati membranosi che si estendono anche caudalmente lungo il tronco dell’encefalo e il midollo spinale: essi, nel loro insieme, vengono chiamati meningi. Con il termine “meningi”, dunque, s’intende il rivestimento/tessuto protettivo esterno di tre strati situato sotto le ossa del cranio attorno all’encefalo e al midollo spinale. Lo strato più esterno delle meningi è chiamato dura madre (in riferimento alla sua spessa e resistente consistenza), lo strato intermedio aracnoide (per via dei prolungamenti “a tela di ragno” che si dipartono da essa fino a raggiungere il terzo strato) e il terzo strato invece viene chiamato pia madre (sottile strato che avvolge i vasi subaracnoidei). Lo spazio tra l’aracnoide e la pia madre si chiama “spazio subaracnoideo”; i prolungamenti dell’aracnoide vengono detti “trabecole aracnoidee”; vi sono dei punti chiamati cisterne dove lo spazio subaracnoideo si dilata e forma un accumulo di fluido cerebrospinale [Nota: Poiché le principali arterie che irrorano il cervello decorrono attraverso lo spazio subaracnoideo sulla superficie del telencefalo, questo spazio è spesso sede di emorragie in seguito a traumi: un accumulo di sangue tra gli strati delle meningi è chiamato emorragia (o ematoma) subdurale o subaracnoidea per distinguerlo dall’emorragia dell’encefalo stesso] Il sistema ventricolare Per sistema ventricolare s’intende l'insieme di strutture cerebrali deputate alla produzione, alla circolazione e alla rimozione del liquido cerebrospinale. Ventricoli -> I ventricoli cerebrali sono una serie (quattro) di cavità comunicanti situate al centro del prosencefalo e del tronco dell’encefalo nelle quali scorre il fluido cerebrospinale (CSF); i ventricoli cerebrali sono quattro: Ventricoli laterali > Una volta chiamati primo e secondo ventricolo, i ventricoli laterali sono i ventricoli più grandi e sono situati uno all’interno di ogni emisfero cerebrale; ogni porzione dei ventricoli laterali possiede un nome diverso a seconda della regione dell’encefalo con la quale confina, in particolare: ▪ La parte dei ventricoli laterali che raggiunge il lobo frontale è detta corno frontale. ▪ La parte dei ventricoli laterali che si proietta verso il lobo temporale è chiamata corno temporale. ▪ La parte dei ventricoli laterali che confina con il lobo parietale è detta semplicemente parte centrale. ▪ La parte dei ventricoli laterali che si spinge fino al lobo occipitale prende il nome di corno occipitale ▪ Inoltre, le loro superfici ventrale e laterale sono delimitate dai gangli alla base, la loro superficie dorsale dal corpo calloso e la loro superficie mediale dal setto pellucido, un sottile strato di tessuto membranoso che forma parte della superficie mediale sagittale degli emisferi cerebrali (vedi “Strutture telencefaliche che compongono il sistema limbico”). I ventricoli laterali comunicano con il terzo ventricolo attraverso dei canali (uno per ventricolo) chiamati forami di Monro (o forami intraventricolari). Terzo ventricolo > Il terzo ventricolo è situato situati nello stretto spazio mediale tra il diencefalo destro e sinistro, in una posizione inferiore alla cosiddetta parte centrale dei ventricoli laterali, e superiore al corno temporale dei ventricoli laterali. Il terzo ventricolo si connette al quarto ventricolo attraverso l’acquedotto di Silvio (o acquedotto cerebrale), ovvero lo stretto canale che decorre attraverso il mesencefalo (che è circondato dalla sostanza grigia periacqueduttale). Quarto ventricolo > Il quarto ventricolo decorre longitudinalmente tra il tronco dell’encefalo (situato ventralmente) e il cervelletto (situato dorsalmente); esso poi, a livello caudale, si restringe e forma il canale centrale del midollo spinale. Il quarto ventricolo raggiunge lo spazio subaracnoideo che circonda il SNC attraverso i forami (laterali) di Luschka e il forame (lungo la linea mediana) di Magendie. Riassumendo: Fluido cerebrospinale -> Il fluido cerebrospinale è un liquido trasparente e privo di cellule che riempie i ventricoli del SNC e che, grazie al suo peso specifico e alla sua composizione, fa sì che l’encefalo “galleggi” all’interno della scatola cranica. Il fluido cerebrospinale è prodotto da cellule epiteliali altamente specializzate situate nei plessi coroidei, strutture altamente vascolarizzate di tessuto epiteliale che si trovano in ogni ventricolo. L’assorbimento del CSF nel sangue avviene nel seno sagittale superiore ad opera di strutture chiamate villi o granuli aracnoidei (protrusioni dell’aracnoide che permettono il passaggio del CSF dallo spazio subaracnoideo all’interno dei seni venosi che scorrono a livello della dura madre). [Nota: Il passaggio del CSF nel sangue avviene per differenziale di pressione: quando il CSF ha pressione maggiore della pressione venosa, allora passa nel sangue; detto questo, è opportuno tenere a mente che i villi sono valvole ad una sola via (non c’è passaggio di sangue al sistema)] Circolazione del liquido cerebrospinale -> La circolazione del liquido cerebrospinale può essere brevemente riassunta nei seguenti passaggi: 1) Il CSF viene prodotto dal plesso coroideo, riempie i ventricoli laterali, fluisce dai ventricoli laterali attraverso i forami di Monro nel terzo ventricolo e, passando per l’acquedotto cerebrale, nel quarto ventricolo 2) In seguito, il CSF abbandona il sistema ventricolare attraverso i diversi forami associati al quarto ventricolo (forami di Luschka e forame di Magendie) e raggiunge lo spazio subaracnoideo che circonda il SNC 3) Infine, il CSF passa attraverso i villi aracnoidei e ritorna nella circolazione venosa presso il seno sagittale superiore. NOTA: “Sistema glinfatico” -> Studi recenti hanno mostrato che il CSF fluisce non solo nei ventricoli, nello spazio subaracnoideo e all’interno del seno sagittale superiore ma anche attraverso gli spazi interstiziali del tessuto cerebrale stesso (ovvero, il parenchima cerebrale) Nedergaard e Goldman dell’università di Copenaghen, utilizzando coloranti chimici e tecniche avanzate di microscopia in vitro hanno potuto osservare con attenzione il passaggio del CSF attraverso il parenchima cerebrale; nello specifico hanno notato che: 1) Una certa quantità di CSF entra nello spazio perivascolare che circonda le ramificazioni arteriose, penetrando in profondità all’intero dell’encefalo dallo spazio subaracnoideo. 2) Spinto dalla propulsione del sangue arterioso, questo CSF si muove all’interno del tessuto cerebrale passando attraverso canali specializzati formati da proteine acquaporina-4 e localizzati sui pedicelli terminali degli astrociti. 3) Mentre il CSF passa attraverso il parenchima e si unisce al fluido extracellulare presente negli spazi interstiziali, rimuove i residui metabolici e proteici. 4) Questo fluido infine passa all’interno dello spazio perivascolare circostante ai piccoli vasi venosi e fluisce nuovamente nello spazio subaracnoideo o all’interno di vasi linfatici di recente scoperta che decorrono lungo il seno sagittale superiore. Si stima che questo sistema, detto sistema glinfatico cerebrale (in ragione della partecipazione delle cellule gliali in un sistema simile a quello linfatico), sia responsabile della rimozione del materiale di scarto del cervello. Barriera ematoencefalica La barriera ematoencefalica è una parete di diffusione interposta fra le pareti dei vasi sanguigni cerebrali e il tessuto nervoso circostante che regola selettivamente il passaggio sanguigno di sostanze chimiche da e verso il cervello, proteggendo il sistema nervoso da avvelenamenti e intossicazioni. Essa, pertanto, ha una funzione sia di protezione del tessuto cerebrale da eventuali tossine circolanti nel flusso ematico, sia di “controllo omeostatico” (mantenere livelli ottimali di concentrazione degli ioni e delle molecole vascolari ed extravascolari). La barriera ematoencefalica è formata dalle giunzioni serrate tra le cellule endoteliali dei capillari (cellule che rivestono la superficie interna dei vasi ed impediscono il passaggio delle sostanze) e dai pedicelli terminali degli astrociti circostanti (le regioni terminali dei prolungamenti degli astrociti che avvolgono i capillari cerebrali ed esercitano un’attiva azione di filtro per molecole varie). [Nota: La barriera ematoencefalica costituisce un ostacolo rilevante per la somministrazione di farmaci diretti all’encefalo. Molecole voluminose (o non liposolubili) possono essere introdotte nell’encefalo solamente mediante la temporanea interruzione della barriera ematoencefalica con agenti iperosmotici come il mannitolo Nota II: La barriera ematoencefalica va distinta dalla barriera emato-liquorale, formata dagli endoteli dei capillari, dagli istiociti del connettivo e dall’epitelio dei plessi corioidei, che determina l’impermeabilità fisiologica fra sangue e CSF] LA TRASMISSIONE DEI SEGNALI NERVOSI I segnali elettrici delle cellule nervose Il cervello è particolarmente abile nell’acquisire, coordinare e comunicare informazioni riguardanti il corpo e l’ambiente che lo circonda: i neuroni svolgono queste funzioni generando segnali elettrici e chimici. Tipologie di segnali elettrici delle cellule nervose -> I neuroni utilizzano molti tipi diversi di segnali elettrici per codificare e trasferire informazioni: Potenziale di membrana a riposo (o potenziale di riposo) > Il potenziale elettrico, internamente negativo, che si registra normalmente all’interno delle cellule nervose (in realtà all’interno di tutte le cellule). Potenziali di recettore > Segnale elettrico che consiste nella variazione del potenziale di membrana prodotta nei recettori durante la trasduzione sensoriale. Potenziali sinaptici > Segnale elettrico che consiste nella variazione del potenziale di membrana prodotta dall’azione di un agente chimico con funzione di trasmettitore (permettono la trasmissione da un neurone all’altro). Potenziali d’azione > Segnale elettrico generato e propagato lungo gli assoni (o fibre muscolari), attraverso il quale l’informazione viene trasportata da un punto all’altro del sistema nervoso (o all’interno delle fibre muscolari). Come i movimenti di ioni producono segnali elettrici -> I neuroni non sono di per sé buoni conduttori di elettricità (vedi pag. 34-36), pertanto hanno elaborato meccanismi per generare segnali elettrici che si basano sul passaggio di ioni attraverso la loro membrana citoplasmatica. In altri termini, si può dire che tutti i segnali elettrici delle cellule nervose hanno origine da flussi di ioni (i.e., una qualunque entità molecolare elettricamente carica), i quali sono provocati essenzialmente dal fatto che: 1) Vi sono differenze di concentrazione di ioni specifici ai due lati delle membrane cellulari dei neuroni; 2) Le membrane cellulari dei neuroni sono selettivamente permeabili ad alcuni di questi ioni. [Nota: Le specie ioniche di maggior importanza fisiologica sono gli ioni K+, gli ioni Na+, gli ioni Cl- e gli ioni Ca2+ e gli ioni H+] Di fatti, per esempio: Il potenziale di membrana origina principalmente da un efflusso di ioni K+ attraverso le membrane cellulari delle cellule nervose (che sono prevalentemente permeabili al K+). Il potenziale d’azione invece è origina da un afflusso di ioni Na+ attraverso la membrana dovuto ad un aumento transitorio della permeabilità di quest’ultima al Na+ (esse generalmente sono leggermente permeabili al sodio). NOTA: Canali ionici e trasportatori attivi -> Le due proprietà riportate sopra (permeabilità e distribuzione non uniforme) dipendono a loro volta da diversi tipi di proteine presenti nella membrana plasmatica delle cellule nervose. In particolare, la permeabilità selettiva della membrana è (in gran parte) dovuta alla presenza di proteine conosciute come canali ionici, la distribuzione non uniforme di specifici ioni ai due lati della membrana è invece dovuta (in gran parte) a proteine conosciute come trasportatori attivi. [Nota: Canali e trasportatori lavorano in pratica gli uni contro gli altri e, così facendo, generano il potenziale di membrana e i potenziali d’azione, oltre ai potenziali di recettore e i potenziali sinaptici, che poi innescano i potenziali d’azione] Nello specifico: I canali ionici sono proteine transmembrana provviste di pori che permettono, solo a determinati ioni, di attraversare la membrana cellulare nella direzione dei loro gradienti di concentrazione. Essi possono essere costituiti da una singola proteina o, più frequentemente, da un complesso multiproteico che comprende diverse subunità (generalmente indicate con lettere dell’alfabeto greco) le quali formano, circondandolo, uno stretto poro che, aprendosi su entrambi i versanti della membrana, permette, solo a certi tipi di ioni, di permeare la membrana in modo selettivo. Sebbene il ruolo specifico dei singoli canali ionici sia molto diversificato, solitamente si distingue tra: ▪ Canali ionici voltaggio-dipendenti > Canali ionici la cui apertura o chiusura avviene in risposta a variazioni del potenziale di membrana. ▪ Canali ionici ligando-dipendenti > Canali ionici la cui apertura o chiusura avviene in risposta a segnali chimici. All’interno di questa tipologia, si può ulteriormente distinguere tra i canali regolati da segnali chimici extracellulari (come i neurotrasmettitori) e tra i canali regolati da segnali chimici intracellulari (come i secondi messaggeri). ▪ Canali ionici che rispondono ad altre forme di stimoli fisici (temperatura o deformazione meccanica della membrana) I trasportatori attivi sono proteine transmembrana che trasportano attivamente ioni all’interno o all’esterno della membrana facendoli muovere in direzione opposta ai loro gradienti di concentrazione. Sebbene il ruolo specifico dei trasportatori attivi sia molto diversificato, questi possono essere suddivisi in due tipologie principali (in base alla fonte di energia adoperata per il movimento degli ioni): ▪ Pompe ATPasiche > Trasportatori attivi che utilizzano l’idrolisi di ATP (i.e., “consumano energia”) per trasportare ioni intracellulari ed extracellulari contro il loro gradiente elettrochimico. Gli esempi più importanti di pompe ATPasiche sono la pompa Na+/K+ e la pompa per il Ca2+. ▪ Scambiatori ionici > Trasportatori attivi che trasportano ioni intracellulari ed extracellulari contro il loro gradiente di concentrazione utilizzando come sorgente di energia il gradiente elettrochimico di altri ioni. Questi trasportatori possono essere ulteriormente suddivisi, in base alla direzione in cui vengono trasferiti gli ioni, in anti-trasportatori (e.g., lo scambiatore Na+/Ca2+ o lo scambiatore Na+/H+) e co-trasportatori (e.g., il co-trasportatore Na+/K+/Cl- o il co-trasportatore K+/Cl-) [Nota: Membrana cellulare -> La membrana cellulare (detta anche membran

Appunti di Neuroscienze e Neuroscienze Cognitive PDF

Document Details

Tags

Related

Summary

Full Transcript

Upgrade to continue