Psicobiologia 1 Parz. PDF

PSICOBIOLOGIA: Testo Pinel J.P e Barnes: esame: diviso in 2 parti (1 parziale: fino alla memoria =novembre); TESTO: questionario a risposta multipla La psicobiologia è lo studio dei meccanismi biologici celebrali che sottostanno ai processi cognitivi e psicologici che abbiano comportamenti.  Da dove nasce l’attività psichica e il comportamento?  Cosa sono i processi cognitivi che ci permettono di pensare, parlare e interagire con il mondo? Il nostro cervello ci consente di svolgere: Pensiero, linguaggio. Comprendere come funziona il nostro cervello è fondamentale per l’educazione. Sapere come apprendiamo e come le emozioni influenzano l’apprendimento ci aiuta a migliorare i processi educativi. Questo tipo di materie è trasversale se parliamo in un ambito di tipo educativo, sapere in che modo educhiamo è importante e ci può aiutare nel nostro lavoro. La psicobiologia dei processi cognitivi studia i meccanismi biologici celebrali alla base dei processi biologici (del pensiero, del linguaggio) e del comportamento. Il cervello è la base biologica dei processi cognitivi ed è l’organo centrale del sistema nervoso (sn), responsabile di tutte le nostre funzioni cognitive. Studiare il cervello significa capire come i neuroni, le sue cellule fondamentali, comunicano tra loro e generano pensieri, le emozioni e i comportamenti. Livelli di analisi: possiamo studiare il cervello a diversi livelli - Microscopica: relativa alle cellule che costituiscono il nostro cervello. Ci concentreremo sulla neurobiologia del neurone a livello cellulare, osserveremo come i neuroni sono fatti, come si connettono e trasmettono segnali elettrici e chimici e vedremo come i neuroni si trasmettono messaggi l’uno verso l’altro (perché i processi psichici dipendono dall’attività di queste cellule). Esempio: quando sto parlando e l’attività di questi neuroni stanno funzionando - Macroscopico: in che modo le cellule insieme ad altre, si aggregano a formare il sistema nervoso, quindi a livello di sistema, analizziamo come le diverse aree del cervello lavorano insieme per svolgere funzioni specifiche Noi siamo quello che siamo grazie all’attività celebrare. Il nostro sistema nervoso è costituito da: un sistema nervoso centrale (il cervello, il midollo spinale) I nervi, che si diramano da queste strutture per andare a formare un sn. I nervi raggiungono tutta la periferia del nostro corpo e anche la nostra gravità interna dove sono posizionati i polmoni, il cuore... Ciò è necessario per comprendere gli stimoli e i neuroni e come essi vengono trasmessi per consentire al corpo stesso di funzionare. Un esempio di processo cognitivo è il movimento (controllo motorio) e rappresenta la funzione preminente fra quelle che svolgiamo e tutto quello che noi facciamo è movimento. Le Funzioni cognitive le possiamo definire “Superiori” con un’accezione positiva e sono quelle funzioni che ci distinguono dal mondo animale, in cui siamo in grado di fare delle cose più sofisticate che ci rendono più abili in determinati campi rispetto al mondo animale, non è un caso che l’uomo sia l’animale che nonostante non sia dal punto di vista fisico superiore ad altre specie animali come forza o potenza ma si è evoluto grazie a dei processi superiori che ci consentono di adattarci al mondo circostante. I processi cognitivi sono le operazioni mentali che ci permettono di acquisire informazioni dall’ambiente, di elaborarle e di produrre risposte comportamentali. Tra i processi cognitivi troviamo: La memoria: è la capacità di acquisire, immagazzinare e recuperare informazioni. La memoria e l’apprendimento sono interconnesse ma non sono coincidenti. Noi apprendiamo in qualsiasi momento della nostra esistenza e lo facciamo l’apprendimento: volontariamente (quando ci applichiamo a studiare qualcosa (ad esempio, studiando), e involontariamente (quando siamo sottoposti a stimoli= veicolati dai media come le guerre, il covid). L’apprendimento è il processo attraverso cui acquisiamo nuove conoscenze e abilità; ad es: l’apprendimento motorio (imparare uno sport), ed esso è finalizzato alla memorizzazione, fine ultimo, cioè la capacità di trattenere per tempi più o meno lunghi le informazioni che abbiamo appreso dall’ambiente circostante. La memorizzazione è un processo importante, non soltanto per trattenere e poter poi applicare la conoscenza sul mondo circostante (indispensabile per vivere), ad es: paziente che ha perso la possibilità di avere ricordi e questa persona non era in grado di condurre una vita autosufficiente. La memoria è molto importante perché contribuisce a formare la nostra persona. ES: Pensiamo all'Alzheimer una malattia neurodegenerativa, quando si perde la memoria di quello che siamo, la persona perde il proprio essere à la memoria è un processo fondamentale della nostra personalità della quale ci accorgiamo della sua importanza proprio quando la perdiamo… Le emozioni: aree celebrali. Le emozioni incidono sulla capacità di apprendimento attraverso l’alfabetizzazione emotiva, pensiamo all’uomo quando ancora non sviluppava il linguaggio. Si comunicava attraverso il linguaggio non verbale, che fa parte del comportamento emotivo (gesti, posture, espressioni facciali). Le emozioni sono state il primo linguaggio a svilupparsi integratosi oggi con quello verbale. La comunicazione attraverso le emozioni è molto importante e ci consente di entrare in contatto con le altre persone, al di là del linguaggio che serve per comunicare. Fino a qualche decennio fa, c’è stata una diatriba tra emozione e ragione, ragione e passione. Le emozioni erano considerate negative, e un eccesso di emotività veniva contrapposto a una maggiore razionalità. Oggi, invece, si riconosce l’importanza di un equilibrio tra entrambe le dimensioni per un sano sviluppo dell’individuo. Un essere umano equilibrato è un essere umano che usa la ragione e le emozioni. Nell’ambiente educativo questo principio è fondamentale aiuta l’apprendimento per un bambino e aiuta a conoscere il significato delle emozioni. Il linguaggio e la lateralizzazione emisferica sono correlati tra di loro  Che cos’è la lateralizzazione emisferica? Questo termine indica che alcune funzioni sono maggiormente appannaggio di un emisfero piuttosto che dell’altro, per esempio le aree deputate al linguaggio, nel 96% della popolazione si trovano nell’emisfero sinistro. Infatti, le persone che subiscono un ictus nell’emisfero sinistro spesso mostrano problematiche relative all’ictus. Immaginiamo il cervello diviso in due metà, chiamate emisferi celebrali. Sebbene siano molto simili tra di loro, svolgono funzioni diverse. Questo fenomeno è chiamato lateralizzazione emisferica. Il cervello è costituito da 2 emisferi (sinistro, destro) che sono più o meno speculari cioè le aree che si trovano nell’emisfero sinistro si trovano anche nell’emisfero destro. Il linguaggio ci distingue dalle altre classi di animali attraverso la capacità di parlare ha costituito un passo in avanti notevole nell’evoluzione della specie umana perché l’uomo è un essere sociale. Il linguaggio facilita la cooperazione perché ci permette di comunicare con gli altri. LA RELAZIONE TRA MENTE E CERVELLO: Il cervello è l'organo che si trova all’interno del cranio e ci permette di vivere, perché nel cervello non si svolgono solo le funzioni superiori ma ci sono anche i centri che svolgono la respirazione, il battito cardiaco... La mente è un termine arbitrario ed è intesa come l'insieme dei processi cognitivi. I processi cognitivi emergono dalla mente ed essa, è un prodotto dal cervello. Quest'idea non è sempre stata così, l’evoluzione sull’idea tra la relazione che esiste tra mente e cervello è stata notevole (dai primi studiosi che si sono occupati del cervello) e si presenta sin dalle origini della cultura occidentale come centrale e su questo tema si sono sviluppate nel tempo diverse teorie. Alcune delle quali, si ripropongono anche nel dibattito scientifico attuale. Nello scritto di Ippocrate, considerato il padre della medicina, nel IV secolo a.C. = senza avere conoscenze su come era costituito il cervello e su come esso si integrava nel resto del corpo aveva individuato le caratteriste le caratteriste e le funzioni, descrivendo la relazione tra mente e cervello: la mente emerge dal cervello. La mente è l’insieme dei processi cognitivi e cervello come base biologica. A rendere complessa la definizione tra rapporto tra mente e cervello, è il fatto che per millenni vi è stato una parziale sovrapposizione dell’idea di mente con il concetto di anima (concetto immortale che sopravvive all’individuo). L’Ambito che racchiude diverse discipline a vari livelli dello studio del cervello: la neuroanatomia, la neurofisiologia, e la psicobiologia fanno parte nell’ambito delle neuroscienze. Oggi, la ricerca neuroscientifica si è svincolata da questo concetto annistico della mente; e mente- cervello sono visti come la mente che è l’attività del cervello. La mente è il prodotto tra la mente e il cervello.  Da dove emergono i processi cognitivi? Dal nostro cervello. La mente è il prodotto dell’attività celebrale. I PROCESSI COGNITIVI  Questi processi mentali sono svolti da singoli parti del sn, cervello o da tutto il cervello contemporaneamente? Questa domanda se li sono posti gli antichi pensatori fino ad arrivare ai giorni nostri. ((cosa pensavano allora?) Sono secoli che la ricerca scientifica, dibatte su questo argomento e a tutt'oggi si stanno ancora analizzando i dettagli relativi ad alcuni aspetti relativi questa domanda. Per rispondere a questa domanda ripercorreremo, la storia dell’idea del nostro cervello attraverso l’introduzione dei principi di funzionamento generali del sn. L’attività del cervello ha come conseguenza l’attività psichica è abbastanza recente nella storia dell’umanità, oggi diamo per scontato che l’attività psichica parta dal cervello (prodotto-mente) è abbastanza recente e oggi diamo per scontato che l’attività psichica parta dalla sostanza organica del nostro cervello e sia quindi alla base di quello che pensiamo, vogliamo, amiamo... e in realtà questa affermazione nella storia dell’umanità è avvenuta abbastanza recentemente ed è passata attraverso teorie di idee a volte molto contrastanti tra di loro.  LO STUDIO DEL CERVELLO E DEL COMPORTAMENTO TRA PASSATO, PRESENTE E FUTURO Il cervello ha avuto numerose evoluzioni: - Formazione del pianeta terra: 5 miliardi di anni fa - Comparsa della vita sulla terra,5 miliardi di anni fa - Cervello dei primati:20 milioni di anni fa - Cervello umano nella sua forma attuale: 100 mila anni La parola EVOLUZIONE vuol dire che gli organismi si modificano/evolvono al fine di adattarsi ad un ambiente circostante che muta continuamente. L’uomo ha modificato il mondo circostante per renderlo più adatto alle proprie esigenze, trasformando l’ambiente a proprio vantaggio. Questo ha determinato l’evoluzione dell’essere umano, portando alla comparsa di un cervello simile a quello attuale, con le stesse potenzialità.  A quale periodo si possono far risalire gli albori della psicobiologia della nostra specie? 100 mila anni fa  Qual è stato il salto? L’acquisizione delle capacità simboliche, vuol dire che gli uomini ad un certo punto sono stato in grado di maneggiare dei simboli (scritti, sonori, oggetti) come delle entità che rappresentano mentalmente altre entità. Le capacità simboliche hanno determinato lo sviluppo del linguaggio (gli ominidi hanno iniziato a fare i graffiti nelle grotte: primi tentativi di esprimersi attraverso simboli) Questi simboli hanno un significato rappresentativo attraverso la mente. All’inizio, questa capacità ha consentito lo sviluppo del linguaggio, che ha portato a un incredibile balzo in avanti nella nostra evoluzione. L’uomo ha notevolmente incrementato le proprie capacità comunicative, integrandole con quelle precedenti. Queste capacità si sono innestate su un linguaggio non verbale, che è stato comunque mantenuto. Con la comparsa del linguaggio verbale, l’uomo ha potuto aumentare ulteriormente le proprie capacità. Un altro evento importante è l’avvento dell’agricoltura. Prima di esso (8000 e 4000 anni fa) con l'agricoltura l’uomo è potuto diventare sedentario (stanziale) e imparare a crescere per la propria sopravvivenza. o Questo ha comportato la nascita del concetto di territorio, la difesa dei confini, i confini, l’organizzazione sociale e la sua gerarchia. Quindi, ha determinato di cominciare a pensare ad un'organizzazione vera e propria. Ha determinato: tempo libero o Ha cominciato a riflettere su sé stesso, evolvendosi successivamente fino a diventare ciò che siamo oggi Il cervello è nato 100.000 anni fa e si è evoluto grazie a cambiamenti climatici ed è un prodotto dell’evoluzione. Esso ha le stesse potenzialità di quello di oggi e queste potenzialità si sviluppano in base agli stimoli ambientali, noi utilizziamo il cervello in base a ciò che ci circonda. Numerose testimonianze suggeriscono che il cervello è vitale, infatti documenti archeologici ammontano di testimonianze di teschi di ominidi risalenti a migliaia di anni fa, recanti segni di lesioni craniche. Queste lesioni però, indicavano i siti di trapanazione cioè il cranio veniva aperto chirurgicamente quando il soggetto era ancora vivo. Il cranio mostra segni di guarigione dopo l'operazione, ad indicare che la procedura veniva eseguita su soggetti vivi e non si trattava di un mero rituale dopo la morte. Due pagine del “papiro chirurgico” di EDWIN SMITH del 1700 a.c, ed è il primo testo nella storia in cui viene rinvenuta la parola cervello, scritta in geroglifici, in cui vengono anche descritti questi interventi e gli egiziani mostrano una notevole conoscenza della struttura celebrale. Il concetto di cervello nell’antica Grecia Nonostante sottolinei l’importanza del cervello, gli egiziani credevano nella reincarnazione e utilizzavano la tecnica della mummificazione togliendo gli organi (polmoni, stomaco, il cervello) e il cuore veniva lasciato nel corpo. Nell’antichità ci sono due concezioni fondamentali della localizzazione delle funzioni nervose dei processi cognitivi: o Scuola di IPPOCRATE: convinto che il cervello era la sede dell’intelligenza o ARISTOTELE: il cuore era il centro dell’intelletto (capacità intellettive). Il concetto di cervello durante l'Impero Romano GALENO, importante figura all'interno della medicina romana, abbracciò la tesi di Ippocrate. Egli osservò le lesioni cerebrali dei gladiatori (aveva modo di osservare le conseguenze: traumi, conseguenze celebrali) collegandoli alle funzioni mentali e comportamentali e rappresento il cervello in base alle sue osservazioni, iniziando con metodo tutto ciò praticato, utilizzando animali (pecora) e si rese conto che il cervello non è una struttura compatta ma al suo interno sono presenti delle cavità chiamate ventricoli (liquido celebro-spinale). Secondo Galeno, le presentazioni venivano registrate ed i movimenti del corpo avviati a partire dallo spostamento degli umori da o verso ventricoli del cervello, attraverso i nervi virgola che si riteneva fossero tubi vuoti, al pari dei vasi sanguigni. A Galeno dobbiamo dei contributi importanti, sia nel campo anatomico che fisiologico. Elaborò una teoria per la struttura del cervello, vedeva che c’erano delle ramificazioni che reggevano dal cervello al midollo spinale, pensava che fossero delle strutture vuote che il cervello pompava questo liquido che si trovava all’interno di queste cavità in queste strutture determinando il movimento dell’essere umano. Quando i gladiatori si muovevano i muscoli si gonfiavano e quindi GALENO aveva sviluppato quest’idea, secondo la quale il cervello pompava il liquido attraverso queste ramificazioni (pensava che fossero vuote e avessero questo scopo di nascondere questo liquido) i nervi o queste ramificazioni arrivavano ai muscoli contraendosi e questo determinava il funzionamento dell’essere umano. Questa teoria rimase inalterata fino al 1500 a.C. CARTESIO, ha introdotto una rivoluzione nel modo di concepire l'essere umano, proponendo una netta distinzione tra mente e corpo. Egli ha definito la mente come res cogitans, ovvero la sostanza pensante, che comprende tutte le nostre facoltà mentali come il pensiero, la coscienza e la volontà. Il corpo, invece, è stato identificato come res extensa, la sostanza estesa, caratterizzata dalle proprietà spaziali e fisiche, come la forma, la dimensione e il movimento. Quindi distingueva anima e corpo. Precedentemente nella storia non si era mai avvertita questa necessità di distinguere questi due concetti e Cartesio, inizia a vedere le cose in chiave moderna, anche se non tutti sono d'accordo con lui. Gli scienziati e filosofi, dopo Cartesio, erano convinti che non si potesse distinguere anima e corpo, fronteggiando in due scuole di pensiero: - gli umanisti pensavano che Non ci fosse distinzione tra anima e corpo. - I dualisti, pensavano che ci fosse una distinzione specifica tra anima e corpo. Cartesio, fu un accanito sostenitore del dualismo convinto che il cervello e la mente fossero costituiti da materia differente e interagissero grazie alla ghiandola pineale che si trova alla base del cervello. Il cervello secondo Cartesio I nervi cavi si prolungano dagli occhi verso i ventricoli del cervello. la mente influenza la risposta motoria che ho citato un controllo sulla ghiandola pineale. Questa lavora come una valvola per dirigere i movimenti degli spiriti animali attraverso i nervi che gonfiano i muscoli. Nel 1600, si cominciarono a sviluppare le macchine idrauliche in Francia, che si muovevano tramite il movimento dell’acqua attraverso tubi idraulici. Lo sviluppo di queste macchine convinse ancora di più Cartesio della bontà dell’idea di Galeno, il quale aveva proposto che l’uomo si muovesse grazie al pompaggio di questi tubi da parte del cervello fino ai muscoli. È in questo periodo che si iniziò a scoprire il sistema circolatorio e Cartesio pensava che l’uomo funzionasse come una macchina idraulica, mentre l’attività psichica era comandata dalla res cogitans. Cartesio, nel tentativo di spiegare come l'anima (res cogitans) potesse interagire con il corpo (res extensa), individuò nella ghiandola pineale il punto di congiunzione tra queste due sostanze. Secondo la sua teoria, la ghiandola pineale, situata al centro del cervello, sarebbe il luogo in cui i pensieri e le decisioni dell'anima influenzavano il corpo. Cartesio pensava che la ghiandola pineale, fosse intermediaria tra la mente e il corpo. Diversamente dagli altri animali, soltanto l’uomo possedeva questa res cogitas, questo intelletto donato da dio. Le capacità mentali, tipicamente umane (res cogitas) risiedevano al di fuori del cervello e la res cogitas comandava il cervello. Famoso anatomista considerato il padre dell’anatomia, ANDREA VESALIO ha elaborato e trattato tutte le tavole della scrittura del corpo umano, descrivendo il cervello con grande dettaglio. Nonostante l’importanza di questi studi anatomici, l’opera di Vesalio non porta a una rivoluzione dello studio del cervello. Tuttavia, questa profonda analisi anatomica potrebbe promuovere un rinnovamento radicale della concezione del suo funzionamento. Entro la fine del XVII secolo, il sistema nervoso era stato dissezionato completamente e la sua anatomia macroscopica era stata distinta con estremo dettaglio. Il sistema nervoso è suddiviso in due parti: - il sistema nervoso centrale (rosso): è costituito dal cervello contenuto all'interno del cranio e dal midollo spinale che passa all'interno della colonna vertebrale. Il snc è costituito da quelle strutture che sono protetet all'interno di ossa (il cranio per il cervello, le vertebre della colonnavertebrale). Le vertebre sono strutture ossee poste l'una sopra l'altra come all'interno di un forame attraverso il quale passa il liquido. - Nel sistema nervoso periferico (giallo) fanno parte i nervi, che si diramano sia dal midollo spinale che dal cervello e vanno a portarsi in tutta la periferia del corpo umano, consentendo al snc di comunicare con tutto il corpo. Il passo successivo dopo che era stata descritta l’anatomia del sistema nervoso, era che questi nervi (in queste strutture, Galeno pensava che veniva pompato il liquido del ventricolo) il passo successivo smentisce questa teoria grazie a GALVANI, scienziato che ha dimostrato che i nervi non sono strutture vuote attraverso le quali passava il liquido ma sono strutture sede di fenomeni bioelettrici, sono dei fenomeni che avvengono nelle cellule nervose e sono quelle che mediano i messaggi che vengono nel sistema nervoso (sn). Questa concezione rimpiazzò la teoria in cui i nervi comunicassero attraverso i liquidi e il passo seguente fu quello di dimostrare che questi nervi portano due tipi di informazioni: - Un’ Informazione che viene trasmessa dal snc alla periferia, ed è l’informazione che ci consente di muoverci= informazione di tipo motorio - Dalla periferia al snc, ed è l’informazione che ci consente di percepire 8.10.2024  Le funzioni celebrali sono svolte da ciascuna di esse da tutto il cervello contemporaneamente oppure ci sono delle aree celebrali che sono coinvolte in queste funzioni? Due teorie che si sono fronteggiate a questa domanda e sono arrivate a due conclusioni differenti: La teoria frenologica La teoria dei campi associati (Durante il XVII e XVIII secolo, molti scienziati si discostarono dalla visione di Galeno, che faceva convergere tutto sui ventricoli, iniziando ad analizzare più accuratamente il sistema nervoso. Entro la fine del diciottesimo secolo, il sistema nervoso era stato dissezionato completamente la sua anatomia macroscopica descritta in dettaglio.) Le attività cognitive sono le principali funzioni celebrali superiori che rendono conto delle nostre attività (apprendimento, memoria, le capacità artistiche, il linguaggio) Concetto di EVOLUZIONE Secondo numerosi studiosi appartenenti a diverse discipline, il cervello così come lo conosciamo si può risalire a cento anni fa, evolvendosi grazie all’adattamento all’ambiente. Questa struttura si è evoluta in milioni di anni in seguito all’adattamento all’ambiente. Il progresso (in qualsiasi ambito) è dovuto allo sviluppo di tecniche per studiare i fenomeni che ci interessano. Alla fine del secolo scorso, per studiare il cervello occorreva effettuare l’esame autoctono, oggi le tecniche sono innovative e sono quelle di “neuroimmagine” costituita dalla risonanza magnetica, utilizzata a scopo non solo diagnostico ma anche sperimentale (per studiare ad esempio il cervello)  Quali sono le parti del cervello che si attivano maggiormente mentre la persona sta compiendo un determinato compito? Alla fine del 1800, già il sn (sistema nervoso) era stato descritto nel dettaglio ed era stato definito la suddivisione del snc che aveva costituto dal cervello e dal midollo spinale e il sistema periferico costituiva la parte esterna del snc, costituita dai nervi che emergono dal snc e vanno a ritagliarsi in tutta la periferia. La teoria di Galvani Galvani scoprì qualcosa di nuovo. La sua teoria era rimasta immutata fino alla fine del 1600. Secondo questa teoria, i nervi sono canali vuoti all’interno dei quali viene pompato un liquido proveniente dal cervello, permettendo il movimento umano. Galeno, utilizzando cavie animali, in particolare pecore, osservò per la prima volta che il cervello non è una massa compatta, ma contiene delle cavità al cui interno si trova un liquido. Galeno ipotizzò che questo liquido venisse pompato nei canali (nervi), consentendo il movimento umano, ma questa ipotesi si rivelò errata. Fu Galvani a dimostrare che i nervi non sono canali vuoti che trasportano il liquido cerebrale, ma sono strutture coinvolte in fenomeni bioelettrici che permettono al cervello di comunicare con il resto del corpo e ai neuroni di interagire tra loro. Questi fenomeni bioelettrici, come il potenziale di riposo e il potenziale d’azione, rappresentano la modalità di comunicazione tra neuroni e muscoli (che fanno parte della periferia del corpo umano). Galvani diede un grande contributo alla scienza, avanzando la comprensione del funzionamento del cervello.  I nervi portano lo stesse il messaggio messaggi diversi? I nervi sono costituti da fasci di ASSONI. L'assone è una parte del neurone e portano due tipi di messaggi: - Motorio: va dal sistema nervoso centrale (snc) verso la periferia. - Percezione: è la capacità di acquisire stimoli dall’ambiente circostante attraverso i sensi (guardando, ascoltando, gusto, olfatto e riceviamo informazioni su quel cibo). Gli stimoli sensoriali vanno dalla periferia verso il sistema nervoso centrale che li elabora. Esempio: noi riusciamo a vedere perché esiste la percezione JOSEPH GALL La concezione dominante negli ultimi 150 anni è cambiata e in particolare si sono fronteggiate due teorie: La frenologia La teoria dei campi associati GALL, studioso austriaco (primi decenni del 1800) insieme ad un suo collega Sign, fondò una scuola di pensiero chiamata “frenologia”. I frenologi sostenevano che l’organizzazione del cervello fosse incentrata su 35 funzioni specifiche e pensavano che queste funzioni che variavano da capacità cognitive fondamentali (linguaggio, precisione dei colori, la memoria, la speranza, l’autostima) ritenevano che dipendessero dall’attività di specifiche tipologie. Essi pensavano che se una persona utilizzava una (?) con maggior frequenza di altre, la parte del cervello corrispondente a quella funzione aumentava di grandezza e andava a determinare la scatola cranica soprastante e affermavano che se osservando il cranio di una persona, si potesse dedurre quelle che erano le attitudini di quella persona (sia se quella persona era abile nella lettura che nella matematica). Anche se non aveva nessun fondamento scientifico, nel 1827 un libro sulla frenologia fece vendere più di 100 mila copie. Questa idea che il cervello sia costituito da diverse parte e con diverse funzioni portò ad una grande attenzione sulla forma del cervello. La frenologia fu considerata una dottrina atea e materialista. Lo studio del cervello tra presente, passato e futuro Intorno al 1820, i frenologi, capeggiati dal neuro anatomista austriaco Franz Joseph Gall, ebbero l’intuizione che le funzioni mentali dovessero avere una base biologiche, in particolare, che fossero opera del cervello. Gall affermò che il cervello era costituito da non meno di 35 aree distinte, a ciascuna delle quali attribuì una funzione mentale diversa. Secondo i frenologi, i diversi tratti comportamentali possono essere in relazione alle dimensioni delle differenti parti del cranio: tale “scienza” venne perciò denominata personologica anatomica Gall --> esame del cranio= personologica anatomica Questa accademia propose ad alcuni studiosi francesi di dedicare le basi di questa teoria. Uno dei più grandi compositori della frenologia fu FLOURENS che sviluppò una teoria differente denominata teoria dei campi aggregati. Ma un altro motivo che la frenologia fu screditata fu anche a causa che questa teoria cadde nelle mani dei ciarlatani. Il compito di imitare la frenologia fu affidato ad un fisiologo che divenne uno dei più accaniti critici. Tutto questo si inserisce in un'epoca in cui molti studiosi si rifiutavano l’idea che i processi mentali fossero localizzate nelle aree celebrali distinte (divenne il paradigma di questa corrente di pensiero) - Come operò? Operò Conducendo delle sperimentazioni animali, in particolare sugli uccelli(piccioni) ed ebbe un merito di sviluppare un metodo sperimentale della ablazione, e consiste nell’ascoltare piccole quantità di tessuto celebrare e vedere che cosa accede a livello comportamentale, osservano i deficit del comportamento --> giunse alla conclusione che le funzioni mentali non fossero localizzate in specifiche aree celebrali ma fossero uniformemente distribuite nella corteccia celebrale (strato ¾ millimetri e le funzioni superiori sono concentrate nella corteccia) Le funzioni celebrali non hanno alcuna correlazione con la forma del cranio e non sono distribuite uniformemente nel cervello. La svolta si ebbe nel 1861 con PAUL BROCA con disturbi di un neurologo francese, il quale osservando dei suoi pazienti afasici (manifestavano in seguito di ictus nella propulsione del linguaggio: non riuscivano a parlare), facendo esami autoctoni che manifestano questi pazienti tuto lo stesso sintomo, si rese conto che avevano una lesione nella stessa identica area celebrale, che oggi viene denominata area di Broca, che ha la caratteristica di consentire la produzione linguistica (capacità di parlare). Nel 1874, uno studioso tedesco CARL VERNIQUE scoprì un'altra area coinvolta nel linguaggio. Egli studiò altri pazienti che avevano sempre un deficit linguistico, parlavano fluentemente ma non aveva senso quello che dicevano (avevano problemi di comprensione del linguaggio). Ciascuna funzione celebrale è costituita da più aspetti: - Produzione del linguaggio - Comprensione del linguaggio Queste 2 aree nella loro attività sono perfettamente integrate tra di loro quindi; produciamo e comprendiamo … i deficit si manifestano quando qualcosa non funziona. La Lateralizzazione emisferica si divide in emisfero destro e sinistro. Abbiamo 2 emisferi che sono più o meno speculari La lateralizzazione emisferica è un fenomeno per il quale ci sono delle funzioni (come il linguaggio) che è localizzato nell’emisfero sinistro nel 96% della popolazione, una problematica può essere l’ictus, in cui spesso coinvolge la funzione linguistica. - Perché Florence non riuscì a comprendere questo fenomeno nelle funzioni celebrali? Per questa modalità organizzativa del cervello, ciascuno aspetto è svolto da più aree... Il cervello è uno dei tanti meccanismi di difesa che si sono sviluppati durante l’evoluzione, è circondato dalle ossa e dalle meningi (tessuti che ricoprono il cervello, c’è un sistema circolatorio differente agli organi del corpo e non permette il passaggio di tossine, e anche il sistema ventricolare grazie ad un cuscinetto protegge il cervello dagli urti il cranio (scatola cranica). Tutti questi meccanismi di protezione si sono sviluppati durante l’evoluzione compresa questa modalità organizzativa delle funzioni celebrali per farsì che le nostre funzioni celebrali siano al meglio possibile. - Es: le aree celebrali sono costituite da 3 aspetti: Forma, Movimento e colore. I psicobiologi, all’inizio del secolo scorso rimasero colpiti dal fatto che alcuni individui potevano essere ciechi al movimento, a causa di lesioni nelle aree specifiche. Ci sono dei Deficit specifici che non coinvolgono tutta la funzione visiva e costituisce un meccanismo di produzione Oggi il cervello viene osservata grazie alla risonanza: - Magnetica: struttura - Magnetica funzionale (fa vedere la funzione) Alcune aree celebrali sono attive durante l’esecuzione di diversi aspetti (la lettura implica la vista ad esempio) Ci sono specifiche aree della corteccia celebrale: Esistono diverse funzioni celebrali della corteccia celebrale: motorio e cognitivo. La Corteccia celebrale: sostanza di colore grigio In ciascuno dei due emisferi si ha una vista laterale e la corteccia è suddivisa in 4 lobi (distinti tra di loro) individuabili facilmente grazie a dei punti di riferimento anatomici: - Lobo frontale sinistro: è implicato nel controllo e nella pianificazione del movimento - Parietale: implicato su tutta la superficie del nostro corpo: rappresentazione dello schema motorio - Lobi temporali (molto importante) funzione coinvolte aree celebrali: sistema didico che contiene l’amigdala, l’ippocampo (imp sulla memoria) e alcuni aspetti dell’apprendimento - Lobi occidentali verso la gola ----------------------------------------------------------------------------------------------------- A COSA SERVE LA PSICOBIOLOGIA? I psicobiologi Studiano tutte le questioni che riguardano le funzioni celebrali: - QUAL È IL FINE ULTIMO DELLA CONOSCENZA? Comprende al meglio come funziona il cervello e conoscere vuol dire, sviluppare trattamenti terapeutici adeguati a questo studio. LE CELLULE DEL SISTEMA NERVOSO: LE BASI DEL COMPORTAMENTO ❖ Principali tipi cellulari del sn: - Neuroni (cellule nervose): sono le uniche cellule nervose che sono alla base in grado di trasmettere i processi alla base dei processi psicologici, abbiamo circa 8 miliardi di neuroni. - Cellule gliali o glia sono più dei neurali. Glia significa collante e servono a tenere fermi (nella loro posizione) i neuroni. La glia non trasmette i messaggi nervosi ma supporta i neuroni, in quanto i neuroni senza Glia non potrebbero funzionare. Ha numerose funzioni molto importanti: di supporto e tante altre... Nella parte infero posteriore del cervello c’è Il cervelletto, ed è una struttura coinvolta nell’aspetta motorio, può contenere la maggior parte dei neuroni (70%) Si chiama così, perché è un piccolo cervello. Esso è coinvolto nell’aspetto motorio. Abbiamo posto l’attenzione sulla Relazione tra progresso delle tecniche e la neuroscienza: Per studiare la struttura dei neuroni, gli scienziati hanno dovuto superare molti ostacoli: partendo dalla definizione dei neuroni. La vera svolta si è avuta dopo lo sviluppo istologico (studio dello sviluppo della struttura dei tessuti) Principali progressi scientifici che hanno consentito lo studio delle cellule cerebrali - Microscopio ottico - Sviluppo delle tecniche istologiche (struttura del tessuto) - Per poter osservare un organo è necessario andare a tagliarlo, pesare il cervello (per la putrificazione) - Negli anni 50, cè stato lo sviluppo del microscopio elettronico e delle tecniche relative Pag 59 del libro La vera svolta che ci ha fatto comprendere come sono fatti i neuroni e ipotizzare come sono realizzati, è stata la scoperta di 2 coloranti, in cui un colorante è stato scoperto alla fine del 1800 da NISSL (neurologo tedesco), il quale dimostrò che alcuni coloranti potevano colorare i nuclei di tutte le cellule. Questo colorante ha una particolarità, colora solo i neuroni e non le cellule gliali; quindi, permette di andare a studiare i neuroni e ci permette di osservere la citoarchitettura (cito-cellula: organizzazione della cellula), cioè la disposizione dei neuroni in diverse parti del cervello. Grazie a questo colorante, una decina di anni dopo, alcuni studiosi si sono presi la briga di fare una mappatura evidenziando come in tutta la corteccia cerebrale i neuroni siano disposti in modo differente. Questo ci ha permesso di delimitare diverse aree cerebrali, ognuna con una funzione specifica. Abbiamo potuto osservare il numero e la posizione dei neuroni in una determinata area cerebrale. Ancora più evidente è stata la scoperta di un altro colorante ad opera di un medico italiano, CAMILLO GOLGI, che scoprì che impregnando il tessuto cerebrale con un colorante chiamato, cromato di agento, una piccola percentuale di neuroni diventava più scura. Questo ci ha consentito di vedere la forma dei neuroni, cellule piuttosto strane con una parte centrale, costituita dal corpo cellulare e che diramano diverse ramificazioni. PAG 59: IMMAGINE DELLA MAPPATURA Se Camillo Golgi, ha scoperto questo colorante, un altro studioso, l’istologo SANTIAGO RAMON Y CAJAL ha usato questo colorante per elaborare una sua teoria su come i neuroni fossero distribuiti all’interno del cervello per dare origine al cervello stesso. Alla fine del 1888, Ramon venne a conoscenza del metodo di Golgi e lo adottò per comprendere i circuiti di molte regioni del cervello. Incredibilmente, Golgi e Cajal giunsero a conclusioni differenti di come i neuroni fossero organizzati all'interno del cervello. Golgi sosteneva una teoria “reticolare” in cui i neuroni non fossero distinti gli uni dagli altri ma collegati in continuità fisica, formando un reticolo. Pensava che questi filamenti, che emergono dal corpo cellulare, fossero in continuità fisica formando un reticolo attraverso cui passavano messaggi da una parte all'altra del cervello. Cayal intuì correttamente che i neuroni differenti non sono connessi in maniera continua ma mantengono la loro individualità e comunicano attraverso piccoli spazi chiamati sinapsi. La parola sinapsi fu inventata la coniata un fisiologo inglese Charles Sherrington mentre Cayal ha adottato questo termine. Egli sviluppo la teoria del neurone, in cui afferma che il cervello è composto da neuroni distinti le une dalle altre, cellule che sono indipendenti sia dal punto di vista strutturale, metabolico che funzionale; e l’informazione da una cellula all’altra viene trasmessa da cellula a cellula, attraverso piccoli spazi chiamati “Sinapsi”. Nel 1906 Golgi e Cajal vinsero il premio Nobel sul neurone e nel 1950, viene scoperto il microscopio elettronico che consente di osservare questi piccoli spazi, e la teoria del neurone viene confutata --> quello che Cajal aveva ipotizzato elaborando questa teoria, in effetti è quello che poi fu visto e supportato. I dendriti in un neurone la zona della sono generalmente recezione è cost da multipli e la loro queste ramificazioni complessità varia in base che emergono dal al numero di connessioni corpo cellulare sinaptiche che il neurone chiamati dentriti riceve. zona di trasmissione: la zona di uscità è rappresentata dalle terminazioni assoniche che si appoggiano, senza attaccarsi all'albero dentritico o al corpo cellulare di uno o più neuroni PAG PAG 55 55 ------------------------------ Uno dei primi a postulare e avanzare l’idea che i neuroni fossero separati fisicamente fu FREUD (medico e psichiatra) che nel 1895 scrisse un libro intitolato “progetto della psicologia” di cui parlava di questa sua idea che i neuroni fossero cellule distinte. Egli si rese conto, però, che non avrebbe potuto dimostrare questa sua idea, perché i progressi dell’epoca non lo permettevano. Decise di dedicarsi ad altro, ovvero alla psicanalisi. ------------------------------- Nel sistema nervoso esistono più tipi di cellule (neuroni di tipo differente) rispetto a qualsiasi altra parte del corpo. Tuttavia, indipendentemente dalla forma possiamo distinguere queste 4 zone che sono differenti sia dal punto di vista morfologico che funzionale. Dobbiamo ricordare che esiste una stretta relazione tra struttura e funzione. - Zona di recezione: Include i dendriti e il corpo cellulare, dove vengono ricevuti gli stimoli. Un neurone ha la funzione di trasmettere i messaggi ad altri neuroni (zona di input e output). La zona di ricezione (una sorta di antenna) è costituita da filamenti e ramificazioni che emergono dal corpo cellulare, chiamati dendriti. L'albero dendritico è l’insieme dei dendriti e può essere più o meno complesso a seconda di quanti contatti ha con altri neuroni; più è ampio, più contatti potrà ricevere (zona ricevente). I dendriti sono numerosi. - Zona di conduzione: parte importante in cui è costituita dall’assone, una struttura unica che emerge dal corpo cellulare ed è sempre uno solo. L'assone serve per condurre e inviare segnali ad altri neuroni. - Zona di integrazione in questa zona vengono sommati tutti gli stimoli in un dato istante che provengono dall’albero dendritico e se lo stimolo è abbastanza forte questo neurone verrà condotto lungo l’assone e trasmesso ad altri neuroni. Se lo stimolo non è abbastanza forte non succede nulla. Il neurone riceve dai dendriti. - Nella Zona di trasmissione la zona di uscita è rappresentata dalle terminazioni assoniche che si appoggiano, senza attaccarsi all’albero detritico o al corpo cellulare di uno o più neuroni (immaginiamo circuiti da centinaia di neuroni, circuiti molto complessi). Parole chiavi: Zona di uscita del segnale: dai terminali assonici 11.10.2024 Nel sistema nervoso, le cellule sono alla base dei processi mentali di quelli che noi definiamo funzioni cognitive. Esistono due categorie di cellule: - I neuroni che sono le cellule nervose vere e proprie - Le cellule gliali, che sono cellule di supporto rispetto ai neuroni e svolgono delle specifiche funzioni che aiutano i neuroni nel loro funzionamento. Nel sistema nervoso esistono più tipi cellulari rispetto a qualsiasi altra parte del corpo. Tuttavia, in generale, in una cellula nervosa si distinguono quattro zone che sono differenziate dal punto di vista strutturale. C'è una stretta relazione tra funzione e struttura. = (rivedere appunti 8.10 *) Una struttura particolarmente importante è costituita dalla membrana cellulare. Questa struttura è importante da conoscere poiché su di essa si svolgono le funzioni cognitive, che nel loro complesso costituiscono la trasmissione del messaggio incluso. ❖ Che cos’è? E’ una Struttura che si può trovare in tutte le cellule del nostro corpo e serve per delimitare l’ambiente interno della cellula dall’ambiente esterno. La membrana cellulare ricopre tutto il neurone dai dendriti fino ai terminali dell’assone e ricopre tutto il neurone. ❖ Come è costituita la membrana? La membrana è costituita da un doppio strato fosfolipidico. Questo vuol dire che sono presenti due foglietti costituiti da una testa formata da un gruppo fosfato e delle codine formate da lipidi (i grassi). Sia la parte interna della cellula sia gli spazi extracellulari contengono dei liquidi acquosi all’interno dei quali sono sciolti dei sali. La parte lipidica è disposta in questo modo perché non vuole stare in contatto con l’acqua (sono idrofobici), impedendo il passaggio dell’acqua, mentre i gruppi fosfato possono stare a contatto con l’acqua. Complessivamente, questo strato lipidico interno isola la cellula e separa l’ambiente esterno da quello interno. Alcune sostanze importanti, denominate ioni, che sono degli atomi o molecole costituite da una carica positiva e negativa, sono disciolte in questo liquido acquoso. Queste sostanze sono importanti perché sono quelli che mediano la trasmissione nervosa e che queste sostanze non possono passare liberamente attraverso la membrana, ma passano tramite specifici canali, sono strutture costituiti da proteine apposite. Questo strato fosfolipidico ha quindi questa funzione. I lipidi si definiscono idrofobici e sono molecole apolari (prive di cariche) Es: olio costituito da lipidi (non può sciogliersi nell’acqua) I dendriti in una cellula possono essere numerosi mentre nell’assone L’ASSONE è sempre e soltanto uno, è specializzato per la conduzione del processo nervoso ed è capace di trasmettere segnali elettrici a distanze che variano tra 0-2 mm e 2 m. Molti assoni si ramificano dando origine ha delle branche, ognuna in grado di trasmettere l’informazione nervosa a diverse cellule bersaglio. Queste cellule hanno la funzione di trasmettere il messaggio a più cellule (neuroni). (*) il bottone terminale è poggiato sui dendriti- (teoria sul neurone= cellule che comunicano per contatto e non funzione) Cellula a cui appartengono i dendriti (post-sinaptica) e la sinapsi è lo spazio attraverso il quale 2 neuroni comunicano tra di loro I segnali che si propagano lungo l'assone si chiamano potenziali di azione (messaggio nervoso). Sono degli impulsi temporanei e molto rapidi che iniziano a livello cellulare e terminano al bottone terminale. Qui danno origine ad una serie di fenomeni (tappe) che culminano nella trasmissione sinaptica. Esempio di potenziale d'azione: supponiamo di analizzare la percezione visiva (uno dei processi cognitivi). I raggi luminosi stimolano delle cellule nervose nella retina (occhio). Queste cellule, che sono recettori nervosi, fungono da tramite tra l’ambiente esterno (luce) e il cervello (dove ci fanno vedere le immagini attraverso la vista). POTENZIALE DI AZIONE: Gli assoni del snc possiedono un involucro di mielina (struttura uguale alla membrana plasmatica), intervallati da tratti di assoni chiamati nodi di Ranvier. La mielina viene formata dalle cellule gliali. La sclerosi multipla è una malattia neurodegenerativa causata dalla degenerazione della mielina e dell’assone; se la mielina non funziona più, l’assone non è in grado di trasmettere il messaggio nervoso e dopo un po' di tempo muore. Questo ci fa comprendere come sia importante il funzionamento dei neuroni. La mielina serve per condurre un messaggio nervoso. Esistono neuroni non mielinizzati, alcuni li troviamo all’interno del cervello e sono caratteristici degli invertebrati. Tuttavia, i neuroni che nascono per possedere la mielina, se la perdono, non sono più in grado di funzionare. Quando nasciamo il cervello pesa circa 300-400 g, mentre in età adulta pesa circa 1.300 g (dipende dalla massa corporea). Gli uomini hanno un cervello più pesante a causa della loro massa muscolare; la dimensione corporea e la massa sono correlate. Quando nasciamo abbiamo già dei neuroni, e durante la maturazione del sistema nervoso avviene la mielinizzazione degli assoni. Man mano che le aree celebrali maturano, gli assoni ottengono la mielina. I processi di mielinizzazione dipendono dalle cellule gliali, che forniscono la mielina ai neuroni e aumentano il volume dei contatti sinaptici. Quando nasciamo, il bambino non sa parlare né camminare. Lo sviluppo ha delle tappe legate alla maturazione di determinate aree celebrali, e man mano che maturano, si possono svolgere una determinate funzione (correlazione genetico e l’ambiente). Questa disciplina appartiene all’ambito delle neuroscienze e identifica i processi cognitivi come il prodotto del funzionamento celebrale, con un'univoca correlazione tra la base biologica (costituita dal cervello) e l’ambiente. I neuroni hanno una caratteristica: si definiscono perenni e non possono riprodursi. Il cervello gode di una caratteristica che si chiama plasticità celebrale. Questa consiste nel fatto che gli stimoli ambientali, in particolare quelli legati all’apprendimento e alla memoria, possono incidere sulla struttura celebrale determinando cambiamenti nella struttura stessa e in particolare nelle sinapsi. Questi cambiamenti aumentano la capacità di funzionamento delle sinapsi e il loro numero. La plasticità celebrale, spesso identificata come plasticità sinaptica, è determinata tra l’interazione tra cervello e ambiente. Questa plasticità celebrale è un fenomeno elastico ed è rilevata nei bambini, ad esempio nell’apprendimento di una lingua straniera. Essere attivi aiuta a ritardare le malattie neurodegenerative; per attività mentale si intende fare attività fisica e avere relazioni sociali, mantenendo il cervello attivo. Verso la fine degli anni 90, è stato scoperto un fenomeno particolare legato alla plasticità celebrale: la presenza di cellule staminali, soprattutto nelle aree che sono impegnate nei processi di apprendimento e memorizzazione come l’ippocampo (area celebrale che si trova nel sistema limbico ed è coinvolta nella memoria). Queste cellule staminali, trovate nel cervello di persone adulte, sono programmate per diventare neuroni e sono messe in stretta correlazione con i processi di apprendimento e memorizzazione (fenomeno di plasticità sinaptica). Tuttavia, ci sono ancora studi controversi su queste cellule. La sinapsi: (*) il contatto è fatto da una cellula presinaptica (terminale anatomico) della cellula attraverso il bottone terminale (che comunicano per contatto e non per fusione). La sinapsi è uno spazio attraverso il quale due neuroni comunicano tra di loro. All’interno del bottone terminale abbiamo delle vescicole (strutture rotondeggianti) delimitate da una membrana cellulare, le quali all’interno contengono sostanze chimiche, ovvero dei neurotrasmettitori adrenalina, acetilcolina. Quando arriva il potenziale d’azione che percorre tutto l’assone, dal punto in cui emerge dal corpo cellulare fino ai bottoni terminali, accade che le vescicolette si fondono con la membrana plasmatica del bottone terminale. Questa fusione determina la fuoriuscita del neurotrasmettitore all’interno dello spazio sinaptico. I neurotrasmettitori vanno a legarsi a delle strutture che si trovano sulla cellula post-sinaptica. Questo legame determina la stimolazione di questi neuroni, quindi circuiti formati da neuroni collegati tra loro. La sinapsi è il luogo fisico dove nascono i processi mentali. Tutto ciò che determina un cambiamento a livello sinaptico e influenza l’attività sinaptica si riflette sul nostro comportamento. Le sostanze di abuso di tipo chimico, come tutte le droghe interferiscono con l’attività sinaptica, causando comportamenti anomali nelle persone intossicate da queste sostanze. I neuroni sono specializzati nella ricezione, nella conduzione e nella trasmissione degli stimoli nervosi. I neuroni possono essere classificati per forma (punto di vista morfologico) o per funzione: DOMANDA ESAME Dal punto di vista morfologico, abbiamo 3 categorie di neuroni: - Unipolare: è un neurone dal cui corpo cellulare emerge un solo prolungamento o ramificazione. Questo si dividerà in due, in cui una parte funzionerà da dendriti e un’altra da assone, responsabile dell’uscita del segnale. Le cellule unipolari sono quelle dal cui corpo cellulare emerge un solo prolungamento, che ha una piccola distanza dal corpo cellulare stesso (si avrà una parte ricevente). Una parte funzionerà da albero dendritico e un’altra parte funzionerà da assone con i terminali dell'assone. Le cellule unipolari sono la classe più semplice dei neuroni e sono preponderanti per il sistema nervoso degli invertebrati. Si trovano anche in alcune parte del sistema nervoso autonomo. - Bipolari: dal corpo cellulare, emergono due prolungamenti uno funzionerà da albero dendritico e l’altro da assone. Hanno un corpo ovoidale che dà origine a due processi uno funziona da albero dendritico che porta le informazioni e l’altro invece da assone. - Multipolari: dal corpo cellulare emergono molti prolungamenti (neurone classico) abbiamo un albero dendritico più o meno complesso e un unico assone. Nell'assone, la lunghezza è correlata con la distanza che deve coprire. I neuroni bipolari sono caratteristici delle aree sensoriali, che portano le informazioni dai sensi al sistema nervoso. Nella percezione visiva i coni e i bastoncelli sono cellule della retina di tipo bipolare. Indipendentemente dalla forma, possiamo identificare le seguenti zone: quella di ricezione, di conduzione rappresentata dall’assone, di integrazione è rappresentata dalla zona di uscita del segnale. La dimensione dell’albero dendritico. Il numero e l’estensione del processo dendritico sono correlati con quanti contatti sinaptici quella cellula può ricevere da altri neuroni. Maggiore è l’estensione dell’albero dendritico, maggiore sarà il numero di questi contatti. Alcune cellule possono ricevere fino a 1.500 contatti da altri neuroni. Queste cellule multipolari possono differire per altre caratteristiche, come l’estensione dell’albero dendritico. Le cellule, a seconda di dove si trovano nel cervello e della loro funzione, avranno delle differenze tra di loro, pur essendo classificate morfologicamente in una determinata categoria. I neuroni possono essere classificati dal punto di vista funzionale in: - Motoneuroni sono coinvolti nel movimento nelle aree celebrali e servono per impartire ordine ai muscoli I Motoneuroni di secondo livello ai quali prendono contatto i neuroni della corteccia, e nel midollo spinale. Il corpo cellulare si trova nel midollo spinale. Gli assoni si trovano fuori dal midollo spinale e irradiano tutta la periferia e ci consentono il movimento. Le terminazioni assoniche non fanno sinapsi con un altro neurone contatto ma con una fibra muscolare e questa particolare sinapsi si chiama giunzione neuro-muscolare per distinguerla da altre sinapsi che si formano tra i vari neuroni. Questa sinapsi è stata la più facile ad essere studiata poiché si trova all’esterno del cervello, il primo neurotrasmettitore ad essere stato identificato è stato proprio quello che si trova nelle giunzioni neuro-muscolari che è l’acetilcolina che è il neurotrasmettitore classico del movimento (che fanno contatto con le fibre muscolari). Quando arriva il potenziale di azione, il messaggio, questo potenziale di azione va a produrre sulle fibre muscolari la contrazione e ciò ci consente di muoverci. Quando decidiamo di fare un movimento volontario, i neuroni motori che stanno nel mio cervello, comandano i motoneuroni del midollo spinale di trasmettere questo messaggio alla mano per prendere ad esempio un oggetto. - Neuroni funzionali o sensoriali sono deputati alla funzione sensoriale e percettiva, come il gusto, il tatto, le sensazioni di caldo-freddo… Tutte queste esperienze sensoriali e percettive sono possibili grazie all’attività dei neuroni sensoriali. I nostri sensi dipendono da specifici neuroni di ricezione, che hanno la capacità di tradurre i diversi tipi di informazione che si trovano nel nostro ambiente circostante e di generare immagini, suoni e altre percezioni. I neuroni sensoriali, siano essi unipolari o bipolari hanno una conformazione strana. Questa particolare forma consente a ciascuno di questi recettori sensoriali di svolgere una funzione specifica. Nella vista, se si nota, ci sono dei pigmenti nella parte apicale che funzionano da riceventi. Quando vengono colpiti dalla luce, cambiano conformazione e stimolano il neurone sensoriale. Questa stimolazione viene poi trasmessa alle aree cerebrali, alla corteccia visiva, e codificata in immagini. L'Udito: nelle orecchie ci sono i recettori sensoriali dell’udito. Le onde sonore vengono recepite dalla struttura e trasportate (gli stimoli) alla corteccia uditiva, che ci dirà se stiamo ascoltando un suono, una bella melodia, e ci permette di distinguere le varie fonti di suono. Gusto e olfatto: dipendono da sostanze chimiche che si trovano nell’aria oppure negli alimenti e nelle bevande che noi ingeriamo. Questi ricettori sensoriali si sono specificati per varie funzioni. Durante l’evoluzione, si sono formati tutti questi nervi sensoriali, che hanno appunto varie funzioni: - Nel sistema nervoso periferico il corpo cellulare si trova all’interno del midollo spinale e l’assone va verso l'esterno. Il messaggio del motoneurone va dal centro verso la periferia. I neuroni tattili sensoriali si trovano lungo la superficie del corpo; i neuroni sensoriali portano l’informazione in senso inverso, poiché l’assone entra nel midollo spinale e il messaggio va verso il sistema nervoso centrale. Sono fasci di assoni separati appartenenti a neuroni diversi. Le fibre motorie si definiscono efferenti ovvero che escono. Quelle sensoriali, afferenti, vanno verso un qualcosa. Gli impulsi motori vanno verso la periferia, mentre quelli sensoriali dalla periferia verso il centro. - Interneuroni sono tutti quei neuroni che non sono classificati né come i motoneuroni e né come neuroni sensoriali. Mette in comunicazione aree cerebrali. Mette in comunicazione il neurone sensoriale con quello motorio. Tutte le funzioni cognitive sono correlate le une alle altre. Un semplice circuito: una persona cammina a piedi scalzi e pesta una puntina da disegno. Nel momento in cui pesta la puntina, il neurone sensoriale avrà l’albero dendritico verso la periferia e l’assone che entra nel midollo spinale. Il neurone sensoriale fa sinapsi con il motoneurone, portando il messaggio dal midollo verso la gamba, determinando la contrazione della gamba. Questo è un riflesso: ciò non deve farci pensare che il midollo spinale agisca in maniera diversa rispetto al cervello. NON STUDIARE: NON C’E’ ALL’ESAME COME ARGOMENTO Esistono diversi tipi di cellule glia o gliali e tengono ferme i neuroni nelle loro posizioni e contemporaneamente producono la mielina. Sono importanti 2 cellule: Oligodendrociti nel sistema nervoso centrale, che formano la mielina dei neuroni del cervello e del midollo spinale; le cellule di Schwann sono nel sistema nervoso periferico. La mielina si forma in torno agli assoni. 15.10.2024 Il potenziale di membrana a riposo I neuroni hanno diverse parti che differiscono dalla struttura. Gli interneuroni sono le cellule neurali che maggiormente troviamo nel cervello e possiedono in assone che può essere più o meno lungo a seconda di quanto sono distanti le aree che questi neuroni devono mettere in comunicazione. ❖ Come sono organizzati i neuroni? Esattamente come sono organizzati i neuroni a costituire nel complesso il sistema nervoso, il cervello perché è la sede dei processi cognitivi. I neuroni sono organizzati in circuiti. Dobbiamo immaginare i neuroni organizzati in gruppi che proiettano verso un altro gruppo di neuroni. Se questi due gruppi di neuroni che sono collegati tra loro sono vicini gli interneuroni avranno un assone corte e se saranno lontani avranno assone più lungo. Dobbiamo immaginare che nel cervello ci siano delle reti ovvero dei network ovvero reti neurali specifici per ogni funzione nel quale i gruppi di neuroni devono prendere contatto tra di loro. Attraverso dei fenomeni i neuroni prendono contatto e ciò avviene all’interno della membrana cellulare. neuroni devono mettere in comunicazione. Se questi due gruppi di neuroni che sono collegati tra loro sono vicini gli interneuroni avranno un assone corte e se saranno lontani avranno assone più lungo. Dobbiamo immaginare che nel cervello ci siano delle reti ovvero dei network ovvero reti neurali specifici per ogni funzione nel quale i gruppi di neuroni devono prendere contatto tra di loro. Attraverso dei fenomeni, i neuroni prendono contatto e ciò avviene all’interno della membrana cellulare. La membrana ha funzione di delimitare l’ambiente interno alla cellula da quello esterno. I messaggi nervosi avvengono attraverso fenomeni bioelettrici ovvero mediate da sostanze con cariche positive e negative. Andremo a studiare 3 fenomeni: - Potenziale di membrana a riposo: potenziale che si stabilisce ai lati della membrana un una cellula neurale a riposo ovvero che non sta facendo segnali e non è stimolata da altri neuroni. Una disfatta conseguenza di questo potenziale è il potenziale di azione - Potenziale di azione: è il meccanismo attraverso il quale il neurone trasmette informazioni ad altri neuroni. Questo si origina dall’inizio dell’asso e e termina con intensità invariata ai bottoni terminali qui determina una serie di fenomeni che culminano nella trasmissione sinaptica La Trasmissione sinaptica, ci spiega in che modo il cervello dia origine hai processi cognitive, alle funzioni cognitive come linguaggio, pensiero, memoria, ecc. Il potenziale di membrana a riposo. Il potenziale di membrana a riposo è un potenziale che si stabilisce ai lati della membrana di una cellula neurale a riposo, ovvero che non sta inviando segnali e non è stimolata da altri neuroni. Immaginiamo nel nostro cervello come tanti neuroni si trovano a riposo o in piena attività. Questo fenomeno è molto elastico. La prima caratteristica che andremo ad analizzare per comprendere la trasmissione del messaggio nervoso è come si origina e qual è il significato funzionale di questo potenziale di membrana a riposo. Una diretta conseguenza dell’esistenza di questo potenziale di membrana a riposo è un altro potenziale che si definisce potenziale d’azione. Il potenziale d’azione è il meccanismo attraverso il quale il neurone tramette informazioni ad altri neuroni. Questo si origina dall’inizio dell’assone, dove emerge dal corpo cellulare, e termina con intensità invariata ai bottoni terminali. Qui determina una serie di fenomeni che culminano nella trasmissione sinaptica, spiegando in che modo il cervello dia origine ai processi cognitive superiori, alle funzioni cognitive come il linguaggio, il pensiero, la memoria e le emozioni (processo cognitivo). Il potenziale di membrana a riposo Per poter comprendere come si stabilisce e qual è il luogo di origine dobbiamo considerare 3 protagonisti: - La membrana plasmatica che ha funzione di delimitare la parte intra cellulare da quella extra cellulare. Queste sue parti contengono un fluido di tipo acquoso. L’acqua si trova tra una cellula e l’altra sia all’interno. Fluidi ricchi di sali: significa che i fluidi sono attaccate alla membrana plasmatica sia sulla faccia interna che su quella esterna. All’interno dei fluidi sono disciolti dei sali. Altre strutture è la presenza di proteine che si estendono per tutta la membrana plasmatica mettendo in comunicazione la parte extracellulare con quella intracellulare Cosa sono queste proteine? Le proteine sono organizzate per formare dei canali attraverso i quali passano delle sostanze ovvero dei sali costituiti da fluidi. Queste sostanze disciolte nei fluidi sono sostanze chimiche come, ad esempio, l’NaCl (clorudio di sodio) che in acqua vengono scisse in due componenti che vengono scisse in Cloro Cl- e Sodio Na+ uno con carica negativa è uno con carica positiva. Il cloruro di sodio è costituito da elettroni, uno li perde e uno li acquista. NA(sodio ) Cl (cloro) ❖ Quali sono le sostanze che ci interessano? Sodio, cloro e potassio La membrana cellulare è la struttura più importante. La membrana cellulare è costituita da un doppio strato fosfolipidico; ha dei foglietti e ciascuna delle molecole che compongono la membrana è costituita da una parte che contiene un fosfato, una sostanza polare con una carica e una parte costituita da lipidi, ovvero i grassi. I lipidi sono molecole apolari, non vogliono stare a contatto con l’acqua. Questa struttura si forma perché all’interno e all’esterno della cellula ci sono fluidi acquosi e i lipidi evitano il contatto con l’acqua. Questo comporta che l’acqua non possa entrare e né uscire nella cellula a piacimento. Se ciò avvenisse, la cellula rischierebbe di gonfiarsi o di disidratarsi se uscisse troppa acqua. Tuttavia, ciò non accade grazie al perfetto equilibrio. Parole chiavi: membrana, sali e proteine Altra caratteristica dei lipidi: possono muoversi lateralmente, non sono rigidi. La membrana è sicuramente una barriera selettiva, ovvero è in grado di far passare alcune sostanze mentre altre no. Queste sostanze possono entrare dall’esterno verso l’interno e viceversa grazie alle proteine di membrana Quali sono le sostanze che passano all’interno? Sono il sodio, il cloro e il potassio (K+). I canali sono specifici: se nel canale passa il potassio, non passa il sodio; ognuno ha il proprio canale. I canali sono formati da più subunità che formano dei coni. Se misuriamo la differenza di potenziale tra l'interno e l'esterno della membrana, in condizioni di riposo è di -65 millivolt: una misura estremamente piccola. Tra i due lati della membrana esiste questa differenza, quindi il neurone è polarizzato. I segni + e - indicano una concentrazione più alta di cariche positive all'interno, mentre all’esterno la carica è più negativa. Intorno al 1837-38, due studiosi della Columbia University iniziarono a studiare questi fenomeni utilizzando dei neuroni. Il calamaro gigante utilizza questi neuroni. Questi neuroni sono abbastanza grandi da poter essere visti ad occhio nudo. La differenza di potenziale tra l’interno e l’esterno della cellula è stata misurata introducendo degli elettrodi all’interno e all’esterno del neurone e utilizzando un galvanometro (che misura la corrente). Se posizioniamo gli elettrodi, noteremo che mettendone uno all’interno dell’assone e uno nel liquido che circonda il neurone, si misura una differenza di potenziale pari a -65 mV. I neuroni non sono le uniche cellule del corpo umano ad avere un potenziale di membrana a riposo, anche le cellule muscolari ne hanno uno. È necessario che il neurone sia pronto a funzionare e a percepire gli stimoli, non partendo da zero. Il potenziale di membrana a riposo ha la funzione di essere pronto a funzionare. Come sono distribuiti in condizioni di riposo gli ioni sodio, potassio e cloro? All’interno della cellula si trovano proteine di diverso tipo. La cellula ha un'impalcatura proteica che la sostiene, chiamata citoscheletro. Le proteine hanno la caratteristica di portare una carica negativa nella cellula. ❖ Come ione positivo all’interno della cellula abbiamo lo ione potassio, mentre all’esterno abbiamo il cloro e il sodio (DOMANDA ESAME). Nel fluido extracellulare che bagna la membrana all’esterno della cellula, ci sono più cariche positive, mentre all’interno ci sono cariche negative. Questo è il motivo per cui, quando misuriamo la differenza di potenziale di membrana, otteniamo il valore di -65 mV. Questi ioni non sono distribuiti in maniera uniforme perché c’è una differente distribuzione ionica tra la faccia interna e quella esterna della membrana, funzionale alla funzione del neurone. All’interno della cellula c’è una maggior concentrazione di ione potassio, mentre all’esterno ci sono più ioni sodio. I fattori che generano il potenziale di membrana a riposo le forze che agiscono sulla membrana in tutti i sistemi biologici: - il gradiente di concentrazione: una sostanza tende a spostarsi da punti dove è meno concentrata a quella che è più concentrata - la pressione elettrostatica: Indica il fenomeno per cui due cariche dello stesso segno si respingono mentre quelle con segno diverso si attraggono. In un sistema, quando noi abbiamo una sostanza, questa tenderà a distribuirsi in maniera uniforme grazie al gradiente di concentrazione e la pressione elettrostatica. Nonostante queste forze agiscono in maniera naturale sulla membrana, si misura una differenza di potenziale perché c’è qualcosa che si oppone a queste due forze: la struttura della membrana. La morfologia e le caratteristiche della membrana spiegano questa diversa distribuzione della carica elettrica ai due lati della membrana. La forza di diffusione o gradiente di concentrazione è il processo tramite il quale le molecole si distribuiscono in modo uniforme all’interno del mezzo in cui sono disciolte. Il movimento delle molecole va da regioni di alta concentrazione a regioni di minore concentrazione. La forza di pressione elettrostatica è la forza di attrazione tra particelle atomiche dotate di segno opposto, oppure la forza di repulsione tra particelle atomiche dotate di segno uguale. La membrana, con le sue caratteristiche strutturali, si oppone a queste forze. Le proteine trans-membrana mettono in gioco nel potenziale di membrana a riposo. Questi canali sono sempre aperti e non utilizzano energia per funzionare. Attraverso questi canali passano 2 tipi di ioni: - I Canali ionici passivi entrano in gioco nel potenziale di membrana a riposo. Questi canali sono sempre aperti e non utilizzano energia per funzionare. Attraverso questi canali. Il termine “passivo” vuol dire che questi canali sono sempre aperti e non utilizzano energia per funzionare - I Canali voltaggio dipendenti entrano in gioco nel potenziale d’azione. Abbiamo abbastanza canali per il potassio e per il cloro, ma pochi per il sodio, che quindi rimane confinato fuori. Un’altra caratteristica della membrana che aiuta nel mantenimento è costituita dalla proteina chiamata pompa del sodio e del potassio, che consuma gran parte dell’energia cellulare. Questa pompa espelle 3 ioni sodio e introduce 2 ioni potassio, utilizzando l'energia della cellula per farlo. Questa proteina, insieme alle caratteristiche della membrana che possiede diversi canali di sodio (che sono pochi) e di potassio (che sono più numerosi), fa sì che gli ioni sodio rimangano confinati all'esterno mentre quelli di potassio si trovino all'interno. Le Forze di diffusione e di pressione elettrostatica agiscono su ciascun tipo di ione. Le proteine non possono uscire dalla cellula perché sono troppo grandi. Il potassio è all'interno e la forza di diffusione tenderebbe a spingere il potassio verso l'interno perché è maggiormente concentrato rispetto all’esterno. La forza di pressione elettrostatica tende a spingerlo dentro perché ci sono proteine del potassio. Quando siamo in equilibrio tra queste due forze, si ha una condizione di equilibrio descritta da formule matematiche complesse. Il cloro presenta la situazione inversa: è maggiormente concentrato all’esterno e il gradiente di concentrazione lo spinge dentro, mentre la forza di diffusione lo spinge fuori. In condizione di equilibrio, il cloro è più concentrato fuori. Il sodio viene spinto all'interno dal gradiente. La pressione elettrostatica tende a spingerlo dentro a causa della sua carica positiva. Non entra perché non ha canali per passare, ma anche a causa della presenza della pompa del sodio e del potassio. Potenziale di membrana a riposo: - Depolarizzazione: è la diminuzione del potenziale di membrana che riduce la differenza tra interno ed esterno (da -70 a -77). - Iperpolarizzazione: aumento del potenziale di membrana (da -70 a -72). 18.10.2024 Fondamenti anatomici e fisiologici: Depolarizzazione: si verificano valori più positivi e una diminuzione del potenziale di membrana e della differenza tra interno ed esterno (da -69 a -68). Iperpolarizzazione: aumento della differenza di potenziale tra l’interno e l’esterno, per cui da -70 si va a -71/-72. Perché ci focalizziamo su questi termini? Perché il potenziale di membrana a riposo indica uno stato in cui il neurone non è particolarmente attivo. Questi due discostamenti indicano una particolare attività del neurone. In particolare, vogliamo vedere come queste cellule trasmettono il segnale nervoso. Un neurone può trasmettere ad altri neuroni due tipi di stimoli: Stimolo Eccitatorio: Se un neurone produce su un altro neurone uno stimolo depolarizzante, ovvero provoca una diminuzione del suo potenziale di membrana a riposo Stimolo inibitorio: Se un neurone provoca su un altro neurone uno stimolo iperpolarizzante, ovvero determina l’aumento della sua differenza di potenziale a riposo. Abbiamo visto che il potenziale a riposo è la differenza che si stabilisce nel momento in cui il neurone non è attivo. A “riposo” significa che non sta né inviando né ricevendo stimoli. Anche se potrebbe sembrare inattivo in questi casi, in realtà il neurone stabilisce questa differenza di potenziale perché così è sempre pronto ad agire non appena se ne verifichi l’esigenza. Quindi è pronto a rispondere agli stimoli che arrivano dall’ambiente circostante. Dal punto di vista funzionale, il potenziale a riposo è molto importante. Se la differenza di potenziale fosse 0, il neurone impiegherebbe molto più tempo per rispondere agli stimoli. All’interno del cervello, una delle caratteristiche più importanti è la velocità. Il cervello deve rispondere istantaneamente. ------------------------------------ (*) Se applichiamo una piccola corrente positiva all’interno del neurone, possiamo misurare una depolarizzazione della membrana. Il potenziale d’azione Il passo successivo è descrivere i cambiamenti che si verificano quando la cellula produce segnali attraverso il potenziale d’azione. Supponiamo di riprendere l’esempio del calamaro gigante: per misurare il potenziale d’azione dobbiamo inserire un elettrodo di registrazione nel calamaro e un elettrodo di stimolazione. In condizioni di riposo, notiamo che il potenziale di membrana è di -70. Adesso siamo pronti per provocare una scarica depolarizzante, ovvero una stimolazione di un neurone. Si vuole stimolare questo neurone per provocare l’insorgenza del potenziale d’azione. Per ottenere una depolarizzazione, si introducono cariche positive nel neurone. Ciò che accade è che, facendo entrare cariche positive all’interno, la differenza di potenziale tra interno (cariche negative) ed esterno (cariche positive) diminuisce. Nell’iperpolarizzazione, invece, si ha il contrario: si introducono cariche negative e si ha un aumento della differenza di potenziale a riposo. Inizio a introdurre una piccola quantità di cariche e posso misurare, grazie al mio elettrodo di registrazione, una depolarizzazione di membrana. Grafico (*): se introduco nel calamaro una quantità crescente di cariche positive, si ha una piccola depolarizzazione, ma poi si ritorna al potenziale di riposo. Continuando in questo modo, a un certo punto, superato un valore del potenziale di membrana a riposo pari a -59 mV, che viene definito soglia di attivazione, si instaura un fenomeno velocissimo. Arrivati alla soglia di attivazione, si ha un'inversione del potenziale di membrana che da -50 arriva a +40, dopodiché si torna al valore iniziale. Questo fenomeno velocissimo avviene in pochi secondi. Questo fenomeno, che consiste in questa rapida inversione del potenziale di membrana, si chiama potenziale d’azione: il meccanismo attraverso il quale i neuroni si scambiano i messaggi. Il livello di voltaggio della membrana che scatena un potenziale d’azione si chiama soglia di attivazione. Al di sotto della soglia di attivazione (livello di voltaggio in cui si genera il potenziale d’azione) non succede nulla. Come avviene il potenziale d’azione? Il potenziale d’azione, per le sue caratteristiche, ovvero che si genera quando c’è il superamento della soglia di attivazione e che si propaga con intensità invariata lungo tutto l’assone dall’inizio fino al bottone terminale, è definito risposta del tutto o nulla. Ciò significa che se il potenziale si genera, si propagherà per tutta la lunghezza dell’assone, oppure non si genererà affatto. La risposta del tutto o nulla significa che nel momento in cui si hanno le condizioni che permettono di generare il potenziale d’azione, questo avviene fino al bottone terminale, dove avvengono vari fenomeni che si chiamano trasmissione sinaptica. La forza di diffusione e la forza di pressione elettrostatica agiscono sugli ioni come il sodio, il cloro e il potassio a seconda della loro concentrazione. Il gradiente di concentrazione tende a spingere gli ioni da punti in cui sono maggiormente concentrati a punti in cui sono meno concentrati, e la forza di attrazione determina che due cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto si attraggono. Il sodio è maggiormente confinato all’esterno e tenderebbe ad essere spinto all’interno sia dalla forza di diffusione sia dalla forza di pressione elettrostatica. Ciò non avviene perché la membrana non possiede molti canali per il sodio e, anche se il sodio è soggetto a queste forze, non riesce a entrare perché non ha abbastanza canali. Nel potenziale a riposo esiste il trasportatore del sodio e del potassio che ha il ruolo di espellere contemporaneamente tre ioni sodio e introdurre due ioni di potassio, mantenendo così questa distribuzione. Che cosa accadrebbe se a un certo punto la membrana diventasse impermeabile agli ioni sodio? Il sodio entrerebbe nella cellula spinto da queste forze, e ciò è quello che accade. Si devono prendere in considerazione altri canali. (Lez 15*)I Canali passivi: canali sempre aperti e sono responsabili della genesi del potenziale di membrana a riposo. Nel potenziale d’azione abbiamo i canali voltaggio-dipendenti: questi canali sono chiusi a un certo valore di potenziale di membrana e si aprono quando questo potenziale varia. In particolare, la soglia di attivazione ha il ruolo di determinare l’apertura di questi canali voltaggio-dipendenti. Quindi, cosa succede quando il potenziale di membrana a riposo viene perturbato verso una depolarizzazione? Succede che, se questi valori sono inferiori alla soglia di attivazione, si hanno piccoli cambiamenti senza alcun risultato, ma se si arriva alla soglia di attivazione; quindi, se si arriva a una depolarizzazione pari a -59 mV, allora si scatena il potenziale d’azione ad opera dei canali voltaggio dipendenti per il sodio. A questa soglia di attivazione, questi canali si aprono e consentono il passaggio del sodio all’interno, causando una variazione improvvisa del potenziale di membrana che, dalla condizione di riposo, arriva a -59 mV, dovuto all’apertura dei canali per il sodio. A -59 mV, i canali per il sodio si aprono, il sodio entra all’interno e la depolarizzazione aumenta fino ad arrivare a circa +40 mV. Se questi valori sono inferiori, i canali non si aprono e non accade nulla; però, nel momento in cui si arriva alla soglia di depolarizzazione e di attivazione, i canali si aprono. Subito dopo l’apertura dei canali per il sodio, si aprono i canali del potassio, che sono meno sensibili e quindi necessitano di una soglia di attivazione maggiore per aprirsi. Quando si aprono i canali del potassio, esso esce fuori. Al picco del potenziale, i canali del sodio si chiudono ermeticamente e i canali per il potassio continuano a rimanere aperti, permettendo al potassio di uscire; quindi, mentre nella fase ascendente entrano cariche positive grazie all’apertura dei canali del sodio, nella fase discendente le cariche positive escono perché i canali del sodio si sono chiusi e il potassio esce spinto dal gradiente di concentrazione, essendo molto più concentrato all’interno. Questo porta alla fase di ripolarizzazione. Alla fine della curva, i canali del sodio si chiudono e il sodio non può più entrare. Si ha poi una piccola fase di iperpolarizzazione, in cui il potenziale di membrana è leggermente iperpolarizzato. In questa fase entra in gioco la pompa del sodio e del potassio. Nel potenziale d’azione, i trasportatori del sodio e del potassio non hanno alcun ruolo. Se il potenziale d’azione dovesse essere generato e condotto da questi trasportatori, ci servirebbe molto tempo ed energia, cosa che non è funzionale alle esigenze del neurone. Quindi, la pompa del sodio e del potassio rientra in gioco in questo istante. Dal momento in cui si genera fino al momento in cui si torna al potenziale di membrana a riposo passano 3-4 millisecondi. Il potenziale d’azione dura 1-2 millisecondi. L’essere umano non è in grado di percepirlo e si riesce a vedere grazie ad apparecchi specifici. Questo fenomeno, quindi, si genera a seguito delle variazioni del potenziale di membrana. (immagine risposta del tutto o nulla) = Il valore del potenziale di membrana a riposo è un valore che rimane invariato e costante fino al bottone terminale. Infatti, se noi andiamo a misurare tramite elettrodi questo valore in punti differenti dell’assone, potremmo vedere come l’intensità del potenziale sia sempre la stessa. Dove si trovano questi canali voltaggio-dipendenti per il sodio? I canali voltaggio-dipendenti per il sodio si trovano lungo l’assone. Sul soma o sui dendriti, che hanno funzioni diverse dall’assone, poiché i dendriti hanno il ruolo di acquisire gli stimoli mentre l’assone ha il ruolo di condurre questi stimoli. La principale differenza strutturale dell’assone è costituita dal fatto che sulla membrana si ha una gran quantità di questi canali voltaggio-dipendenti per il sodio che non troviamo altrove. Pensiamo che nell’assone del calamaro ci siano da 100 a 600 canali voltaggio-dipendenti per il sodio per ogni micron quadrato. Pertanto, immaginiamo questo assone, la membrana dell’assone dove si svolgono questi fenomeni, piena di canali voltaggio-dipendenti per il sodio. Dove nasce il potenziale d’azione lungo l’assone? Si supera la soglia di attivazione. Il superamento della soglia di attivazione è dovuto al fatto che il neurone riceve tanti stimoli contrastanti da altri neuroni e, se la somma è tale da superare la soglia di attivazione all’inizio dell’assone, si ha il potenziale d’azione; altrimenti, non succede nulla. A -59 mV iniziano ad aprirsi i canali che sono all’inizio dell’assone. Man mano che si aprono entra il sodio che depolarizza la membrana e quindi apre i canali successivi, creando un effetto domino. Man mano che il potenziale avanza, i canali voltaggio-dipendenti per il sodio che sono avanti si aprono perché la membrana si depolarizza e provoca l’apertura di questi, mentre i canali che sono dietro si chiudono perché il potenziale arriva al picco e al picco (-59 mV) si provoca la chiusura meccanica di questi canali. Questo vuol dire che il potenziale d’azione non può tornare indietro. Se i canali per il sodio rimanessero sempre aperti, il potenziale andrebbe avanti e indietro lungo l’assone e non servirebbe a niente, perché quello che è importante è che il potenziale vada dall’inizio fino alla fine del bottone terminale, e in natura succede questo. Non può tornare indietro perché i canali sono chiusi, può andare solo avanti, dall’inizio alla fine. “Al picco” si dice che la cellula si trova in uno stato refrattario assoluto, nel senso che, per quanto possano essere forti gli stimoli che arrivano alla cellula stessa, la cellula non sarà in grado di dare luogo a un nuovo potenziale d’azione. Questo è dovuto al fatto che i canali per il sodio sono strettamente chiusi e, per quanto possano essere stimolati, non succede nulla. Cosa significa aperti o chiusi? Come fanno ad aprirsi e a chiudersi? I canali sono delle proteine, in particolare, strutture costituite da più sub-unità proteiche legate tra loro tramite legami chimici. Quando siamo al potenziale di riposo, questi canali voltaggio-dipendenti per il sodio sono chiusi per via di questi legami chimici che si formano tra le varie sub-unità. Quando si arriva alla soglia di attivazione, questi legami chimici si spezzano, si ha un cambiamento di conformazione della proteina del canale voltaggio-dipendente e si apre un canale all’interno del quale può passare il sodio. Quando si arriva al picco (+40 mV), i legami si riformano e la proteina si richiude, un fatto meccanico e strutturale. LA LEGGE DELLA FREQUENZA Il potenziale d’azione è uguale in tutto il cervello, però questo linguaggio semplice viene tradotto in funzioni complicate. Com’è possibile che, essendo il potenziale d’azione sempre uguale e alla base dei nostri processi cognitivi, sensoriali e motori, posso avere sensazioni estremamente diverse? Dobbiamo considerare la cosiddetta legge della frequenza, che ci dice che uno stimolo sarà tanto più forte quanto più elevato sarà il numero dei potenziali d’azione in un determinato lasso di tempo. Nella lezione precedente si è parlato della disposizione dei canali voltaggio-dipendenti per il sodio lungo la membrana dell’assone= Queste proteine le troviamo nei canali voltaggio-dipendenti perché servono per condurre il messaggio nervoso. Esiste una differenza di funzionamento tra un neurone che possiede la mielina (mielizzato) e un neurone che non la possiede (a-mielinico). La maggior parte degli assoni del sistema nervoso dei mammiferi è mielinizzata, ovvero l’assone possiede dei segmenti di guaina mielinica che sono prodotti dalle cellule gliali. In parte, la conduzione del potenziale d’azione in un assone mielinizzato e in uno privo di mielina è differente. Al di sotto della guaina mielinica, la mielina è interrotta da tratti irregolari chiamati nodi di Ranvier. La caratteristica della mielina è quella di isolare l’assone dall’ambiente circostante. Quindi, nel tratto dove è presente la guaina mielinica, non sono presenti né i canali per gli ioni, né per il sodio, né per il potassio, né le pompe per il sodio e per il potassio. Non sono presenti perché sarebbero inutili, in quanto non potrebbero condurre alcun tipo di ione, poiché la mielina isola completamente l’assone dal fluido extracellulare. Come si conduce il potenziale d’azione? I canali voltaggio-dipendenti sia per il sodio che per il potassio, così come le pompe per il sodio e per il potassio, li troviamo nei nodi di Ranvier. Quindi, cosa accade in un assone mielinizzato? Supponiamo di introdurre delle cariche positive nel primo nodo di Ranvier che incontriamo nell’assone. Si produce uno stimolo depolarizzante, la membrana arriva a -59 mV, si raggiunge quindi la soglia di attivazione e i canali per il sodio si aprono ed esso entra. Il sodio percorre l’assone per diffusione. Inizialmente è più concentrato, poi un po’ meno, ma ne arriva a sufficienza per aprire i canali voltaggio- dipendenti per il sodio che si trovano nel secondo nodo di Ranvier. Questa particolarità del funzionamento dell’assone mielinizzato ha fatto spesso dire che sembra che il potenziale d’azione salti da un nodo di Ranvier all’altro, quindi una conduzione saltatoria. Sia che l’assone sia mielinizzato o meno, segue la teoria del tutto o nulla, arriverà ad avere un'intensità invariata. Al di sotto della guaina mielinica non ci sono canali. Nel sistema nervoso centrale dei mammiferi, la maggior parte degli assoni è mielinizzata; nel nostro cervello quasi tutti gli assoni sono mielinizzati. La conduzione è differente e questo fa sì che questo tipo di conduzione, che sembra saltatoria, sia più veloce rispetto alla conduzione in un assone a-mielinico, dove si devono aprire molti più canali per il sodio e per il potassio. Ci sono molti meno trasportatori per il sodio e per il potassio che servono poi per riportare la membrana allo stato di riposo, e quindi la membrana spreca molta meno energia. Pensiamo che l’assone del calamaro ha uno spessore di 500 micron, la velocità di conduzione è di circa 25 metri al secondo. In un assone mielinizzato, la stessa velocità si raggiunge con un assone di 6 micron contro 500. Un assone con guaina mielinica fa consumare meno energia alla cellula. I processi di mielinizzazione continuano fino a 20 anni. Il cervello di un mammifero impiega tempo per maturare. Quando nasciamo, il cervello pesa 300-400 grammi, mentre in un adulto pesa circa 1.300 grammi. Il numero di neuroni alla nascita è molto maggiore rispetto a quello che ci serve. Durante la maturazione, avviene lo sviluppo dei diversi contatti e il processo di mielinizzazione. Il processo di mielinizzazione fa aumentare il volume del cervello. La mielina è estremamente importante perché, nei processi di demielinizzazione che avvengono in alcune malattie neurodegenerative, in cui la mielina degenera, si manifestano sintomi correlati alle aree colpite. Possono essere sintomi sensoriali, cognitivi e motori. Questo ci fa capire come la sclerosi multipla sia una malattia degenerativa. Se un assone che nasce per possedere la mielina la perde, non è più in grado di condurre il messaggio nervoso e quel neurone muore perché non ha più ragione di esistere. LA TRASMISSIONE SINAPTICA Che succede quando il potenziale d’azione raggiunge il bottone terminale? Dà luogo a una serie di fenomeni chiamati nella loro complessa trasmissione sinaptica. La trasmissione sinaptica è alla base dei processi cognitivi e del nostro comportamento, comprendendo come il cervello dà origine al comportamento manifesto. Cellula presinaptica e cellula postsinaptica (Il circuito costituito da due cellule che non può esistere in natura) Il bottone terminale fa parte della cellula presinaptica perché sta prima dello spazio sinaptico. La membrana postsinaptica è una membrana della cellula postsinaptica che quindi sta dopo lo spazio sinaptico e appartiene ai dendriti o al corpo cellulare, trovandosi di fronte al bottone terminale. Il termine bottone terminale si riferisce proprio alla forma che hanno queste strutture. Cellula presinapticae cellula postsinaptica: il messaggio nervoso segue la direzione mostrata dalle frecce Classificazione delle sinapsi Le sinapsi possono essere classificate in diversi modi. Le sinapsi possono essere asso-dendritiche o asso-somatiche: - Asso-dendritiche: una sinapsi costituita da un terminale assonico che si poggia sul dendrite. - Asso-somatiche: una sinapsi che si appoggia sul soma. Per quanto riguarda le sinapsi asso-dendritiche, i dendriti possono essere lisci oppure possono avere delle estroflessioni chiamate spine dendritiche: estroflessioni del dendrite stesso che hanno la funzione di accogliere i bottoni terminali. Sono strutture che fanno parte di quel complesso di fenomeni associati alla plasticità sinaptica. Ciò vuol dire che queste spine aumentano o diminuiscono di volume a seconda di quanto usiamo quella zona cerebrale. Il fatto che le spine dendritiche siano correlate con i processi cognitivi è fuori di dubbio. Negli Stati Uniti sono stati fatti studi su bambini che non presentavano ritardo cognitivo non riferibile a patologie come la sindrome di Down, e nei casi in cui questo è stato possibile post-morte, sono stati analizzati i dendriti ed è stato visto che le spine dendritiche di determinate aree cerebrali erano inferiori rispetto alla norma, quindi alberi dendritici meno sviluppati. Questo dimostra come i processi cognitivi siano correlati alle strutture cellulari. Il termine “sinapsi” fu introdotto da CHARLES SHERRINGTON, un fisiologo che, nel periodo in cui Ramón y Cajal e Golgi presero il premio Nobel nel 1906, coniò questo termine. Egli stava studiando come i neuroni si trasmettono i messaggi tra di loro e si cominciò a ipotizzare che fossero coinvolte delle sostanze chimiche. Per comprendere le sinapsi, dobbiamo considerare la membrana presinaptica che appartiene al bottone terminale, lo spazio sinaptico e la membrana postsinaptica che appartiene al dendrite o al corpo cellulare della cellula postsinaptica. La struttura di una sinapsi chimica è così definita perché l’intermediario che media la comunicazione tra i neuroni è di tipo chimico ed è il neurotrasmettitore che viene secreto dalle cellule presinaptiche in seguito all’arrivo di un potenziale d’azione ed è volto a influenzare l’azione delle cellule postsinaptiche. Le sinapsi chimiche hanno un'altra caratteristica, ovvero che possono mediare l’attività sia eccitatorie che inibitorie. Le sinapsi chimiche hanno la funzione di modulare l’attività neurale. La modulazione della forza e dell’efficacia dei segnali sinaptici rientra sempre nel discorso della plasticità sinaptica ed è essenziale per garantire l’elaborazione di informazioni complesse. Gioca un ruolo importante nello sviluppo delle connessioni sinaptiche ed è alla base dei processi adattivi come apprendimento e memoria. Per trasmettere informazioni da una cellula all’altra vengono impiegati i neurotrasmettitori che controllano il comportamento dei neuroni. Questo tipo di trasmissione richiede la presenza di cellule che rilasciano questa sostanza chimica, ovvero le cellule alle quali appartiene il bottone terminale (cellula presinaptica). Quando arriva il potenziale d’azione, il neurotrasmettitore fluisce nello spazio sinaptico e va a legarsi a delle proteine di ricezione che si trovano sulla membrana postsinaptica. La cellula presinaptica produce il neurotrasmettitore e lo impacchetta in delle vescicole. Le vescicole contengono una grande quantità di neurotrasmettitore. Arriva il potenziale d’azione e poi il neurotrasmettitore va a legarsi a dei recettori di membrana che si trovano sulla membrana postsinaptica. Questo legame tra recettore e neurotrasmettitore provoca dei cambiamenti nella cellula postsinaptica, che possono essere di depolarizzazione o iperpolarizzazione. Così i due neuroni si scambiano il messaggio. Il potenziale d’azione è un fenomeno molto veloce. La trasmissione sinaptica è piuttosto lunga come fenomeno e va da 0,3 a 1,5 secondi, ed è molto più lunga rispetto al potenziale d’azione perché tutti questi passaggi giustificano un certo ritardo. Tuttavia, la trasmissione gode di un meccanismo che è quello dell’amplificazione. All’interno delle vescicole ci possono essere cinquemila molecole di neurotrasmettitore. Quindi anche una sola vescicola che consente il trasferimento del contenuto allo spazio sinaptico può determinare il legame con migliaia di recettori sinaptici e stimolare la ricezione di un neurone più grande. In che modo il potenziale d’azione è legato a questo tipo di trasmissione e a come il neurotrasmettitore fluisce nello spazio sinaptico? Come avviene il rilascio dei neurotrasmettitori? Il rilascio del neurotrasmettitore è possibile grazie all’azione dello ione calcio (Ca++), che si trova intorno al bottone terminale. In particolare, nella membrana del bottone terminale si trovano numerosi canali voltaggio-dipendenti per il calcio, che non si trovano in altri punti del neurone, quindi nei terminali dell’assone. Il potenziale d’azione percorre tutto l’assone e arriva al bottone terminale. Quando il potenziale d’azione arriva al bottone terminale, il potenziale di membrana raggiunge un valore di +40 mV, e si aprono i canali voltaggio-dipendenti per il calcio. Il calcio è uno ione che è molto più concentrato all’esterno della cellula e, quando i canali voltaggio-dipendenti si aprono, il calcio entra nella cellula. Che funzione ha? Alcune di queste vescicole sono attaccate alla membrana del bottone terminale. Le vescicole sono coperte da membrana plasmatica, quindi circondate da un doppio strato fosfolipidico come la membrana esterna. Alcune di queste vescicole sono vicine alla membrana plasmatica; il calcio media l’ancoraggio di queste vescicole sulla membrana presinaptica, anche se non si sa ancora nel dettaglio come questo avvenga. I lipidi non sono rigidi ma possono fluire lateralmente. Nel punto di contatto, dove la membrana presinaptica fa contatto con la membrana plasmatica della vescicola, i lipidi si spostano e aprono un foro. In questo modo il neurotrasmettitore può fluire all’esterno della cellula. Se il calcio non funziona, la trasmissione sinaptica non può avvenire. Il calcio è particolarmente importante per far funzionare il cervello. Se prendiamo delle sostanze chiamate chelanti del calcio, ovvero farmaci che bloccano il calcio, e le iniettiamo in un assone, bloccando l’entrata del calcio in una cellula, la trasmissione sinaptica non può avvenire. Quindi il calcio è fondamentale, altrimenti il neurotrasmettitore non può fluire nello spazio sinaptico. Il neurotrasmettitore esce nello spazio e, a un certo punto, incontra delle strutture definite recettori che si trovano sulla membrana postsinaptica, strutture proteiche a cui si lega e determina un’azione sulla cellula postsinaptica. Questo process

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