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Unità 14 Il sistema nervoso
Unità 14 Il sistema nervoso
Obiettivi
Capire come avviene la trasmissione degli
impulsi nervosi
Sapere come funzionano le sinapsi e i
neurotrasmettitori
Capire come è fatto il sistema nervoso
umano e come si è evoluto nella forma
attuale
Conoscere la struttura e le principali
funzioni dell’encefalo umano
3
Prova di competenza – Immagini mentali
In che modo è possibile studiare cerebrale in vivo?
Lezione 1
STRUTTURA E FUNZIONI DEL SISTEMA NERVOSO
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14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte
La cellula di base del sistema nervoso è il neurone
– Corpo cellulare: contiene il nucleo e gli organuli cellulari
– Fibre nervose: lunghi e sottili prolungamenti, che conducono e trasmettono i segnali
5
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte
Sistema nervoso centrale (SNC)
– Cervello
– Midollo spinale (nei vertebrati)
Sistema nervoso periferico (SNP)
– Nervi: fasci di fibre nervose strettamente avvolte da tessuto connettivo
– portano i segnali dal SNC ai distretti periferici e/o da questi ultimi al SNC
– Gangli: piccole masse costituite dall’aggregazione dei corpi cellulari dei neuroni
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14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte
Il sistema nervoso ha tre funzioni interconnesse
– Ricezione dell’input sensoriale (afferenza sensoriale): ha luogo grazie alla trasmissione del segnale dai recettori ai centri di integrazione
– Integrazione: consiste nell’interpretazione dei segnali sensoriali e nella formulazione di risposte adeguate
– Emissione dell’output motorio (efferenza motoria):consiste nella trasmissione dei segnali dai centri di integrazione alle cellule effettrici
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Afferenza sensoriale
Recettore sensoriale
Integrazione
Efferenza motoria
Cellule effettrici
Encefalo e midolo spinale
Sistema nervosoperiferico (SNP)
Sistema nervoso centrale (SNC)
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14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte
Neuroni sensoriali
– Trasmettono i segnali dai recettori al SNC
Interneuroni, localizzati interamente nel SNC
– Integrano i dati
– Trasmettono i segnali appropriati ad altri interneuroni o ai neuroni motori
– Trasmettono i segnali dal SNC alle cellule effettrici
Motoneuroni
– Trasmettono i segnali dal SNC alle cellule effettrici
9
10
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte
STEP BY STEP
Indica la sequenza con cui le informazioni passano attraverso i tre tipi di neurone nel riflesso patellare
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14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso
Il neurone
– Corpo cellulare: contiene la maggior parte gli organelli
– Due tipi di prolungamentei (fibre)
– Dendriti: molto ramificati che ricevono i segnali da altri neuroni e li conducono al corpo cellulare
– Assoni: possono essere anche molto lunghi e trasmettono i segnali ad altre cellule; queste ultime possono essere altri neuroni o cellule di organi effettori
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14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso
Per funzionare normalmente i neuroni hanno bisogno del supporto delle cellule gliali
A seconda del tipo le cellule gliali possono
– Fornire nutrimento
– Isolare gli assoni
– Mantenere l’omeostasi del fluido extracellulare
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14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso
Le cellule di Shwann nel SNP e gli oligodendrociti nel SNC sono particolari cellule gli che avvolgono gli assoni con la guaina mielinica
Guaina mielinica
– Avvolge gli assoni
– Isola gli assoni preservando il segnale da possibili fenomeni di dispersione
– Permette al segnale di viaggiare a maggior velocità
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Direzionedel segnale
Dendriti
Corpocellulare
Nucleo Assone
Celluladi Schwann
Guaina mielinica
Direzione del segnale
Nodi diRanvier
Terminali sinaptici
Nodi diRanvier
NucleoCellula
di Schwann
Strati di mielina che formano la guaina mielinica
Corpo cellulare
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14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso
STEP BY STEP
Qual è la funzione dalla guaina mielinica?
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Lezione 2
IL SEGNALE NERVOSO E LA SUA TRASMISSIONE
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14.3 Il potenziale di membrana permette la trasmissione dell’impulso nervoso
La membrana di un neurone a riposo
– Ha una carica leggermente negativa all’interno
– Ha una carica leggermente positiva all’esterno
– Questa differenza di carica è un’energia potenziale: il potenziale di membrana
– Nel neurone a riposo il potenziale di membrana equivale a circa –70mV ed è chiamato potenziale di riposo
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14.3 Il potenziale di membrana permette la trasmissione dell’impulso nervoso
Il potenziale di riposo è generato dalla diversa composizione e concentrazione di ioni nei fluidi presenti all’interno e all’esterno della cellula
– All’interno della cellula
– K+ più concentrato
– Na+ meno concentrato
– All’esterno della cellula
– K+ meno concentrato
– Na+ più concentrato
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Neurone Assone
Membrana plasmatica
Esterno dellacellula
Na+ K+
Na+
Na+
pompa Na+-K+
Canale del Na+
Membrana plasmatica
Canale del K+
Proteina
Interno della cellula
Na+
Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+Na+
K+ Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
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Esterno dellacellula
Na+ K+
Na+
Na+
pompa Na+-K+
Canale del Na+
Membrana plasmatica
Canale del K+
Proteina
Interno della cellula
Na+
Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+Na+
K+ Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
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Gli ioni Na+ sono più concentrati all’esterno della cellula, dove
sono trasportati attivamente dalla pompa sodio potassio, perché i
canali del sodio consentono una diffusione limitata di questi ioni
attraverso la membrana
Gli ioni K sono più concentrati all’interno, grazie all’azione della
pompa sodio-potassio, ma possono diffondere liberamente verso
l’esterno, lasciando dietro di sé una carica negativa
14.3 Il potenziale di membrana permette la trasmissione dell’impulso nervoso
STEP BY STEP
Se la membrana di un neurone diventa improvvisamente più permeabile agli ioni di sodio, si verifica un rapido movimento netto di Na+ verso l’interno della cellula
Quali sono le due forze che guidano gli ioni all’interno?
22
14.4 Un segnale nervoso inizia come una variazione del potenziale di membrana
Uno stimolo genera un segnale nervoso
– Altera la permeabilità agli ioni di una sezione di membrana
– Permette agli ioni di attraversarla
– Comporta un cambiamento nel potenziale di membrana
23
14.4 Un segnale nervoso inizia come una variazione del potenziale di membrana
Il potenziale d’azione è un segnale nervoso che viaggia lungo l’assone
– Il potenziale di membrana passa dal potenziale di riposo al picco massimo del potenziale d’azione
– Poi si riassesta sul potenziale di riposo
24
25
1
Tempo (ms)–100
Potenziale di riposo
1
Soglia–50
0
50Potenziale d’azione
Po
ten
zia
le d
i m
em
bra
na
(mV
)
26
Nella membrana a riposo
i canali voltaggio
dipendenti sono chiusi
e il potenziale è –70 mV
Uno stimolo provoca
l’apertura di alcuni canali
del Na+
Se viene raggiunto il
potenziale soglia di
–50 mV, si genera il
potenziale d’azione
2
Tempo (ms)–100
Potenziale di riposo
1
Soglia
2
–50
0
50Potenzialed’azione
Po
ten
zia
le d
i m
em
eb
ran
a(m
V)
27
3
Tempo (ms)–100
Potenziale di riposo
1
Soglia
2
3
–50
0
50Potenziale d’azione
Po
ten
zia
le d
i m
em
bra
na
(mV
)
28
Vengono aperti altri
canali del Na+, i canali
del K+ sono chiusi e
l’interno della cellula
diventa più positivo
4
Tempo (ms)–100
Potenziale di riposo
1
Soglia
2
34
–50
0
50Potenziale d’azione
Po
ten
zia
le d
i m
em
bra
na
(mV
)
29
I canali del Na+ si
chiudono, mentre si
aprono quelli del K+ che
fluisce all’esterno; il
potenziale di membrana
diminuisce
5
Tempo (ms)–100
Potenziale di riposo
1
Soglia
2
34
5
–50
0
50Potenzialed’azione
Po
ten
zia
le d
i m
em
bra
na
(mV
)
30
I canali del K+ si
chiudono, provocando
una breve caduta al di
sotto del potenziale di
riposo
Tempo (ms)–100
Potenziale di riposo
1
Soglia
2
34
5
–50
0
50
1
Potenzialed’azione
Po
ten
zia
le d
i m
em
bra
na
(mV
)
31
1 La membrana torna al
potenziale di riposo
di –70 mV
14.4 Un segnale nervoso inizia come una variazione del potenziale di membrana
STEP BY STEP
La genesi di un potenziale d’azione è un esempio di feedback positivo o negativo?
32
14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo il neurone
Il potenziale d’azione
– Una volta innescato si propaga con una reazione a catena lungo l’assone in una sola direzione
– È un evento del tipo “tutto o nulla”
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Assone
Potenziale d’azione
Segmento di assone
1 Na+
34
In seguito a uno
stimolo si aprono i
canali del Na+ e si
genera un potenziale
d’azione in una
regione dell’assone
Assone
Potenziale d’azione
Segmentodi assone
Potenziale d’azione
2
1 Na+
Na+
K+
K+
35
Subito dopo, in quella
stessa regione, si
aprono i canali del
K+�e si chiudono i
canali del Na+,
mentre si aprono i
canali dell’Na+ nella
regione adiacente
Assone
Potenziale d’azione
Segmentodi assone
Potenziale d’azione
Potenziale d’azione
2
3
1 Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
36
Mentre il tratto
dell’assone dove si è
generato lo stimolo
ritorna al potenziale
di riposo, l’impulso si
propaga lungo
l’assone
14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo il neurone
Come fanno i potenziali d’azione a trasmettere la diversa intensità delle informazioni al sistema nervoso centrale?
– L’intensità del singolo potenziale d’azione non può cambiare
– Quello che cambia è la frequenza, cioè il numero di potenziali d’azione che vengono inviati nell’unità di tempo
37
14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo il neurone
STEP BY STEP
Che cosa si intende con l’espressione “tutto o nulla” quando si parla di stimolo nervoso?
38
14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi
Le sinapsi sono le regioni in cui avviene la comunicazione tra
– Due neuroni
– Un neurone e una cellula effetrice
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14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi
Sinapsi elettriche
– Il segnale nervoso passa direttamente dal neurone presinaptico alla cellula successiva, detta postsinaptica
Sinapsi chimiche
– Il neurone presinaptico secerne un neurotrasmettitore
– Il neurotrasmettitore attraversa la fessura sinaptica
– Il neurotrasmettitore si lega a un recettore sulla membrana della cellula postsinaptica
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Neuronetrasmittente
1
23
4
65
Assone delneuronetrasmittente
Vescicole
Terminalesinaptico
Le vescicole si fondono con lamembrana plasmatica
Fessurasinaptica
Neuronericevente
Neurone ricevente
Canali ioniciMolecole delneurotrasmettitore
Il neurotrasmettitore è liberato nellafessura sinaptica
Il neurotrasmettitoresi lega al recettore
Sinapsi
Arriva il potenziale d’azione
Neurotrasmettitore
Recettore
ioni
Il neurotrasmettitore vienedemolito ed eliminato
Il canale ionico si chiudeIl canale ionico si apre
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Neuronetrasmittente�
4
Assone delneuronetrasmittente
Vescicole
Terminalesinaptico
Le vescicole si fondono con lamembrana plasmatica
Fessurasinaptica
Neuronericevente
Neurone ricevente
Canali ioniciMolecole delneurotrasmettitore
Il neurotrasmettitore è liberato nellafessura sinaptica
Il neurotrasmettitoresi lega al recettore
Sinapsi
Arriva il potenziale d’azione
32
1
42
5
Neurotrasmettitore
Il canale ionico si chiudeIl canale ionico si apre
Recettore
Ioni
Il neurotrasmettitore vienedemolito ed eliminato
6
43
14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi
STEP BY STEP
In che modo una sinapsi garantisce che i segnali viaggino in una sola direzione, dalla cellula presinaptica a quella postsinaptica?
44
14.7 Le sinapsi chimiche consentono l’elaborazione di informazioni complesse
Neurotrasmettitri eccitatori
– Inducono l’innesco di potenziali d’azione
Neurotrasmettitri inibitori
– Riducono la capacità della cellula di innescare potenziali d’azione
45
14.7 Le sinapsi chimiche consentono l’elaborazione di informazioni complesse
Un neurone riceve segnali
– Da centinaia di altri neuroni
– Attraverso migliaia di sinapsi
Se, nel loro complesso, i segnali eccitatori sono abbastanza forti da superare i segnali inibitori e alzare il potenziale di membrana oltre il livello soglia
– La cellula genera un potenziale d’azione e lo trasmette lungo il proprio assone
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Dendriti
Guainamielinica
Assone
Corpo cellulare del neurone potsinaptico
Inibitorio Eccitatorio
Terminali sinaptici
Terminali sinaptici
47
Dendriti
Guaina mielinica
Assone
Corpo cellulare del neurone potsinaptico
Inibitorio Eccitatorio
Terminali sinaptici
48
Terminali sinaptici
49
14.7 Le sinapsi chimiche consentono l’elaborazione di informazioni complesse
STEP BY STEP
In che modo l’apertura di canali di membrana per ioni diversi porta a effetti eccitatori o inibitori?
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14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori
Molte piccole molecole organiche contenenti azoto funzionano da neurotrasmettitori
– L’ acetilcolina è un importante neurotrasmettitore
– Nel cervello
– Nelle sinapsi tra motoneuroni e cellule muscolari
– Le ammine biogene sono neurotrasmettitori derivati dagli amminoacidi
– Importanti per il SNC
– La serotonina e la dopamina influiscono su aspetti fondamentali della vita come il sonno,l’umore, l’attenzione e l’apprendimento
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14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori
– Quattro amminoacidi che funzionano da neurotrasmettitori
– Sono molto importanti per il SNC
– L’aspartato e il glutammato agiscono su sinapsi eccitatorie
– La glicina e il GABA sono liberati nelle sinapsi inibitorie
– Peptidi
– La sostanza P media la nostra percezione del dolore
– Le endorfine riducono la nostra percezione del dolore
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14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori
– Diversi peptidi funzionano da neurotrasmettitori
– La sostanza P è un neurotrasmettitre eccitatorio che media la percezione del dolore
– Anche le endorfine sono peptidi e funzionano sia come neurotrasmettitori, sia come ormoni
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14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori
STEP BY STEP
Che cosa determina il fatto che un neurone sia o non sia influenzato da uno specifico neurotrasmettitore?
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Un cervello da sballo
Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni
– Agiscono a livello delle sinapsi
– Influiscono sull’azione dei neurotrasmettitori
La caffeina contrasta i neurotrasmettitori inibitori
La nicotina agisce da stimolante
L’alcol ha una potente azione depressiva
55
COLLEGAMENTO salute
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Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni
– Agiscono a livello delle sinapsi
– Influiscono sull’azione dei neurotrasmettitori
La caffeina contrasta i neurotrasmettitori inibitori
La nicotina agisce da stimolante
L’alcol ha una potente azione depressiva
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Un cervello da sballoCOLLEGAMENTO salute
In medicina si utilizzano diversi tipi di sostanze psicoattive per trattare alcuni disturbi del sistema nervoso
- Inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina sono usati nei casi di depressione
- Benzodiazepine, che attivano i recettori del GABA, funzionano come tranquillanti
- Alcuni antipsicotici agiscono bloccando i recettori della dopamina
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Un cervello da sballoCOLLEGAMENTO salute
In medicina si utilizzano diversi tipi di sostanze psicoattive per trattare alcuni disturbi del sistema nervoso
Inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina nei casi di depressione
Benzodiazepine, che attivano i recettori del GABA, funzionano come tranquillanti
Alcuni antipsicotici agiscono bloccando i recettori della dopamina
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Un cervello da sballoCOLLEGAMENTO salute
Lezione 3
IL SISTEMA NERVOSO DEGLI ANIMALI
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14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione
Gli animali a simmetria radiale hanno sistemi nervosi organizzati in reti nervose non centralizzate
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alla luce dell’evoluzione
Rete nervosa
Neurone
Idra (cnidario)A
62
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione
Negli animali più complessi, gli assoni di più cellule sono spesso riuniti insieme a formare i nervi
– I nervi sono strutture fibrose che hanno la funzione di incanalare e organizzare il flusso di informazioni lungo percorsi specifici
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alla luce dell’evoluzione
Stella marina (echinoderma)B
64
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione
Negli animali a simmetria bilaterale
– Cefalizzazione: tendenza evolutiva verso la concentrazione del sistema nervoso all’estremità cefalica
– Centralizzazione: presenza di un sistema nervoso centrale (SNC), distinto dal sistema nervoso periferico (SNP)
– Sviluppo dei gangli: gruppi di corpi cellulari neuronali
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alla luce dell’evoluzione
Macchia oculare
C
Cervello
Cordone nervoso
Nervo trasversale(periferico)
Planaria (platelminta)
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Cervello
D
Cordone nervoso ventrale
Ganglio
Sanguisuga (anellide)
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Cervello
E
Cordone nervoso ventrale
Gangli
Insetto (artropode)
68
Cervello
E
Assonegigante
Calamaro (mollusco)
69
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione
STEP BY STEP
Perché per la maggior parte degli animali a simmetria bilaterale è vantaggioso che il cervello sia nell’estremità cefalica del corpo?
70
alla luce dell’evoluzione
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP
Il sistema nervoso centrale (SNC) è composto da
– Encefalo: centro di controllo
– Midollo spinale: trasmette in formazioni da e verso l’encefalo e integra semplici risposte ad alcuni stimoli
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14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP
L’encefalo è dotato di diversi sistemi di protezione
- L’ambiente dell’encefalo è mantenuto chimicamente costante da una vasta rete di vasi sanguigni
- La barriera ematoencefalica permette il passaggio di ossigeno e sostanze nutritive e impedisce quello di sostanze dannose
72
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP
- L’encefalo contiene spazi pieni di liquidi (protezione dagli urti, circolazione di sostanze nutritive e ormoni, eliminazione di rifiuti)
- Ventricoli nel cervello
- Canale ependimale nel midollo spinale
- Intercapedine tra meningi ed encefalo / midollo spinale
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14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP
I SNC è formato da due componenti distinte
– Sostanza bianca: fasci di assoni provvisti di guanine mieliniche
– Sostanza grigia: corpi cellulari, dendriti e assoni sprovvisti di guaine mieliniche
74
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP
Il sistema nervoso periferico (SNP) è formato da gangli e nervi
– Nervi cranici: hanno origine nell’encefalo e terminano prevalentemente in strutture della testa
– Nervi spinali: hanno origine nel midollo spinale e innervano le parti del corpo sotto alla testa
75
Encefalo
Sistema nervosocentrale (SNC)
Midollo spinale
Sistema nervoso
periferico (SNP)
Nervi cranici
Gangli esternial SNC
Nervi spinali
76
Encefalo
Ventricoli
Canale ependimale del midollo spinale
Liquido cerebrospinale
Meningi
Midollo spinale
Sostanzabianca
Sostanza grigia Ganglio della
radice dorsale(parte del SNP)
Nervo spinale(parte del SNP)Canale ependimale
Midollo spinale(sezione trasversale)
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14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP
STEP BY STEP
Quali strutture compongono il sistema nervoso centrale dei vertebrati?
78
Il sistema nervoso periferico (SNP) può essere suddiviso in due componenti diverse dal punto di vista funzionale
– Sistema nervoso somatico: trasporta i segnali da e verso i muscoli scheletrici, soprattutto in risposta a stimoli esterni
– Il sistema nervoso autonomo: regola l’ambiente interno dell’organismo mediante il controllo della muscolatura liscia e cardiaca, e degli organi dei sistemi digerente, cardiovascolare, escretore ed endocrino
– Questo controllo è generalmente involontario
79
14.11 Il sistema nervoso periferico contiene sottosistemi con funzioni diverse
Sistema nervosoperiferico
Sistema somatico
Sistemaautonomo
Sistema simpatico
Sistema parasimpatico
Sistema enterico
80
STEP BY STEP
Quali parti del sistema nervoso controllano i muscoli della mano quando scriviamo e quelli del sistema digerente quando mangiamo?
81
14.11 Il sistema nervoso periferico contiene sottosistemi con funzioni diverse
Il nostro SNA contiene due insiemi di neuroni con effetti antagonisti sulla maggior parte degli organi
– Sistema parasimpatico: prepara l’organismo alle attività che portano all’acquisizione e alla conservazione dell’energia
– “riposa e digerisci”
– Sistema simpatico: prepara l’organismo a intense attività che consumano energia, come il combattimento, la fuga o la competizione
– Reazione “combatti o fuggi”
82
14.12 L’azione opposta dei neuroni simpatici e parasimpatici regola l’ambiente interno
Encefalo
Sistema parasimpatico
Provoca la contrazionedelle pupille
Occhio
Stimolala produzione di saliva
Polmone
Provoca lacostrizionedei bronchi
Riducela frequenzacardiaca
Midollospinale
Stimolastomaco, pancreas e intestino
Fegato
Stimolala minzione
Favorisce l’erezione dei genitali
Intestino
Genitali
Vescica
Pancreas
Stomaco
Ghiandolasurrenale
Cuore
Ghiandole salivari
Sistema simpatico
Provoca la dilatazione delle pupille
Inibisce la produzione di saliva
Provoca ladilatazionedei bronchi
Aumenta lafrequenzacardiaca
Stimola la liberazione di adrenalina e noradrenalina
Stimola la liberazione di glucosio
Inibisce stomaco, pancreas e intestino
Inibisce la minzione
Provoca l’eiaculazione e le contrazioni vaginali
83
STEP BY STEP
Quale effetto avrà sulla frequenza del polso di una persona un farmaco che inibisce il sistema nervoso parasimpatico?
84
14.12 L’azione opposta dei neuroni simpatici e parasimpatici regola l’ambiente interno
Lezione 4
L’ENCEFALO UMANO
85
14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre rigonfiamenti anteriori del tubo neurale
L’encefalo dei vertebrati si è evoluto attraverso l’ingrandimento e la suddivisione strutturale e funzionale
– Prosencefalo
– Telencefalo (cervello)
– Diencefalo
– Mesencefalo
– Rombencefalo
86
Regioni dell’encefaloembrionale
Prosencefalo
Mesencefalo
Rombelcefalo
Mesencefalo
Rombencefalo
Prosencefalo
Embrione di un mese
Strutture presentinell’adulto
Telencefalo (emisferi cerebrali; comprende corteccia cerebrale, sostanza bianca, gangli basali)
Diencefalo (talamo, ipotalamo,neuroipofisi, epifisi)
Mesencefalo (parte del tronco encefalico)
Ponte (parte del tronco encefalico), cervelletto
Midollo allungato (parte del tronco encefalico)
Emisfero cerebrale Diencefalo
Mesencefalo
Ponte
Cervelletto
Midollo allungato
Midollo spinale
Feto di tre mesi
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Regioni dell’encefaloembrionale
Strutture presentinell’adulto
Telencefalo (emisferi cerebrali; comprende corteccia cerebrale, sostanza bianca, gangli basali)
Diencefalo (talamo, ipotalamo, neuroipofisi, epifisi)
Mesencefalo (parte del tronco encefalico)
Ponte (parte del tronco encefalico), cervelletto
Midollo allungato (parte del tronco encefalico)
Prosencefalo
Mesencefalo
Rombelcefalo
88
Mesencefalo
Rombencefalo
Prosencefalo
Embrione di un mese
Emisfero cerebrale Diencefalo
Mesencefalo
Ponte
Cervelletto
Midollo allungato
Midollo spinale
Feto di tre mesi
89
14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre rigonfiamenti anteriori del tubo neurale
L’evoluzione del comportamento dei vertebrati, nella sua estrema complessità, è andata in parallelo con l’evoluzione del telencefalo (cervello)
90
14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre rigonfiamenti anteriori del tubo neurale
STEP BY STEP
Quale regione dell’encefalo ha subito i maggiori cambiamenti durante l’evoluzione dei vertebrati?
91
14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente
L’encefalo umano
– È più potente e più sofisticato dei nostri migliori computer
– È suddiviso in tre parti principali
– Prosencefalo
– Mesencefalo
– Rombencefalo
92
Mesencefalo
Rombencefalo
Prosencefalo
Telencefalo
Talamo
Ipotalamo
Ipofisi
Ponte
Midollo allungato
Cervelletto
Cortecciacerebrale
Midollo spinale
93
Emisfero cerebralesinistro
Emisfero cerebraledestro
Corpocalloso
Ganglibasali
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14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente
Tronco encefalico
– È formato dal mesencefalo e da due aree del rombencefalo: midollo allungato e ponte
– È una delle parti più antiche dell’encefalo dei vertebrati
– Coordina e filtra le informazioni provenienti dai neuroni sensoriali
– Regola il ciclo sonno/veglia e contribuisce a coordinare i movimenti corporei
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14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente
Cervelletto
– È il centro che coordina i movimenti del corpo
Talamo
– Classifica i dati in categorie e li invia alla corteccia cerebrale
Ipotalamo
– È il principale centro di controllo omeostatico
– Regola i cicli circadiani
– Controlla la secrezione di ormoni da parte dell’ipofisi96
14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente
Il telencefalo
– È la parte più voluminosa e complessa dell’encefalo
– Svolge le funzioni di integrazione più complicate
– Formula le risposte comportamentali complesse
– Ho un ruolo fondamentale in linguaggio, memoria, apprendimento, emozioni
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14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente
STEP BY STEP
Qual è la parte dell’encefalo più importante per risolvere problemi algebrici, tra quelle elencate nella tabella della precedente diapositiva?
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14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate e interattive
Corteccia cerebrale
– È spessa solo 5 mm
– Rappresenta l’80% della massa totale dell’encefalo umano
– Regola i movimenti volontari
– È responsabile dei tratti umani più distintivi
– Capacità logiche, matematiche e linguistiche, immaginazione, personalità
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14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate e interattive
Corteccia motoria: invia comandi alla muscolatura scheletrica, rispondendo agli stimoli sensoriali
Aree di associazione
– Formano la maggior parte della corteccia cerebrale
– Sono la sede delle attività mentali superiori
– Ragionamento
– Linguaggio
Lateralizzazione: durante lo sviluppo alcune aree dei due emisferi si specializzano per funzioni diverse
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Lobo frontale Lobo parietale
Lobo temporale Lobo occipitale
Area associativafrontale
Area associativasomatosensoriale
Area associativavisivaArea associativa
uditiva
Linguaggio
Olfatto
Udito
Gusto
Linguaggio
Lettura
Vista
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14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate e interattive
STEP BY STEP
Se un ictus determina la perdita della parola e l’intorpidimento della parte destra del corpo, quale lobo della corteccia potrebbe aver danneggiato?
E di quale emisfero?
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Cervelli danneggiati
Lo studio dell’encefalo ha permesso di associare ad alcune aree specifiche alcune attività e abilità umane
− Tomografia a emissione di positroni (PET)
− Risonanza magnetica funzionale (fMRI)
Molte informazioni derivano dallo studio di alterazioni dell’encefalo causate da malattie, incidenti, operazioni chirurgiche
– La storia di Phineas Gage
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COLLEGAMENTO salute
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Stimolazione diretta
− Durante le operazioni al cervello è possibile stimolare parti della corteccia con una corrente elettrica innocua e interrogare il paziente su quali sensazioni o ricordi vengano richiamati
Lateralizzazione
– Molto di quello che sappiamo a proposito della lateralizzazione proviene dallo studio di pazienti in cui le fibre che mettono in comunicazione i due emisferi sono state recise per curare gravi forme di epilessia
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Cervelli danneggiatiCOLLEGAMENTO salute
14.16 La risonanza magnetica funzionale (fMRI) permette di comprendere la struttura e le funzioni dell’encefalo
fMRI
– è una tecnica di scansione e produzione di immagini che permette di visualizzare i processi metabolici durante il loro svolgimento nei tessuti viventi
– Applicabile su pazienti coscienti e sani
– Individua le aree in cui varia il consumo di ossigeno e quindi l’attività neuronale
– Ha permesso di associare aree cerebrali specifiche con un’ampia gamma di comportamenti, semplici e complessi
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14.16 La risonanza magnetica funzionale (fMRI) permette di comprendere la struttura e le funzioni dell’encefalo
STEP BY STEP
Che cosa misura effettivamente la fMRI?
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14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato da diverse regioni dell’encefalo
Diversi centri per il controllo della veglia e del sonno si trovano nel tronco encefalico
– La formazione reticolare è uno di essi e agisce come un filtro ricevendo i dati dai recettori sensoriali e selezionando quali inviare alla corteccia cerebrale
– Più informazioni veglia
– Meno informazioni sonno
– Ponte e midollo allungato se stimolati inducono il sonno
– Nel mesencefalo si trova un centro che induce la veglia
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14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato da diverse regioni dell’encefalo
Sonno
– Essenziale per la sopravvivenza
– È uno stato attivo
– Sembra sia coinvolto nella consolidazione dell’apprendimento e nella memoria
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14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato da diverse regioni dell’encefalo
STEP BY STEP
Che cosa impedisce alla corteccia cerebrale di essere sopraffatta dal gran numero di stimoli sensoriali provenienti dai recettori periferici?
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14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento
Il sistema limbico
– È un’unità funzionale del prosencefalo che comprende parti del talamo e dell’ipotalamo circondate da due anelli incompleti costituiti da regioni della corteccia cerebrale
– È coinvolto
– Nelle emozioni
– Nella memoria
– Nell’apprendimento
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TelencefaloTalamoIpotalamo
Cortecciaprefrontale
Bulbo olfattivoAmigdala Ippocampo
Afferenzeolfattive
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14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento
Il diversi tipi di memoria
– Memoria a breve termine
– Memoria a lungo termine
– Il passaggio di dati dalla memoria a breve termine alla memoria a lungo termine coinvolge in parte l’amigdala
– Memoria procedurale
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14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento
STEP BY STEP
Quali fattori aiutano a trasferire le informazioni dalla memoria a breve termine a quella a lungo termine?
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Quando il cervello si inceppa
Alterazioni della fisiologia dell’encefalo possono dar luogo a gravi disturbi neurologici e psichiatrici
Le malattie del sistema nervoso hanno un notevole impatto sulla società, tra le più gravi ci sono
– Schizofrenia
– Depressione
– Morbo di Alzheimer
– Morbo di Parkinson
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COLLEGAMENTO salute
Schizofrenia
– Disturbo mentale grave
– Caratterizzato da episodi psicotici nei quali i pazienti perdono la capacità di distinguere la realtà
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Quando il cervello si inceppaCOLLEGAMENTO salute
Depressione
– Condizione patologica caratterizzata da umore depresso, accompagnato da alterazioni del sonno, dell’appetito e del livello di energia
– Due forme principali
– Depressione maggiore
– Disturbo bipolare, o disturbo maniaco-depressivo
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Quando il cervello si inceppaCOLLEGAMENTO salute
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Morbo di Alzheimer
– Forma di deterioramento mentale o demenza, caratterizzata da confusione, perdita della memoria e da molti altri sintomi
– Generalmente è legato all’età
Difficile formulare una diagnosi
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Quando il cervello si inceppaCOLLEGAMENTO salute
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Morbo di Parkinson
– Disturbo motorio grave
– Caratterizzato da
– Rigidità
– Difficoltà a iniziare i movimenti
– Lentezza nell’eseguirli
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Quando il cervello si inceppaCOLLEGAMENTO salute
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