Basi del Sistema Nervoso PDF

Il cervello umano contiene circa 86 miliardi di neuroni, il sistema nervoso è diviso in due parti: Sistema Nervoso Centrale (SNC), IL CERVELLO che comprende il cervello e il midollo spinale e comunica con il resto del co...

Il cervello umano contiene circa 86 miliardi di neuroni, il sistema nervoso è diviso in due parti: Sistema Nervoso Centrale (SNC), IL CERVELLO che comprende il cervello e il midollo spinale e comunica con il resto del corpo attraverso i nervi. UMANO Sistema Nervoso Periferico (SNP), composto dai nervi e dagli organi sensoriali (come occhi e orecchie). IL NERVO Un nervo è formato da un gruppo di neuroni, che sono avvolti da una guaina protettiva chiamata assone e ci sono diversi tipi di neuroni: Neuroni sensoriali: raccolgono informazioni da ciò che vediamo, sentiamo, odoriamo, gustiamo e tocchiamo. Motoneuroni: presenti nel SNP, permettono ai muscoli di contrarsi (cioè muoversi). Interneuroni: si trovano nel SNC e collegano i neuroni tra loro, aiutando in funzioni come percezione, apprendimento e decisioni, gli interneuroni possono essere "locali", se analizzano informazioni vicine, o "di relay", se collegano regioni più distanti  IL NEURONE Un neurone è composto da diverse parti: Soma: è il corpo principale del neurone e contiene il nucleo, dove si trovano le informazioni genetiche, e gli organelli, che svolgono funzioni vitali. Dendriti: sono come antenne che ricevono messaggi da altri neuroni attraverso le sinapsi, che sono piccole fessure tra i neuroni. Assone: è una struttura a forma di tubo che trasporta i messaggi dal soma ai bottoni terminali, questi messaggi si chiamano "potenziale d'azione" e si muovono sempre alla stessa intensità e velocità. Se il messaggio deve viaggiare lontano, viene trasportato attraverso microtubuli interni, con l'aiuto di proteine specifiche, la chinesina trasporta i messaggi dal soma ai bottoni terminali, mentre la dineina li porta dai bottoni terminali al soma. Guaina mielinica: un rivestimento attorno all’assone, fatto di una sostanza chiamata mielina, che isola il segnale elettrico e lo fa viaggiare più velocemente, nel cervello, questa guaina appare bianca perché contiene molto grasso. Bottoni terminali: rilasciano sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori quando arriva il potenziale d'azione che possono attivare o bloccare la cellula successiva. Membrana cellulare: circonda il neurone e controlla quali sostanze possono entrare o uscire dalla cellula. Citoscheletro: è una struttura interna che mantiene la forma del neurone e aiuta a trasportare sostanze. Citoplasma: è una sostanza gelatinosa che riempie il soma e contiene le strutture necessarie per far funzionare la cellula. Nucleo: contiene il DNA e partecipa alla produzione di proteine attraverso l'RNA messaggero.  I neuroni hanno bisogno di cellule di supporto che forniscono ossigeno e nutrienti per mantenersi in vita, le principali nel SNC sono le cellule gliali che hanno diverse funzioni: Astrociti: forniscono supporto fisico ai neuroni, CELLULE DI puliscono i detriti e le cellule morte e forniscono nutrienti. SUPPORTO Oligodendrociti: creano la guaina mielinica SNC attorno agli assoni, le zone dell'assone dove manca la mielina si chiamano nodi di Ranvier. Microglia: eliminano cellule morte e proteggono il cervello da infezioni, come una sorta di sistema immunitario per il cervello.  Le cellule di Schwann fanno un lavoro simile a quello degli oligodendrociti nel SNC. CELLULE DI Ogni cellula di Schwann si avvolge attorno a un pezzo dell'assone, formando la guaina di SUPPORTO mielina, che serve a proteggere l'assone e a far viaggiare i segnali nervosi più velocemente. SNP Le cellule di Schwann aiutano anche a riparare i nervi quando si danneggiano, facilitando la rigenerazione e la guarigione.  ASSONI E DIFFERENZE Gli assoni possono crescere in due modi: Allungamento progressivo: nel SNP le cellule di Schwann guidano gli assoni danneggiati verso la loro destinazione.. Proliferazione dei bottoni sinaptici: nel SNC gli astrociti mandano segnali per far aumentare i collegamenti degli assoni. La differenza tra queste due cellule è che: Nel SNC, gli oligodendrociti si occupano di molti assoni contemporaneamente, creando grandi aree di mielinizzazione. Nel SNP, le cellule di Schwann coprono solo un assone alla volta con la loro guaina di mielina. LA BARRIERA EMATOENCEFALICA Questa barriera è una sorta In alcune parti del cervello, di filtro che controlla cosa è più debole, per esempio, può passare dal sangue al nell'area postrema, che cervello. Serve a mantenere gestisce il vomito, è più stabile il fluido attorno alle facile per certe sostanze cellule cerebrali, così i entrare per rilevare tossine segnali tra i neuroni non nel sangue. vengono disturbati. COMUNICAZIONE TRA I NEURONI Quando un neurone deve comunicare, invia un messaggio elettrico lungo l'assone dove rilascia una sostanza chimica chiamata neurotrasmettitore che può attivare o bloccare il neurone successivo, il messaggio del neurone è una serie di cambiamenti nella carica elettrica; gli scienziati usano micro-elettrodi per misurare questi cambiamenti. Il potenziale d'azione è un cambiamento rapido nella carica elettrica che avviene in una zona dell'assone chiamata monticolo assonico. Quando il neurone non sta lavorando, la carica elettrica è di circa -70 mV, e questo stato si chiama potenziale di riposo. Se l'interno dell'assone diventa più negativo, è più difficile inviare messaggi (iperpolarizzazione) mentre se diventa più positivo, è più facile inviare messaggi (depolarizzazione).  Il potenziale di membrana è la carica elettrica che si forma sulla membrana cellulare grazie a due forze principali: Forza di diffusione: le molecole si muovono da aree ad alta concentrazione a aree a bassa concentrazione, come lo zucchero che si dissolve nell'acqua ed avviene a tutte le temperature tranne che allo zero assoluto. POTENZIALE Forza di pressione elettrostatica: alcuni materiali si dividono in ioni DI con cariche opposte (positivi e negativi) che si attraggono o si respingono a seconda delle loro cariche. Questa forza sposta gli ioni MEMBRANA positivi (cationi) verso le aree con meno cationi e gli ioni negativi (anioni) verso le aree con meno anioni. Il potenziale di membrana è quindi il risultato di questi movimenti di ioni dentro e fuori la cellula. All'interno della cellula, ci sono più ioni potassio e ioni organici, che non possono uscire dalla cellula. All'esterno della cellula, ci sono più ioni cloro e sodio.  Anioni organici (A-): si trovano solo all'interno della cellula perché la membrana non li lascia passare. Ioni potassio (K+): si trovano principalmente all'interno della cellula, la forza di diffusione cerca di spingerli fuori, mentre la pressione elettrostatica li trattiene dentro ma le due forze si bilanciano, quindi gli ioni potassio restano all'interno. Ioni cloro (Cl-): si trovano soprattutto all'esterno della cellula, la forza di diffusione li spinge dentro, ma la pressione elettrostatica li spinge fuori ed anche in questo caso, le forze si equilibrano. Ioni sodio (Na+): si trovano principalmente all'esterno della cellula ma la forza di diffusione e la pressione elettrostatica li spingono entrambi verso l'interno della cellula.  LA POMPA SODIO-POTASSIO La pompa sodio-potassio è una proteina speciale nella membrana delle cellule che lavora per mantenere l'equilibrio dei sali all'interno e all'esterno della cellula. Come funziona? La pompa utilizza energia, che ottiene da una molecola chiamata ATP, per ogni ATP, la pompa sposta 3 ioni sodio (Na+) fuori dalla cellula e 2 ioni potassio (K+) dentro la cellula per mantenere le giuste concentrazioni di questi ioni. Perché il sodio resta all'esterno? Anche se ci sono forze che spingono il sodio verso l'interno della cellula, la pompa lo spinge continuamente fuori e la membrana della cellula non lascia passare facilmente il sodio, quindi resta concentrato all'esterno.  I canali ionici sono come piccole porte nella membrana cellulare che si aprono per far passare gli ioni, quando questi canali si aprono, possono creare segnali elettrici CANALI chiamati potenziali d'azione, importanti per la comunicazione tra cellule. IONICI La pompa sodio-potassio e i canali ionici lavorano insieme per mantenere i giusti livelli di sodio e potassio e permettere alla cellula di funzionare correttamente.  POTENZIALE D’AZIONE All'inizio, la membrana è a riposo e ha una carica negativa all'interno, quando un segnale arriva e raggiunge una certa intensità, i canali speciali nella membrana si aprono e lasciano entrare il sodio e l'interno della cellula diventa positivo, un processo chiamato depolarizzazione. Subito dopo, anche i canali per il potassio si aprono, e il potassio esce dalla cellula e questo aiuta a riportare la membrana verso il suo stato normale. Dopo che il sodio è entrato e la cellula è diventata positiva, i canali del sodio si chiudono e non permettono più l’ingresso di sodio. Poi, i canali del potassio si chiudono gradualmente. Infine, la pompa sodio-potassio lavora per riportare il sodio all’esterno della cellula e il potassio all’interno, ripristinando così l’equilibrio iniziale della membrana e preparando la cellula per un nuovo potenziale d'azione.  LEGGE DEL TUTTO O NULLA La conduzione del potenziale d’azione è il movimento del messaggio lungo l’assone del neurone, il potenziale si genera solo se raggiunge una certa soglia e, una volta avviato, si propaga fino alla fine dell’assone con la stessa intensità. Se non raggiunge la soglia non si propaga affatto ed anche se l’assone si divide l’intensità del segnale resra uguale. Anche se l’intensità del potenziale d’azione non cambia, il corpo può percepire variazioni nelle risposte, come una contrazione muscolare forte o debole o una luce brillante o fioca. Queste differenze dipendono dalla frequenza con cui i segnali vengono inviati. Negli assoni mielinizzati il potenziale d’azione viaggia in modo diverso, non c’è il passaggio di ioni sodio perché non è a contatto con il fluido esterno. Ogni tanto però ci sono dei punti chiamati Nodi di Ranvier dove il segnale viene riacceso e sembra che salti da un nodo all’altro, chiamiamo questo tipo di trasmissione: conduzione saltatoria. Tra i vantaggi troviamo: Meno consumo di energia perché le pompe sodio potassio lavorano di meno. È più veloce perché l segnale salta da un nodo all’altro.  TRASMISSIONE SINAPTICA I neuroni comunicano tra di loro tramite la sinapsi, il neurotrasmettitore è la sostanza che trasmette il segnale da un neurone all’altro, viene rilasciato dalla cellula presinaptica e crea un segnale alla cellula postsinaptica. La sinapsi si trova alla fine del neurone tra la membrana presinaptica (manda il segnale) e la membrana postsinaptica (riceve il segnale), nella sinapsi c’è: un fluido che diffonde i neurotrasmettitori Mitocondri: forniscono energia Microtubuli: trasportano materiali tra il corpo del neurone e la sua estremità Vescicole sinaptiche: contengono i neurotrasmettitori RILASCIO DEI NEUROTRASMETTITORI Grazie all’apertura dei canali del calcio tramite l’esocitosi vengono rilasciati i neurotrasmettitori, questi vanno poi ad attaccarsi a dei recettori sulla membrana del neurone che riceve il segnale. Si aprono i canali che permettono agli ioni di entrare o uscire dalla cellula cambiando il segnale, essi si aprono in due modi: Diretto: si apre subito Indiretto: ha bisogno di energia I segnali possono essere Eccitatori (PPSE): aiutano a mandare il segnale Inibitori (PPSI): bloccano o rallentano il segnale L’interazione neurale è il risultato dei segnali eccitatori e inibitori che influenzano il neurone  Il sistema nervoso è diviso in due parti: Sistema nervoso centrale (SNC): comprende il cervello e il midollo spinale, protetti rispettivamente dal cranio e dalla colonna vertebrale. STRUTTURA Il cervello riceve il 20% del flusso sanguigno per il glucosio. DEL SISTEMA Sistema nervoso periferico (SNP): include i nervi cranici, spinali e i gangli periferici, che trasmettono NERVOSO segnali tra il corpo e il SNC. Per descrivere il sistema nervoso, si usano le direzioni anatomiche, basate su una linea immaginaria (nevrasse) che va dalla base del midollo spinale al cervello. MENINGI E SISTEMA VENTRICOLARE Il sistema ventricolare è un insieme di Le meningi sono tre membrane che spazi che producono il liquido proteggono il cervello e il midollo cerebrospinale che protegge e nutre il spinale. cervello che si diffonde intorno al cervello e al midollo spinale, dove viene assorbito dal sangue. IL SISTEMA NERVOSO CENTRALE IL TELENCEFALO Il telencefalo comprende la corteccia cerebrale, che circonda gli emisferi e contiene sostanza grigia (esterna) e bianca (interna). È suddivisa in lobi (frontale, parietale, occipitale, temporale) e riceve informazioni sensoriali (vista, udito, tatto), le aree associative elaborano informazioni per memoria e pianificazione. La corteccia motoria controlla il movimento, mentre la corteccia prefrontale gestisce pianificazione, autocontrollo e personalità, i due emisferi svolgono funzioni diverse: il sinistro analizza e gestisce il linguaggio, il destro elabora sintesi e creatività Il corpo calloso collega i due emisferi ed il sistema limbico regola emozioni e memoria, e i gangli della base sono coinvolti nel movimento. IL DIENCEFALO Talamo: integra e trasmette le informazioni Ipotalamo: regola funzioni autonome sensoriali, partecipando anche al controllo come fame, sete, sonno e temperatura dei movimenti e della memoria. È corporea, controlla il sistema nervoso composto da due lobi e suddiviso in nuclei autonomo e endocrino, ed è coinvolto in specifici: memoria ed emozioni. Nucleo genicolato laterale: elabora le informazioni visive. Nucleo genicolato mediale: gestisce le informazioni uditive. Nucleo ventrolaterale: riceve dati dal cervelletto e li trasmette alla corteccia. ILMESENCEFALO Il mesencefalo circonda l'acquedotto cerebrale e si divide in due parti principali: Tetto: situato nella parte dorsale, contiene i collicoli superiori (coinvolti nei riflessi visivi) e inferiori (legati all'udito) e sono fondamentali per rispondere agli stimoli visivi e al movimento. Tegmento: posizionato sotto il tetto, include: Formazione reticolare**: regola sonno-veglia, attenzione e tono muscolare. Sostanza grigia periacqueduttale (PAG): controlla comportamenti specie-specifici come combattimento e accoppiamento. Nucleo rosso: trasmette comandi motori dalla corteccia e dal cervelletto al midollo spinale. Substantia nigra: coinvolta nel controllo motorio; la sua degenerazione è associata al Parkinson. ROMBENCEFALO Il rombencefalo, che circonda il quarto Il mielencefalo contiene il midollo allungato, ventricolo, comprende il metencefalo formato o bulbo, situato dietro il tronco encefalico che da: collega il midollo spinale al cervello e ha la Cervelletto: coordina movimenti volontari, forma di un cono rovesciato. postura, equilibrio e parola, rendendoli più precisi. Riceve informazioni sensoriali e Il bulbo è importante per la sensibilità del motorie da varie parti del corpo. È costituito volto, il movimento della lingua, della faringe dalla corteccia cerebellare e da nuclei e della laringe, e controlla anche la motilità cerebellari profondi. degli organi interni toracici e addominali Ponte: contiene parte della formazione tramite i nervi cranici. reticolare e nuclei che regolano il sonno e l'arousal, cioè l'eccitazione temporanea del sistema nervoso che migliora vigilanza e reattività agli stimoli esterni. IL MIDOLLO SPINALE Il midollo spinale ha una forma conica e invia segnali ai muscoli e alle ghiandole, oltre a ricevere informazioni sensoriali, è protetto dalla colonna vertebrale, ma si estende solo fino a 2/3 di essa, la parte restante è formata dalle radici spinali, che insieme costituiscono la cauda equina. Durante alcune operazioni o il parto, si può iniettare anestetico nella cauda equina per bloccare la trasmissione dei segnali nervosi. IL SISTEMA NERVOSO PERIFERICO Il sistema nervoso periferico si occupa di trasmettere informazioni ai muscoli e alle ghiandole attraverso i nervi. I nervi cranici sono attaccati alla parte ventrale del cervello e hanno funzioni sensoriali e motorie. Per quanto riguarda le fibre nervose sensoriali: Le informazioni somatosensoriali e del gusto arrivano tramite nervi unipolari. Le informazioni uditive provengono da neuroni bipolari. Le informazioni olfattive arrivano dai bulbi olfattivi. I nervi spinali si formano dove le radici dorsali e ventrali si uniscono, trasmettono segnali ai muscoli grazie agli assoni afferenti, che portano informazioni al sistema nervoso centrale (SNC) dai gangli delle radici dorsali. Gli assoni efferenti, invece, portano i comandi dal SNC ai muscoli. IL SISTEMA NERVOSO AUTONOMO Il sistema nervoso autonomo, parte del sistema nervoso periferico, controlla la muscolatura liscia, cardiaca e le ghiandole, regolando così gli organi interni per mantenere il corpo in vita, è diviso in due parti: Divisione simpatica: attivata in situazioni di stress o pericolo, responsabile della risposta "combatti o fuggi", aumentando il flusso sanguigno e l'ossigeno al cuore e ai muscoli, mentre riduce altre funzioni corporee. È chiamata anche sistema toracolombare, poiché i motoneuroni si trovano tra la regione toracica e lombare del midollo spinale. Divisione parasimpatica: si occupa del recupero di energia e coordina attività di rilassamento dopo lo stress, è attiva quando il corpo si rilassa e accumula riserve energetiche. I neuroni si trovano alle estremità della colonna vertebrale (nei nervi cranici e sacrali), quindi è anche chiamato sistema craniosacrale. A livello ormonale, la divisione simpatica rilascia adrenalina, mentre quella parasimpatica rilascia acetilcolina.  I NEUROTRASMETTITORI RECETTORI METABOTROPICI E IONOTROPICI Recettori Metabotropici: Recettori Ionotropici: Sono collegati a una proteina G. Sono veri e propri canali ionici. Quando il ligando (una sostanza come un Quando il ligando si lega, il canale si apre, neurotrasmettitore) si lega al recettore, permettendo il passaggio di ioni (come questo attiva la proteina G, che provoca una sodio o cloro), cambiando il potenziale serie di reazioni all'interno della cellula. elettrico della cellula. Questi recettori non aprono direttamente canali ionici, ma possono influenzarli tramite la cascata di reazioni intracellulari. RECETTORI PRE-POST SINAPTICI Recettori Post-sinaptici: Si trovano sulla membrana del neurone che riceve l'informazione. Il neurotrasmettitore si lega a questi recettori, modificando l’attività elettrica del neurone (potenziale d'azione). Recettori Pre-sinaptici: Si trovano sulla membrana del neurone che trasmette l’informazione. Alcuni di questi recettori aiutano a riassorbire il neurotrasmettitore in eccesso (riciclo) ed altri possono inibire il rilascio di più neurotrasmettitore.  Agonista: una sostanza che facilita l'attivazione del recettore (ad esempio, un farmaco che imita un neurotrasmettitore). Antagonista: una sostanza che inibisce l'attivazione del recettore, bloccando l’azione del neurotrasmettitore. AGONISTI E ANTAGONISTI Diretti: si legano allo stesso sito del neurotrasmettitore. Indiretti: si legano a siti secondari del recettore, influenzando l’attività senza occupare il sito principale.  PRINCIPALI NEUROTRASMETTITORI Glutammato: principale neurotrasmettitore eccitatorio, importante per i sensi e la comunicazione tra i neuroni. GABA: principale neurotrasmettitore inibitorio che rallenta o ferma i segnali nervosi, prevenendo un’eccessiva eccitazione (importante per evitare crisi epilettiche). Acetilcolina: controlla la contrazione muscolare nel sistema nervoso periferico e regola funzioni cognitive come la memoria nel sistema nervoso centrale. Dopamina: può essere eccitatoria o inibitoria a seconda del recettore, regola movimento, apprendimento, emozioni e memoria. Noradrenalina: importante per vigilanza e attenzione. Serotonina: regola umore, sonno, appetito e processi cognitivi. Istamina: modula lo stato di veglia e l’attenzione. Peptidi (Oppioidi Endogeni): modulano il dolore e rinforzano i circuiti di piacere Endocannabinoidi: regolano l'appetito, la memoria e il dolore.  Farmaci e neurotrasmissione:i farmaci possono influenzare la sintesi, il rilascio, l’interazione con i recettori o la degradazione dei neurotrasmettitori. Esempi di farmaci: L-DOPA: Aiuta la sintesi della dopamina, utile nel trattamento del Parkinson. NEUROPSICOFARMACOLOGIA Botox: Blocca il rilascio di acetilcolina, prevenendo la contrazione muscolare (usato in medicina estetica). Cocaina: Impedisce il riassorbimento della dopamina, prolungando il suo effetto stimolante. LE NEUROSCIENZE COGNITIVE Le neuroscienze cognitive indagano i meccanismi cerebrali alla base dei processi cognitivi e del comportamento ed osserva come il cervello elabora informazioni, memorizza, percepisce e prende decisioni. Studia l’attenzione, il linguaggio, la memoria, la percezione, le emozioni e l’apprendimento ed è stata creata negli anni '70 con Gazzaniga e Miller, attraverso la fusione tra psicologia cognitiva e neuroscienze. Tra i principali Rami delle Neuroscienze troviamo: molecolari: studio dei processi biochimici e molecolari nel cervello. cellulari: studio dei neuroni e del loro funzionamento. dei sistemi: analisi delle reti neurali che controllano funzioni motorie, percettive e cognitive. comportamentali: relazione tra attività cerebrale e comportamento. Ablazione Sperimentale : si effettua una rimozione chirurgica o lesione di aree specifiche del cervello per studiarne la funzione, i neuroscienziati studiano il comportamento post-ablazione per comprendere quali funzioni erano controllate da quella regione. Studi sulle Lesioni Cerebrali : bisogna osservare i cambiamenti cognitivi e comportamentali nei pazienti con danni cerebrali, ad esempio i pazienti con danni all'area di Broca presentano afasia, fornendo indizi sul ruolo di quell'area nel linguaggio e l’identificazione di correlazioni tra lesioni cerebrali e disfunzioni cognitive permette di sviluppare trattamenti specifici. La lesione può essere anche simulata attraverso l’inibizione farmacologica, stimolazione magnetica o elettrica o con il blocco temporaneo dei neurotrasmettitori. Chirurgia Stereotassica: tecnica chirurgica che permette di intervenire su aree cerebrali specifiche attraverso l'uso di coordinate 3D usata per esempio nella stimolazione cerebrale profonda (DBS) per il trattamento del Parkinson e dei tumori celebrali. Atlante stereotassico: è una mappa tridimensionale del cervello utilizzata per navigare nel sistema nervoso centrale durante gli interventi chirurgici. Metodi istologici: tecniche usate per studiare i tessuti nervosi (come il cervello) al microscopio e ci aiutano a capire la struttura e il funzionamento del sistema nervoso, troviamo: Fissazione e Taglio: il tessuto cerebrale viene conservato in un liquido (come la formalina) che lo protegge dalla decomposizione, prima della fissazione, si toglie il sangue dal tessuto e lo si sostituisce con un liquido e poi il tessuto viene poi tagliato in fette sottili con uno strumento chiamato microtomo, che può anche congelare il cervello per tagli più precisi. Colorazioni: si usano coloranti speciali per rendere visibili le strutture del tessuto cerebrale al microscopi, tra i coloranti più usati abbiamo il blu di metilene e cresil violetto, che si legano alle parti del tessuto come RNA e DNA. Esame al Microscopio Ottico: ingrandisce l'immagine da 40 a 100 volte per vedere dettagli del tessuto cerebrale. Microscopio Elettronico: esistono di due tipi, TEM (Trasmissione) che mostra dettagli interni ed il SEM (Scansione)che mostra l’aspetto della superficie del tessuto in 3D. Microscopia Confocale a Scansione Laser: permette di vedere immagini dettagliate delle sinapsi (connessioni tra neuroni) in 3D offrendo immagini più nitide e chiare eliminando le interferenze della luce fuori fuoco. Tracciamento delle connessioni neurali: è un insieme di tecniche utilizzate per mappare i percorsi che i neuroni seguono all'interno del cervello, aiutando a comprendere come diverse aree cerebrali sono collegate tra loro. Esistono due principali direzioni di tracciamento: Tracciamento degli Assoni Efferenti (Marcatura Anterograda): studia dove vanno i segnali da un neurone usando la proteina PHA-L che viene iniettata nel corpo cellulare del neurone di partenza e trasportata lungo l'assone fino alla sua destinazione, permettendo di tracciare la direzione in cui l'assone trasporta i segnali. Tracciamento degli Assoni Afferenti (Marcatura Retrograda): studia da dove provengono i segnali verso una specifica regione del cervello, si usano traccianti retrogradi come i fluorocromi che vengono iniettati nella regione cerebrale bersaglio e poi assorbito dagli assoni che proiettano verso quella regione e trasportato all'indietro fino al corpo cellulare di origine. Una volta che il tracciante ha raggiunto i corpi cellulari, questi diventano visibili grazie al colorante ed è utile per capire quali regioni del cervello inviano segnali a una determinata area e fornisce informazioni sulla direzione e la struttura delle connessioni neurali. Tecniche per Studiare il Cervello In Vivo: TAC (Tomografia Assiale Computerizzata): usa i raggi X per ottenere immagini dettagliate del cervello e rileva lesioni, tumori o emorragie, i raggi x ruotano attorno al paziente e vengono assorbite in maniera diversa dai tessuti. MRI (Risonanza magnetica): usa campi magnetici e onde radio per creare immagini dettagliate del cervello e dei tessuti molli e diagnostica malattie neurologiche senza radiazioni in più tempo però rispetto alla TAC DTI (Risonanza Magnetica con Tensore di Diffusione): mostra le connessioni nervose nel cervello analizzando il movimento dell'acqua e studia le connessioni neuronali e le malattie cerebrali. Registrazione dell’Attività Neurale: abbiamo tre possibilità: Microelettrodi: registrano l’attività elettrica di singoli neuroni, Utilizzati in animali per mappare risposte neurali in tempo reale. Macroelettrodi (EEG): registrano l’attività elettrica di grandi gruppi di neuroni, utile per studiare l’attività cerebrale su larga scala (es. onde cerebrali alfa, beta, delta) e per monitorare disturbi del sonno, epilessia e stati cognitivi. Magnetoencefalografia (MEG): misura i campi magnetici generati dall’attività elettrica neuronale, offrendo una risoluzione temporale molto precisa per studiare la dinamicità dei processi cognitivi. Tecniche di Stimolazione Cerebrale Lesioni simulate: manipolazione temporanea dell'attività cerebrale attraverso raffreddamento o inibizione chimica per studiare le conseguenze sul comportamento. Stimolazione elettrica (TES) e magnetica transcranica (TMS): il TES da impulsi elettrici per stimolare aree specifiche mentre il TMS genera un campo magnetico per stimolare o inibire l'attività neuronale in regioni specifiche del cervello senza intervento invasivo. Queste tecniche sono usate sia a scopi di ricerca che clinici, per studiare le funzioni cerebrali o trattare disturbi come la depressione. Registrazione dell'Attività Metabolica e Simpatica del Cervello: l’attività metabolica misura l'uso di energia delle cellule cerebrali iniettando 2-deossiglucosio nel sangue e le cellule attive lo assorbono per produrre energia. Autoradiografia: usa isotopi radioattivi per mappare l'attività delle cellule che assorbono sostanze radioattive, emettendo radiazioni rilevabili su pellicole e visualizza regioni attive del cervello. PET (Tomografia a Emissione di Positroni): traccianti radioattivi rilevano l'attività cerebrale emettendo positroni, mappando le aree attive. fMRI (Risonanza Magnetica Funzionale): monitora i cambiamenti nel flusso sanguigno e nell'ossigeno, mostrando le regioni cerebrali attive. Il grafico evidenzia vari metodi di imaging celebrale posizionati in base alla loro risoluzione spaziale, sull’asse verticale mostra la dimensione che dell’area che ogni tecnica può studiare e sull’asse orizzontale mostra la scala temporale; EGG e MEG hanno una risoluzione temporale altissima, PATCH CLAMP (attività di singoli canali ionici) risoluzione spaziale e temporale piccola e rapida, FMRI con una risoluzione spaziale più ampia ma una risoluzione temporale più lenta Dal 1988 al 2014 si nota un progresso nel campo LA VISIONE SENSAZIONE E PERCEZIONE Sensazione: rilevazione di stimoli ambientali da parte delle cellule del sistema nervoso (luce, suono, calore) convertiti in potenziale d'azione. Percezione: esperienza conscia e interpretazione degli stimoli sensoriali. La visione si basa sulla luce visibile , una banda dello spettro elettromagnetico che ha una lunghezza d'onda tra 380 e 760 nm. ed i colori percepiti dipendono dalla tinta (lunghezza d'onda), dalla luminosità (intensità) dalla saturazione (purezza) e dalla costanza di colore (capacità in cui riusciamo a vedere un oggetto dello stesso colore indipendentemente dalla luce). Anatomia dell'Occhio: i recettori sensoriali sono dei neuroni specializzati a rilevare gli eventi fisici, la traduzione sensoriale rappresenta la modifica del potenziale d’azione, l’occhio è formato da: Retina: strato interno che permette la messa a fuoco e invia messaggi al cervello. Cornea: strato esterno dell'occhio. Cristallino: consente la messa a fuoco attraverso i muscoli ciliari. Fotorecettori: coni e bastoncelli che trasformano la luce in segnali elettrici. Tra i fotorecettori troviamo: Coni: responsabili della visione diurna e della percezione del colore, sono inferiori al numero di bastoncelli e sono coloro che ci permettono di vedere di giorno e di vedere i dettagli più sottili (acuità visiva all’interno della fovea) Bastoncelli: permettono la visione in condizioni di scarsa luminosità. Disco ottico: punto di raccolta per l'invio di informazioni al nervo ottico (crea un "punto cieco"). I fotorecettori formano sinapsi con le cellule bipolari e a loro volta con le cellule gangliari e questi due tipi di cellule raccolgono le informazioni dei nervi sensoriali da tutte le zone dell’occhio. La trasduzione: è il processo attraverso il quale la luce viene convertita in segnali elettrici nei fotorecettori (bastoncelli e coni) presenti nella retina ed avviene attraverso i fotopigmenti: Opsina: proteina presente nei fotorecettori. Retinale: una molecola derivata dalla vitamina A, legata all'opsina. Quando la luce colpisce i fotopigmenti, il retinale cambia conformazione, attivando una cascata di eventi chimici e porta alla generazione di un potenziale di membrana, che trasmette l'informazione luminosa al cervello tramite il nervo ottico. Il campo ricettivo rappresenta il campo visivo che il neurone è in grado di vedere se stimolato. La fovea:è la parte centrale della retina, responsabile della visione più dettagliata e acuta con molti coni che permettono una visione precisa dei dettagli e dei colori. L’occhio esegue tre tipi di movimenti: Movimenti di convergenza: permettono agli occhi di focalizzarsi su oggetti vicini, avvicinando i due occhi verso l'interno. Movimenti saccadici: rapidi movimenti oculari che permettono di spostare lo sguardo da un punto all'altro in modo veloce. Movimenti di inseguimento: movimenti lenti e continui che permettono agli occhi di seguire oggetti in movimento. La via visiva comprende il percorso che l'informazione compie dall'occhio al cervello, partendo dal nervo ottico , che raccoglie le cellule gangliari e si unisce ad altri nervi formando il chiasma ottico. Vie retiniche Oltre alle vie visive consapevoli, esistono anche vie retiniche inconsce che controllano i movimenti oculari e le reazioni agli stimoli nel campo visivo, come nel caso della visione cieca , dove si percepiscono gli stimoli nonostante i danni alle aree corticali. Regioni cerebrali Nucleo genicolato laterale: qui le informazioni dalle cellule gangliari vengono organizzate in sei strati, distinguendo le informazioni dagli occhi destro e sinistro. Corteccia striata: integra le informazioni visive e le elaborate in moduli, Gli studi di Hubel e Wiesel hanno dimostrato che la corteccia non solo riceve dati ma li elabora da diverse fonti. Corteccia extrastriata: elabora oggetti e scene complesse, seguendo un percorso gerarchico, si divide in due vie principali: la via dorsale (per la posizione e il movimento) e la via ventrale (per forma, colore e dimensione).  IL CONTROLLO DEL MOVIMENTO STRUTTURE CORTICALI Ogni movimento è controllato dal cervello, in particolare dalle regioni motorie, corticali e sottocorticali. Corteccia motoria primaria: vi è l’organizzazione somatotopica ("omuncolo motorio") che controlla i movimenti volontari. Corteccia motoria associativa: pianifica i movimenti complessi, si trova nel lobo frontale e interagisce con la corteccia motoria primaria, è divisa in: 1. Corteccia pre motoria (integrazione schemi sensoriali) che pianifica i movimenti complessi integrando informazioni sensoriali come la vista e il tatto 2. Corteccia motoria supplementare (preparazione e inizio movimenti) che pianifica i movimenti volontari complessi e cordinati. STRUTTURE SOTTOCORTICALI Le strutture sottocorticali del cervello controllano i movimenti, sia quelli volontari che quelli automatici, le principali strutture sono tre: Formazione reticolare: si trova nel tronco encefalico ed aiuta a regolare la tensione dei muscoli e coordina i segnali che arrivano dai sensi (come la vista o il tatto) con quelli motori (cioè i movimenti), per far sì che il corpo risponda in modo coordinato. Cervelletto: si occupa di coordinare i movimenti, mantenere l'equilibrio e la postura assicurandosi che i movimenti siano fluidi e precisi, se il cervelletto subisce danni, una persona può avere difficoltà a mantenere l’equilibrio o eseguire movimenti precisi. Il cervelletto ha 3 parti principali: verme, nucleo fastigio e lobo flocculo-nodulare ed altri 3 nuclei importanti: Nucleo interposito: controlla la forza e la direzione dei movimenti. Nucleo pontino: comunica con altre aree del cervello. Nucleo dentato: pianificazione e esecuzione dei movimenti volontari, rendendo possibile un controllo preciso. Gangli della base: sono un gruppo di nuclei di sostanza grigia che regolano i movimenti volontari (corpo striato) , involontari (nucleo subtalamico) e il tono muscolare (globo pallido), aiutano nell'apprendimento dei movimenti complessi e nella coordinazione motoria (sostanza nera). Disfunzioni in quest’area possono causare malattie come il Parkinson o la corea di Huntington che compromettono il controllo dei movimenti, per connettersi con la corteccia eseguono 3 tipi di vie: Via diretta: facilita i movimenti desiderati, passando dal corpo striato e talamo. Via indiretta: inibisce i movimenti indesiderati, modulando il controllo motorio. Via iper-diretta: ferma improvvisamente movimenti non appropriati. I neuroni nella corteccia motoria primaria controllano i movimenti attraverso il gruppo laterale e il gruppo ventro-mediale (vie discendenti) Gruppo laterale: controlla movimenti indipendenti degli arti (mani e dita). Gruppo ventro-mediale: controlla movimenti automatici (postura, locomozione). IL SONNO DEFINIZIONE E FUNZIONI Il sonno è il regolatore dell’organismo, rigenera muscoli e funzioni vitali, è un fenomeno biologico universale ma differente per ogni specie ed è un comportamento che comporta una diminuzione dell'attenzione. Le emozioni influenzano le funzioni del sonno e questo modula la memoria, apprendimento e ragionamento, troppo o troppo poco sonno può danneggiare la fluenza verbale e la memoria di lavoro, compromette il funzionamento cerebrale e porta possibilità di allucinazioni ed ansia. Per monitorare le onde celebrali durante il sonno si usa l’elettroencefalogramma (EEG): Onde lente (sincronizzate): sonno profondo (fase 3) Onde rapide (desincronizzate): fase REM (simile alla veglia dove si verificano i sogni più vividi e la maggior parte della paralisi del sonno) Il passaggio tra queste fasi è un processo ciclico durante la notte con cicli che durano 90-110 minuti Gli Stadi del Sonno: Sonno leggero (Non REM 1 e 2):Onde theta e alfa, facile risveglio, breve durata Sonno profondo (Non REM 3 e 4):Onde delta grandi e lente, difficile risveglio, sonno profondo e recupero fisico. Sonno REM: Attività cerebrale simile alla veglia, sogni vividi. La differenza principale tra il sonno a onde lente (NREM 3 e 4) e il sonno leggero (NREM 1 e 2) è la presenza di onde delta, più pronunciate nelle fasi più profonde. Durante una notte di sonno, il corpo attraversa diversi cicli di sonno, ciascuno composto da vari stadi, un ciclo completo dura circa 90-110 minuti e si ripete più volte durante la notte. Il pattern tipico comprende: Addormentamento (NREM 1 e 2) inizia con un sonno leggero per poi passare ad uno più stabile e dura pochi minuti Sonno profondo (NREM 3 e 4) è un sonno più riposante, dura per 20-40 min ed è importante per il recupero fisico Ritorno al sonno leggero (NREM 2) Sonno REM Funzioni del Sonno Non-REM: riparazione fisica e rigenerazione, rafforzamento sistema immunitario, regolazione equilibrio ormonale, consolidamento memoria e apprendimento. Funzioni del Sonno REM: consolidamento memoria emotiva, gestione delle emozioni, stimolazione della creatività e problem-solving, essenziale per lo sviluppo del sistema nervoso nei bambini. Il sonno e la veglia sono regolati da complessi meccanismi fisiologici e neurali, coinvolgendo diversi sistemi che garantiscono la transizione tra questi stati. Il sonno è controllato da fattori: omeostatici: l'adenosina, derivata dal metabolismo dell'ATP durante la veglia, è un segnale chiave per indurre il sonno, si accumula nel cervello in risposta all'attività neuronale, inibendo alcune regioni cerebrali e favorendo la sonnolenza. allostatici: in situazioni di pericolo o stress, questi fattori consentono all'organismo di rimanere sveglio, intervenendo in risposta a situazioni esterne. circadiani: governati dall'orologio biologico (nucleo sovrachiasmatico nell'ipotalamo), sincronizzano il ciclo sonno- veglia con il ciclo luce-buio, mantenendo un ritmo giornaliero di circa 24 ore. Il controllo neurale avviene principalmente attraverso i neurotrasmettitori: Adenosina: aumenta con l’attività cerebrale e provoca sonnolenza quando si lega ai recettori specifici, durante il sonno, i livelli di adenosina diminuiscono. Orexina: regola l'equilibrio tra sonno e veglia, interagendo con altri neurotrasmettitori, può portare a narcolessia. Serotonina: favorisce il sonno leggero e la produzione di melatonina, un ormone chiave per regolare il ritmo sonno- veglia. Noradrenalina: responsabile della vigilanza durante la veglia, i suoi livelli si riducono durante il sonno. Acetilcolina: cruciale per l'attivazione cerebrale nella fase REM, in cui si verificano i sogni. Istamina: associata allo stato di veglia e allerta. MODELLO FLIP-FLOP Il modello flip-flop descrive come il cervello transita rapidamente e stabilmente tra stati di sonno e veglia: Durante la veglia, neurotrasmettitori eccitatori (come la noradrenalina e la serotonina) favoriscono l’attivazione cerebrale. Durante il sonno, la predominanza dell'adenosina e di altri segnali inibitori sopprime l’attività neuronale, inducendo il riposo. Sonno REM e non-REM Il sonno REM è caratterizzato da attività cerebrale elevata, paralisi muscolare e movimenti oculari rapidi, è regolato da un meccanismo flip-flop simile a quello del sonno-veglia, con l'acetilcolina che gioca un ruolo predominante nell'attivazione cerebrale. Il sonno non-REM è associato a un'attività neuronale più lenta e a un recupero energetico. Il ciclo sonno-veglia è regolato dall'orologio biologico situato nel nucleo sovrachiasmatico (SCN) dell'ipotalamo, questo orologio sincronizza il nostro ciclo interno con i segnali esterni di luce (zeitgeber) attraverso la melanopsina, un fotopigmento nelle cellule gangliari della retina. La luce regola l’orologio biologico, influenzando il rilascio di melatonina dalla ghiandola pineale, che facilita il sonno quando i livelli di luce sono bassi. In sintesi, il sonno e la veglia sono il risultato di un'interazione complessa tra segnali omeostatici, neurali e circadiani, che garantiscono l'equilibrio tra riposo e vigilanza. IL COMPORTAMENTO RIPRODUTTIVO LO SVILUPPO SESSUALE Lo sviluppo sessuale distingue tra sesso e genere: il sesso si riferisce alle caratteristiche genetiche e biologiche (maschio o femmina) il genere riguarda l’identità e i ruoli che una persona adotta nella società. Un esempio è il caso delle persone intersessuali, che presentano una combinazione di caratteristiche maschili e femminili, le persone transgender, invece, cambiano la loro identità di genere rispetto a quella assegnata alla nascita. La gametogenesi è il processo di produzione delle cellule riproduttive, chiamate gameti (ovuli e spermatozoi), che contengono la metà dei cromosomi rispetto alle cellule normali, negli uomini, questo processo si chiama spermatogenesi e avviene nei testicoli, mentre nelle donne è chiamato ovogenesi e si verifica nelle ovaie. I feti maschi e femmine sono inizialmente identici e solo dopo la sesta settimana di gravidanza, un gene chiamato Sry, situato sul cromosoma Y, inizia a indirizzare lo sviluppo verso i testicoli mentre se non è presente si formano le ovaie. Gli ormoni prodotti da queste gonadi influenzano lo sviluppo degli organi riproduttivi e del cervello e nella vita adulta sono importanti per l’ovulazione nelle donne e l’erezione o l’eiaculazione negli uomini. Durante lo sviluppo sessuale embrionale, esistono due vie di sviluppo: i dotti di Müller: che formano l’apparato riproduttivo femminile (tube di Falloppio, utero e vagina) i dotti di Wolff: formano l’apparato riproduttivo maschile (epididimo, vasi deferenti e vescicole seminali). La presenza o l’assenza di determinati ormoni indirizza lo sviluppo verso uno dei due sistemi, alcune sindromi possono influenzare lo sviluppo sessuale come: La sindrome da insensibilità agli androgeni (AIS) è una condizione genetica in cui una persona XY, pur essendo geneticamente maschile, non risponde agli ormoni maschili, sviluppando un aspetto esteriore femminile. La sindrome di Rokitansky-Küster-Hauser colpisce le donne, causando un’assenza o uno sviluppo incompleto dell’utero e della vagina. La sindrome di Turner, dove una donna ha solo un cromosoma X invece della coppia XX, causando anomalie nello sviluppo. La maturazione sessuale avviene durante la pubertà, quando le gonadi (testicoli e ovaie) iniziano a produrre ormoni che portano allo sviluppo dei caratteri sessuali secondari , come la crescita del seno nelle donne o la barba negli uomini. Questo processo è regolato da ormoni gonadotropici come l' FSH e l' LH , controllati a loro volta dalla kisspeptina , una sostanza fondamentale per l'avvio della pubertà e il mantenimento della fertilità. Controllo ormonale dei cicli riproduttivi femminili: le femmine seguono due cicli riproduttivi principali: ciclo mestruale: l'endometrio si sfalda mensilmente se non avviene la fecondazione, ciclo dell'estro (nei mammiferi); è più breve e il comportamento sessuale è legato all'ovulazione. L'ipofisi e le ovaie lavorano insieme con l'aiuto di ormoni, l'ipofisi rilascia FSH e LH, che fanno crescere l'ovulo e permettono l'ovulazione, se l'ovulo viene fecondato, gli ormoni aumentano per preparare l'utero mentre se non è fecondato, gli ormoni calano e inizia la mestruazione. Comportamento sessuale umano: i maschi hanno un cromosoma Y ed uno X (XY) mentre le donne hanno due cromosomi X (XX). Gli androgeni (come il testosterone) e gli estrogeni (come l'estradiolo) influenzano il comportamento sessuale, alti livelli di testosterone durante lo sviluppo fetale rendono il cervello e il corpo più maschili, mentre la sua mancanza porta alla femmina. Gli ormoni sessuali, il testosterone e l'estradiolo aumentano il desiderio sessuale, durante i periodi fertili del ciclo femminile, il desiderio sessuale può aumentare. Feromoni : sono sostanze chimiche che gli animali usano per comunicare tra loro specialmente riguardo al comportamento sessuale, vengono rilevati da un organo nel naso chiamato organo vomero-nasale ed aiutano gli animali a riconoscere il sesso ea capire se un compagno è pronto per accoppiarsi. Controllo del comportamento sessuale : negli uomini, l'area preottica mediale è fondamentale, mentre nelle donne, il nucleo ventromediale dell'ipotalamo gioca un ruolo chiave, l'amigdala è coinvolta nelle emozioni legate al sesso. Legami di coppia : gli ormoni come l'ossitocina e la vasopressina aiutano a formare legami affettivi, l'ossitocina è rilasciata durante il contatto fisico e rafforza le relazioni e la vasopressina è legata alla fedeltà. Orientamento sessuale : è influenzato da fattori genetici, ormonali e ambientali, studi sui gemelli mostrano che c'è un componente genetico o l'esposizione a certi ormoni durante lo sviluppo. Comportamento Materno: il comportamento materno è influenzato da ormoni e diverse aree del cervello, gli ormoni principali coinvolti sono: Ossitocina: favorisce il legame tra madre e figlio, viene rilasciata durante il parto e l'allattamento. Prolattina: stimola la produzione di latte dopo il parto. Estrogeni e Progesterone: preparano l'utero per la gravidanza e supportano l'allattamento. Cortisolo: l'ormone dello stress che aiuta a regolare le risposte al stress e il comportamento materno. Mentre le aree del cervello coinvolte sono: Amigdala: risponde alle emozioni e ai bisogni del neonato. Nucleo Accumbens: coinvolto nel piacere e nella motivazione durante l'interazione madre-figlio. Ipotalamo: regola la produzione di ossitocina e prolattina. Corte Prefrontale: aiuta nei processi decisionali e nel controllo delle emozioni. Ippocampo: importante per la memoria legata alle esperienze con la prole. Cingolo Anteriore: regola l'attenzione e le risposte emotive verso il bambino. Comportamento Paterno: è influenzato da ormoni e aree cerebrali, tra gli ormoni abbiamo: Ossitocina: favorisce il legame tra padre e figlio. Vasopressina: associata a dedizione e coinvolgimento nella cura della prole. Testosterone: livelli più bassi possono incoraggiare un maggiore coinvolgimento paterno. E le aree cerebrali coinvolte sono: Nucleo Accumbens: attivato durante le interazioni positive con il bambino. Corte Prefrontale: aiuta a rispondere in modo adeguato alle esigenze del bambino. Ippocampo: forma memorie delle interazioni padre-figlio.