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2011 Elsevier Srl. Tutti i diritti ri servati.

2Lorganizzazionegerarchico-strutturale del

sistema nervoso centrale:levoluzione della mente

Carlo Blundo, Maurizio Ceccarelli*

Per quanto possiamo desiderare di vedere noi stessi come lapoteos

di una tendenza intrinseca nelle vicende dellevoluzione,

dovremo un giorno venir e a patti con la nostr a autentica

condizione di entit discrete e uniche

nel percorso di una storia contingente e imprevedibile.

Se potessimo riuscire a considerare questa prospettivacome un fatto molto divertente, e non spaventoso,

potremmo ottenere il prerequisito psicologico

per una riforma dellintelletto.

Stephen Jay Gould

Per comprendere la mente, soprattutto la mente emotiva,

non esiste altra alternativa se non quella

di seguire una prospettiva evoluzionista.

Lunico organo del nostro corpo che chiaramente

organizzato a strati il cervello.

Jaak Panksepp

INTRODUZIONE

Come noto, ogni sistema biologico, unicellulare o pluricel-lulare, vegetale o animale, de ve soddisf are le due necessitche, congiuntamente, caratterizzano il vi vente: quella meta-bolica, che richiede la presenza di processi relativi alla catturae alla trasformazione dellenergianecessaria per la formazio-ne e il mantenimento delle str utture biolo giche, e quellariproduttiva, che richiede la presenza di processi relati vi allatrasmissione dell informazione geneticada una generazioneallaltra (cfr. Eldredge, 1995).

Nellambito dei sistemi biologici, gli organismi animali, adifferenza di quelli vegetali, non sono ener geticamente auto-sufficienti, per cui necessitano di par ticolari str utture tese aorganizzare il movimento dellorganismo nellambiente per laricerca e la cattura dellenergia (cfr. De Duve, 1995). In parti-colare, negli organismi animali pluricellulari il tessuto ner -voso che assolve al compito primario di coordinare latti vitdelle diverse par ti dellorganismo per attuare il mo vimentonellambiente al fine di raggiungere le fonti ener getiche e,

per le specie in cui la riproduzione necessita dellaccoppia-

Introduzione

Fondamenti concettuali e metodologicidella prospettiva evoluzionista

Evoluzione della mente

Cervello rettiliano e mente rettilianaStrutturedel cer vellor ettilianoComportamenti mediati dal cervello rettilianoMotivazionir ettilianeRappresentazione sostenuta dal cervello rettilianoFunzionedel cer vello rettilianoMemoriar ettilianaMenter ettilianaAnatomia fisiologica e disturbi neuropsichiatricida alterazioni del cervello rettilianoRuolofi siopatologicodel l ivellos trutturale rettiliano

Cervello limbico e mente episodicaStrutturedel cer vellol imbicoComportamenti mediati dal cervello limbicoMotivazionidel cer vello limbicoRappresentazione sostenuta dal cervello limbicoFunzionedel cer vello limbicoMemoriadel cer vello limbicoMenteepis odicaAnatomia fisiologica e disturbi neuropsichiatricida alterazioni del sistema limbicoRuolofi siopatologicodel l ivellos trutturale limbico

Cervello neocorticale e mente mimica, miticae teoretica

Strutturedel cer velloneocor ticaleOrganizzazione funzionale del cervello neocorticaleLivello organizzativo della corteccia prefrontaleorbitaria, mediale e mente mimicaLivello organizzativo della corteccia prefrontaledorsolaterale e mente miticaLivello organizzativo della rete di interconnessionefronto-cortico-sottocorticaleem ente teoretica

Conclusione

*Carlo Blundo lautore dei paragrafirelativi alla neuroanatomia comparatae umana, allanatomia fisiologica e ai disturbi neuropsichiatrici, al ruolofisiopatologico dei livelli strutturali; Maurizio Ceccarelli lautore deirestanti paragrafi.

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTOmento, per congiungersi con i partner sessuali. In conclusione,il sistema nervoso regola primariamente il movimentotramiteil rilevamento delle condizioni dellambiente esterno allor-ganismo in funzione delle necessit metaboliche e riprodutti-ve, cio in funzione delle condizioni relati ve allambienteinternoallor ganismo (cfr . Denton, 2005; P anksepp, 1998;Young, 1986 ). In questottica, possibile inter pretare lau-mento di complessit del sistema nervoso nel corso dellevo-

luzione biologica come la condizione che ha per messo allediverse specie animali di complessificare le disposizioni in-nate allazione relative allesplorazione ambientale,fenome-no, come vedremo, coevolutivo a una progressiva, seppuresempre relativa, emancipazione dei comportamenti dellorga-nismo dai vincoli ambientali per soddisfare le proprie neces-sit metabolico-riproduttive.

Secondo quanto esposto, il contributo primario della pro-spettiva evoluzionista alla conoscenza della mente definire ledisposizioni allazione o motivazioni(cfr. Liotti, 2005; P an-ksepp, 1998 ) inscritte geneticamente nelle strutture del siste-ma nervoso, disposizioni che costituiscono, per il singolo orga-nismo, il patrimonio derivante dalleredit filogenetica.

FONDAMENTI CONCETTUALIE METODOLOGICI DELLA PROSPETTIVAEVOLUZIONISTA

Secondo la teoria dellevoluzione, le diverse strutture presentinel nostro sistema nervoso sono il prodotto della storia filoge-netica, per cui tali str utture hanno somiglianze morfologichee biochimiche con le strutture presenti in specie animali concui abbiamo condiviso un comune antenato. La declinazionedi tale prospettiva evoluzionista in neurobiologia stata pio-nieristicamente ef fettuata da P aul MacLean e for malizzatanella famosa teoria del cervello tripartito( MacLean,1973 ).In sintesi, secondo MacLean nel sistema ner voso centrale

umano possibile rile vare tre distinte sezioni str utturali, te-stimoni del percorso e voluzionistico del sistema stesso: la

prima sezione, detta cervello rettilianoo complesso R,forma-ta dal tronco encefalico, dallipotalamo, dal talamo e dai nu-clei della base, caratterizza il cer vello dei rettili ancestrali; aldi sopra di questa prima struttura, circa 100 milioni di anni fa, comparsa una seconda str uttura, detta cervello limbico ocervello paleomammif ero, composta dal rinencef alo e dallobo limbico, che caratterizza il cervello dei mammiferi infe-riori; circa 20 milioni di anni fa comparsa una terza struttura,detta cervello neocorticaleo neopallioo cervello mammifero,composta dalle circon voluzioni pi ester ne della cor tecciacerebrale, la quale caratterizza il cer vello dei mammiferi su-

periori avendo il massimo sviluppo nei primati non umani e,

soprattutto, nelluomo.Come noto, MacLean af ferma che ciascuna sezione del

cervello tripartito ha delle proprietpeculiari: un par ticolaretipo di intelligenza, un particolare tipo di memoria, una parti-colare organizzazione del tempo e dello spazio. Semplifican-do, il cer vello del rettile sarebbe responsabile dei compor ta-menti automatici primordiali, quello dei mammiferi inferiorisarebbe associato alle emozioni, mentre quello dei mammife-ri superiori alla sfera cognitiva (MacLean, 1973) (fig. 2.1 ).

Il modello di MacLean ha suscitato, e suscita tuttora, tanto critiche(LeDoux, 1991 ; Reiner, 1997) quanto consensi (Cor y, 2002; Panksepp,

1998). Le critiche attengono sia alla difficolt di riassumere in sole trecomponenti la v ariet delle funzioni ner vose, sia alla cor rettezza dellacomposizione anatomica delle diverse sezioni del cervello tripartito, siaalla scarsa considerazione dei processi di integrazione strutturale-funzio-nale tra le sezioni. P er quanto attiene alla suddi visione anatomica, lenuove tecniche di indagine hanno dimostrato, per esempio, che anche neinon mammiferi esistono strutture omologhe del sistema limbico, e vice-versa, per cui, per esempio, una str uttura come il cor po striato, che f a

parte del cervello rettiliano, non solo codifica automatismi motori moltoprimitivi ma anche se gnali relativi alla sfera emoti va. Daltronde, sullascia di Darwin, il quale sosteneva che levoluzione non procede in manie-ra lineare ma tende a di varicarsi in percorsi evolutivi diversi, lanatomiacomparata ha dimostrato che, se vero che cervelli pi complessi si sonoevoluti a partire dai cervelli pi semplici, i processi evolutivi alla base delloro sviluppo si sarebbero verificati pi e pi volte e in maniera indipen-dente formando linee evolutive separate.

a

b

c

Fig. 2.1 Rappresentazione dello sviluppo filogenetico

del cervello dai rettili ai mammiferi. a.Rettili. b.Mammiferi

(coniglio). c.Uomo. 1 = cervelletto; 2 = tronco dellencefalo;

3 = mesencefalo; 4 = gangli della base; 5 = talamo;6 = ipotalamo; 7 = setto; 8 = bulbo olfattorio; 9 = tratto

olfattorio; 10 = paleopallium; 11 = archipallium; 12 = lobo

limbico; 13 = neocorteccia primordiale (pallium generale);

14 = neopallium; = ipotalamo; = rinencefalo; = lobo

limbico. (Modificata da Macchi G: Anatomical substrate

of emotional reactions. In Boller F, Grafman J, editors:

Handbook of neuropsychology, vol 3, Amsterdam, 1989,

Elsevier.)

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LORGANIZZAZIONE GERARCHICO-STRUTTURALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

La teoria di MacLean, tutta via, al di l della sua contro versa realtanatomica, sostiene con chiarezza lo stretto ed essenziale collegamento tra

funzioni mentali di crescente complessit e strutture cerebrali di crescente

complessit emerse progressivamente nel corso della traiettoria tempora-

le delle voluzione biolo gica. A soste gno di ci, lanatomia comparataevidenzia che il sistema ner voso centrale delle varie classi dei vertebrati

presenta un piano generale di organizzazione comune al cui interno, pas-sando dalle classi filogeneticamente pi antiche a quelle pi recenti, sirileva una graduale complessificazione strutturale in rapporto con condi-

zioni di vita sempre pi emancipate dai vincoli ambientali grazie alleser-cizio di compiti funzionalmente pi elevati (Delmas, 1980). In questo

percorso evoluzionistico lintegrazione tra le diverse sezioni anatomichesi associa alla comparsa di una funzione di controllo dellatti vit dellestrutture pi antiche da parte delle strutture pi recenti, tanto quanto allacomparsa di una funzione di soste gno dellattivit delle str utture pirecenti da parte delle strutture pi antiche, dando luogo a quellorganiz-zazione gerarchica del sistema che, in pieno spirito jacksoniano (cfr .Capitolo 1 ) di fondamentale impor tanza per la comprensione dellatti-vit cerebrale e dei compor tamenti correlati, sia in condizioni fisiologi-che, sia nel corso di patologie del sistema nervoso.

Secondo MacLean, quindi, possibile identificare nel nostrosistema nervoso centrale una serie di distinte unit strutturali-

funzionali. Queste distinte unit, essendo espressione dellevo-

luzione del sistema, possono essere indagate singolar mentenelle loro propriet peculiari studiando, rispettivamente, lecaratteristiche fisiologiche e compor tamentali delle specieanimali dotate esclusi vamente delle strutture proprie del cer -vello rettiliano; delle specie che, oltre al cer vello rettiliano,sono dotate delle strutture limbiche; e, infine, delle specie che,oltre al cervello rettiliano e limbico, sono dotate delle struttureneocorticali.

La prospetti va evoluzionista applicata allo studio del sistema ner vosoumano enfatizza lautonomiadelle diverse parti del sistema nella misurain cui ne definisce la singolarit delle propriet. per tali moti vi che ilmodello del cer vello tripartito presta il fianco a inter pretazioni di tipolocalizzazionistico, secondo le quali il cervello rettiliano sarebbe il depo-

sitario della nostra animalit pi arcaica, istintuale, quello limbico il de-positario delle passioni e solo quello neocor ticale il depositario de gliaspetti peculiarmente umani del nostro essere, in sintonia concettuale conla tripartizione della natura umana definita da Platone (irascibile,concu-

piscibile,razionale). Linterpretazione localizzazionista del modello daconsiderare, per, come inevitabile artefatto dellapproccio metodologicoinsito nella prospetti va e voluzionista piuttosto che uninter pretazionedella realt funzionale del sistema. Infatti, secondo tale approccio le pro-

priet biologiche possono essere analizzate come entit discrete, comediscretesono, sotto cer ti aspetti (cfr. Zimmer, 2008 ), le specie rispettoallevoluzione della materia vi vente. Peraltro, la copresenza di par ti di-stinguibili allinterno di un unico sistema richiede, per la comprensionedella funzionalit complessiva dello stesso, non solo di considerare l in-dipendenzae lautonomiastrutturale e funzionale delle diverse parti, maanche la loro dipendenzae integrazionestrutturale e funzionale. La ne-cessit della biuni voca correlazione tra autonomia e inte grazione dellediverse parti del sistema era ben chiara allo stesso MacLean nel momentoin cui affermava che il sistema nervoso centrale umano non solo trinoma anche uno. quindi possibile individuare nel modello di MacLeanla primaria espressione di una funzionalit unitaria che si fonda e si ali-menta sulla triplice or ganizzazione( Gallino, 1984 ). Proprio per aspettimetodologici, se da un lato la prospettiva evoluzionistaillumina sul-lidentit peculiare delle singole par ti del sistema enf atizzando in talmodo la definizione della reciproca autonomia delle loro propriet, dal-laltro lato mette inevitabilmente tra parentesi il tema dei rapporti di reci-

proca dipendenza delle loro propriet. Sar compito della prospettivaevolutiva, esposta nel Capitolo 3, enfatizzare il rapporto di reciproca inte-

grazione delle proprietdelle singole par ti, ponendo sullo sfondo le te-matiche relative alla loro reciproca autonomia.

La restante par te del capitolo sar dedicata allesposizionedellorganizzazione gerarchico-str utturale del cer vello sullafalsariga della teoria di MacLean, ampiamente modificata gra-zie ai contributi offerti da altri autori ( Ceccarelli, 2005; 20042001; Heimer et al, 2008; LeDoux, 1996; Panksepp, 1998)

Nel Capitolo 3, sar invece delineata unorganizzazione gerar-chico-funzionale del sistema ner voso basata sullonto genesdei processi dintegrazione dellinformazione nervosa tra i di-

versi livelli strutturali.

EVOLUZIONE DELLA MENTE

La descrizione delle diverse propriet dei singoli livelli strut-turali del sistema nervoso centrale sar esposta secondo il se-guente ordine tematico.

Struttura: descrizione dellanatomia del livello strutturaleconsiderato.

La teoria dei tre cervelli di MacLean coincide con un modello su base filogenetica del cer vello umano, ma allinter no di questo or gano, come

precedentemente detto, non semplice ricostruire quali siano le struttureanatomiche che costituiscono il primiti vo cervello rettiliano, limbico eneocorticale. La selezione naturale, inf atti, non agisce per semplice so-vrapposizione anatomica ma rimodella i circuiti e le strutture preesistentin maniera da adattarli alle condizioni ambientali in cui le nuove specie strovano a vivere. Il processo della selezione, per tanto, porta alla trasformazione, durante larticolato e imprevedibile percorso dellevoluzione, dstrutture che in certe specie di animali svolgevano determinate funzioniPer esempio, il cervelletto nei pesci ha la funzione di mantenere lequili-

brio del corpo, mentre nei mammiferi si trasforma in un sistema che, oltrallequilibrio, controlla e coordina i mo vimenti degli arti, e nelluomo,infine, oltre che a mantenere lequilibrio e controllare e coordinare i mo-vimenti, regola funzioni cognitive ed emozionali. In questottica, il termi-ne encefalizzazione(proposto da Jackson nel 1885) veicola il riferimentoa una concettualizzazione morfofunzionale unitariadel sistema nervoso

segnalando la fallacia di una distinzione tra livelli corticali e sottocortica-li, in quanto la cor teccia cerebrale solo il li vello pi inte grato e pievoluto dellintero sistema.

Tenendo presenti le suddette precisazioni, possibile comunque affer-mare che la prospetti va evoluzionista indica chiaramente che il cer velloumano ha unorganizzazione verticale con strutture anatomiche sotto-corticali filogeneticamente pi arcaiche e str utture corticali pi recenti(Koziol e Budding, 2010). In ambito clinico, come vedremo, osservaziondi pazienti con disturbi mentali primari o secondari a patolo gie cerebrallocalizzate in differenti regioni dellencefalo sostengono lidea che diver-si comportamenti umani, anche se fr utto di uninestricabile interazionefra strutture sottocorticali e corticali, sono interpretabili come espressionedella prevalente attivit di distinti sistemi anatomofunzionali che nel corso dellevoluzione hanno contraddistinto gli stadi e volutivi del cer vellorettiliano, limbico e neocor ticale ( Ghika, 2008; Liotti, 2005; P anksepp1998 ).

Comportamento: descrizione del repertorio comportamen-tale correlato al livello strutturale considerato.

Motivazione: descrizione delle disposizioni innate allazione correlate al livello strutturale considerato.

La distinzione concettuale tra motivazione e comportamento una distinzione apprezzabile in modo direttamente proporzionale alla complessitdel sistema nervoso centrale considerato. Nei sistemi ner vosi semplici, lacui organizzazione assimilabile a un insieme di riflessi, le disposizioniinnate allazione (moti vazioni) danno luo go ad azioni (compor tamentisostanzialmente omogenee per tutti gli individui appartenenti a una deter

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTOminata specie, dato che evidenzia la connessione semplice e diretta tramotivazione e comportamento. Nei sistemi nervosi complessi, la cui orga-nizzazione assimilabile a un insieme di reti neuronali ampiamenteinteragenti interposte tra af ferenze sensoriali ed ef ferenze motorie, le di-sposizioni innate allazione (motivazioni) danno luogo ad azioni (compor-tamenti) in cui apprezzabile, seppure in modo relati vo, la dif ferenzafenomenica tra gli indi vidui appartenenti a una determinata specie. Taledifferenza fenomenica dipende dal fatto che negli organismi con sistemanervoso complesso i diversi comportamenti che afferiscono a una mede-

sima motivazione sono lespressione della significativit deipercorsi disviluppo individuale, inevitabilmente storicamente singolari, nel determi-nare la costruzione dellorganizzazione del sistema, come magistralmen-te esemplificato dal fenomeno dell imprintingposto in luce da K onradLorenz(1973) .

Come noto, i piccoli dellanatra tendono a se guire, alla schiusadelluovo, lanatra madre che, nelle abituali condizioni naturali, postadinanzi a loro. Lorenz osserv che, se al posto dellanatra madre si poneun oggetto caratterizzato da certe dimensioni spaziali e che si muove auna certa velocit (una scatola di cartone mossa da un filo; Lorenz stessoin posizione carponi), lanatroccolo tende a seguire questo oggetto, rela-zionandosi con esso come se fosse lanatra madre. Tale fenomeno evi-denzia con chiarezza che nel sistema ner voso dellanatroccolo la dispo-sizione allazione (moti vazione) di se guire un o ggetto alla schiusadelluovo nonpredetermina una specifica rappresentazione delloggetto

da seguire (se cos fosse, lanatroccolo seguirebbe esclusivamente lana-tra madre) bens predetermina uno schema sensomotorio che definisce ilimiti spaziotemporali della relazione tra lorganismo e lambiente,limi-ti al cui interno possono rientrare oggetti simili per determinate caratteri-stiche percettive, seppure di natura di versa. Il fenomeno dellimprintingsegnala, inoltre, che la rappresentazione dello ggetto successiva allarelazione tra lorganismo e lambiente, e che tale rappresentazione, in-scritta nella memoria, orienter il futuro comportamento dellorganismo(come evidenziato dal f atto che lanatroccolo imprintatosi con Lorenztenter, da adulto, di accoppiarsi con Lorenz piuttosto che con le anatresessualmente disponibili intorno a lui). Con riferimento alluomo, lim-

ponente e pluridecennale ricerca relati va alla moti vazione allattacca-mento( Bowlby, 1980; 1973; 1969 ) del bambino alla figura genitorialesegnala con chiarezza inequi vocabile lalta cor relazione tra lo stile delcomportamento di attaccamento del bambino e lo stile del comportamen-to di accudimento del genitore (cfr . Liotti, 2005 ), costituendo una delle

prove maggiormente evidenti della significativit dei percorsi di sviluppoindividuali, storicamente singolari, per la determinazione del comporta-mento umano.

Sulla base di queste considerazioni, plausibile sostenere che nellespecie dotate di sistemi ner vosi semplici i limiti spaziotemporali del-lazione predeterminati dalla motivazione sono ristretti, per cui gli ogget-ti ambientali che vi rientrano hanno caratteristiche percetti ve pressochuniche, e ci giustifica linterpretazione, errata, relativa allesistenza nelsistema nervoso centrale di una rappresentazione innatadelloggetto.Il rapporto tra moti vazione e compor tamento schematicamente rap-

presentato nella fig. 2.2 :il confronto con la fig. 1.1(vedi Capitolo 1 )consente di apprezzare quanto tale rappor to si inscriva allinterno del

pi generale e inclusivo rapporto fra struttura e funzione.

Rappresentazione: descrizione degli elementi dellambien-te inter no allor ganismo e de gli elementi dellambienteesterno che intervengono nella costituzione della rappre-sentazione della relazione or ganismo-ambiente specificadel livello strutturale considerato.

Funzione:identificazione del tipo di funzione sostenuta dallivello strutturale considerato, utilizzando la classica cate-gorizzazione delle funzioni mentali propria della psicologia(percezione, emozione, linguaggio, coscienza).

Memoria: identificazione del tipo di memoria sostenutadallorganizzazione del livello strutturale considerato (vedi

fig. 2.1per il rapporto fra struttura, organizzazione, memo-

ria e funzione, e v edi Capitolo 3 per la dettagliata caratte-rizzazione di un simile rappor to), utilizzando, in par te, la

classica categorizzazione della memoria propria della psi-cologia (procedurale, episodica, semantica). Mente: identificazione del tipo di mente sostenuta dal li-

vello strutturale considerato, utilizzando la categorizzazio-ne relativa allevoluzione della mente proposta da MerlinDonald (mente episodica, mimica, mitica, teoretica; Do-nald, 1991 ).

Con il termine mente intendiamo indicare genericamente il complessodelle propriet espressivedella relazione organismo-ambiente gestite dallivello strutturale del sistema nervoso centrale considerato (cfr. Capitolo 1,il paragrafo Prospettiva relazionale). Accanto alla gestione espressi vadella relazione organismo-ambiente possono esservi, oppure non esservi,

propriet autoregolative della relazione, la cui declinazione fenomenica la modulazione del comportamento da parte dellorganismo. Le proprietautoregolative, come sar dettagliamente ar gomentato nel Capitolo 3 ,sono lespressione di processi rappresentati vi di tipo riflessivo, processicoevolutivi e coincidenti con la coscienza (Mountcastle, 1980). In que-stottica, ogni livello strutturale del sistema ner voso centrale dotato diuna mente specifica, una mente che pu a vere, oppure non a vere, unacoscienza specifica.

Anatomia fisiologica e disturbi neur opsichiatrici: descri-zione degli aspetti fisiologici e del panorama dei disturbineuropsichiatrici associati alle alterazioni delle componen-ti anatomiche proprie del livello strutturale considerato.

Pur essendo la descrizione dei disturbi neuropsichiatrici lo ggetto cen-trale dei questo libro (vedi Capitoli 7-16), lesposizione sintetica di moltidi essi in questo capitolo ha lobiettivo di segnalare al lettore lutilit cli-nicadi una modellizzazione gerarchico-str utturale del sistema ner voso,anche se la localizzazione concettualmente maggior mente adeguata ditale paragrafo sarebbe allinterno del paragrafo relativo alla psicopatolo-gia del Capitolo 3.

Ruolo fisiopatologico del livello strutturale: descrizione delruolo di ciascun livello strutturale nellorganizzazione del-lattivit cerebrale e nella fisiopatologia dei disturbi neu-ropsichiatrici.

Motivazione(struttura)

Memoria(organizzazione)

Funzione

AMBIENTE

Comportamento

1

2

3

Fig. 2.2 Motivazione e comportamento nei sistemi viventi

complessi. La numerazione indica la scansione temporale

del processo relazionale.

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LORGANIZZAZIONE GERARCHICO-STRUTTURALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

CERVELLO RETTILIANOE MENTE RETTILIANA

STRUTTURE DEL CERVELLO RETTILIANOIn questo paragrafo saranno descritte, tenendo presenti le dif-ficolt e le avvertenze precedentemente esposte relativamentea questo compito, le principali str utture del cer vello umano

che, per sede anatomica e funzione, possono essere considera-te similari a quelle del cervello rettiliano.

Elementi di embriogenesicerebrale dei cranioti

Nel corso dellevoluzione, la comparsa del cervello dei rettili ancestrali,circa 300 milioni di anni fa, segna lo sviluppo delle strutture encefaliche

proprie deicranioti(tale termine definisce i vertebrati che hanno il cervel-lo protetto dal cranio), strutture da cui derivano filogeneticamente quelledel cervello degli uccelli, dei mammiferi e infine delluomo. Pertanto, unarapida sintesi dello sviluppo embrionale del cer vello dei cranioti sarutile per chiarire lorigine delle di verse regioni encefaliche presenti nel-luomo. Esula naturalmente dal testo una trattazione pi approfonditadellanatomia comparata, per cui si rimanda il lettore a testi specializzati

che hanno costituito il riferimento per questa trattazione ( Liem et al,2002; Mazzi e Fasolo, 1977).Il cervello si sviluppa da un rigonfiamento dellestremit craniale del

tubo neurale (fig. 2.3). Inizialmente si possono riconoscere tre espansionicerebrali chiamate vescicole primitive: 1.uncervello anterioreoproencefalo(dal greco,pros = davanti ed enke-

falos = cervello);2. un cervello intermedioo mesencefalo(dal greco, mesos = interme-

dio);3. uncervello posterioreo rombencefalo(dal greco, rombos = aforma di

losanga).Il proencefalo inizialmente d origine allevescicole ottiche, che formeran-no la retina dellocchio, e all infundibolo, in posizione ventrale mediana.

Laghiandola pituitariao ipofisiaderisce allinfundibolo; la sua porzioneposteriore, la neuroipofisi, si sviluppa come gemmazione dellinfundibolo. Unaltra re gione cerebrale, il telencefaloo cer vello terminale (dagreco telos = termine), si sviluppa subito dopo prendendo origine da dueespansioni rostrolaterali del prosencefalo. Da queste si differenziano i dueemisferi cerebrali, i quali, insieme, costituiscono il cerebro, e i due bulbolfattivi. Le due cavit note come ventricoli lateralisi trovano negli emisferi e possono estendersi nei bulbi olfattivi.

La restante parte del proencefalo rimane adiacente alla linea mediana

e d origine al diencefalo(dal g reco di = dimezzo). La sua cavit, iterzo ventricolo, rimane connessa ai ventricoli laterali attraverso iforaminterventricolari di Monro. Le pareti laterali del diencefalo si ispessiscono per formare i due talami(dal greco thalamos = stanzapi interna); i

pavimento d origine all ipotalamoe il tetto, che in g ran parte rimanemolto sottile, forma lepitalamo. Dai neuroni del proencefalo si diramanogli assoni che, mettendosi in connessione con altre str utture del sistemanervoso, danno origine alla sostanza bianca, corticale, del corpo callosoe della capsula interna.

A differenza del proencef alo, il mesencef alo rimane indi viso. Unostretto acquedotto di Silvio lo attraversa connettendo il terzo v entricolocon il quarto ventricolo situato nel rombencefalo. La superfice dorsaledel mesencefalo si trasforma in una struttura denominata tetto, mentre i

pavimento costituisce il tegmento. Nei mammiferi, il tetto del mesencefalo forma i collicoli superiori(visivi) e i collicoli inferiori(uditivi). Il teg

mento contiene lasostanza nerae il nucleo rosso.Il terzo rostrale del tetto del rombencef alo si differenzia in un metencefalo(dal g reco met= dopo), che costituito quasi interamente dalcervelletto. Durante lo sviluppo embrionale degli uccelli e dei mammiferigruppi di neurob lasti mig rano dal cer velletto nella par te ventrale derombencefalo formando i nuclei del pontee altri nuclei. La re gione de

ponte non si sviluppa nei rettili nei quali tutto il rombencef alo, a parte icervelletto, costituisce la quinta regione cerebrale denominata mielence

falo, che ter mina nel midollo spinale (dal g reco myelos = midollo).Imielencefalo forma il midollo allungato(altrimenti chiamato bulbo) econtiene il quarto ventricolo.

Organizzazione anatomica

del cervello rettilianoLarchitettura neurale del cer vello rettiliano inter media traquella deipesci/anfibi e quella degli uccelli, tuttavia gli stu-diosi di anatomia comparata sottolineano come non sia possi

bile darne una descrizione uni voca, in quanto la tassonomiadei rettili include diversi gruppi che nella storia dellevoluzio-ne sono andati incontro a una diversificazione.

In questottica, la definizione di cer vello rettiliano for nita da Macleanappare piuttosto restrittiva e poco aderente alla realt anatomica. Lo stesso MacLean (MacLean, 1973, trad. it. p 5 in nota) tutta via scrive: op

portuno ricordare qui che esistono attualmente soltanto quattro ordini direttili viventi e che a nessuno di essi si ritiene siano appar tenuti i precursori dei mammiferi. I quattro ordini di rettili sono: 1) i cheloni, cio le

tartarughe, cos chiamati per il guscio a forma di scatola che li ricopre; 2gli squamati, che comprendono due sottordini, le lucertole e i serpenti; 3i coccodrilli, di cui fanno parte coccodrilli e alligatori insieme agli uc-celli hanno avuto origine dagli Arcosauria; 4) i rincocefali, rappresentatda una sola specie, lo sfenodonte. Alcuni Autori ritengono che, tra i rettili viventi, la tartaruga possieda il tipo di cervello pi somigliante a quelloche poi di ventato il cer vello umano. Tuttavia i rettili precursori demammiferi avevano probabilmente un compor tamento molto simile aquello delle lucertole.

Studi di anatomia comparata hanno inoltre dimostrato che,dal punto di vista anatomico, tra il sistema nervoso dei rettilie degli uccelli (e addirittura dei pesci e degli anfibi) esistono

Vescicoletelencefaliche

Diencefalo

Proencefalo

Vescicoleottiche

Mesencefalo

Rombencefalo

Fig. 2.3 Il cervello si sviluppa da un rigonfiamento

dellestremit craniale del tubo neurale.

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTOdiverse relazioni di parentela e volutiva. Appare quindi pirealistico considerare che nel corso dellevoluzione, in alcu-ne specie (come i rettili) lor ganizzazione encef alica dal

punto di vista funzionale rimasta allo stato potenziale,mentre in altre (come negli uccelli e nei mammiferi) la stessaorganizzazione sotto la spinta e volutiva ha deter minato for-me di attivit e di interazione con lambiente pi complesse(Mazzi e Fasolo, 1977).

Lorganizzazione soprase gmentaria dello stadio e volutivoche, sia pure senza netti confini con il cervello degli altri verte-

brati, identifica il cer vello rettiliano essenzialmente rappre-sentata dal tronco dellencefaloe dal paleoencefalo( Delmas,1980). Il paleoencefalo si riferisce alla parte filogeneticamente

pi antica dellencefalo ed formato dal diencefalo, dai nucleitalamo-striati e dai centri vegetativi ipotalamici. Esso presiedealla coordinazione delle attivit nervose sottostanti, sia motorie

per gli automatismi riflessi, sia sensitivo-sensoriali per linte-grazione degli impulsi ascendenti, sia vegetative per la regola-zione delle principali funzioni viscerali. Nei rettili, per, il pa-leoencefalo non ha lo sviluppo strutturale e funzionale che nelcorso successivo dellevoluzione caratterizzer il cer vello deimammiferi. In conclusione, quindi, il tronco dellencef alo e i

nuclei striati possono essere considerati, dal punto di vistafunzionale, le principali str utture di cui dotato il cer vellorettiliano.

Tronco dellencefaloAspetti evoluzionistici

Il rombencefalo, presente gi nel cer vello dei pesci, costituito dalmidollo allungato (che fa parte del tronco dellencefalo) e dal cervellet-to. Il midollo allungato consiste essenzialmente in un prolungamentocraniale del midollo spinale che contiene i nuclei sensiti vi di termina-zione e i nuclei motori di origine dei nervi cranici connessi a questaregione dellencefalo. Alcune delle funzioni integrative del midollo al-lungato si basano su connessioni dirette tra nuclei sensitivi e motori, ma

per la maggior par te tali funzioni v engono assicurate dalla for mazione

reticolare.La formazione reticolare viene distinta in una parte ascendente euna discendente. Il sistema reticolare ascendente riceve impulsi sensiti-vi o afferenti dalle parti inferiori del cor po attraverso i tratti spinoreti-colari e li trasmette in direzione craniale ai centri superiori del cervello,compresi il cer velletto, il tetto ottico e lipotalamo. La str uttura e lefunzioni della formazione reticolare, pur con caratteristiche in comunetra le v arie specie, v ariano naturalmente a seconda della specie. P eresempio, le vie della for mazione reticolare ascendente nei mammiferiraggiungono gli emisferi cerebrali e influenzano processi come il son-no, il risv eglio e lattenzione. Gli impulsi discendenti o ef ferenti rag-giungono il sistema reticolare pro venendo dallo striato, dal tetto e dalcervelletto. Le vie discendenti dalla formazione reticolare sono il trattoreticolo-bulbare che raggiunge i motoneuroni del tronco cerebrale e iltratto reticolo-spinale che raggiunge i centri motori del midollo spinale.Tramite queste connessioni la for mazione reticolare coordina lattivitdi quei gruppi di neuroni che nel tronco cerebrale e nel midollo spinalesono deputati al controllo dei modelli motori ritmici. Questi modellicomprendono i movimenti oculari, lassunzione del cibo e la deglutizio-ne, la respirazione, la frequenza cardiaca. Nei pesci e ne gli anfibi, ilnuoto e i mo vimenti degli occhi, per esempio, possono essere direttiverso il cibo. Naturalmente, nel corso dellevoluzione, nuovi nuclei del-la formazione reticolare comparsi nel ponte e nel bulbo hanno permes-so, inizialmente nei primati e poi nelluomo, lacquisizione di complessimeccanismi di controllo, quali, per esempio, quelli posturali necessari

per la stazione eretta, seduta e sdraiata.Ilmesencefalo costitui to dal tetto e dal tegmento. Il tettocontiene un

paio di protuberanze denominate tetto otticoo lobi otticie, caudalmente,un secondo paio di centri situati pi in profondit, ciascuno denominato

toro semicir colare, i quali costituiscono il tetto acustico . Anche se laprincipale afferenza visiva, il tetto ottico un centro multisensoriale, inquanto negli strati profondi riceve anche fibre dai sistemi uditivo, soma-tosensitivo ed elettrocettivo. Le connessioni del tetto permettono ai pescidi localizzare gli stimoli nello spazio, come per esempio quello provocatoda una particella di cibo che cade verso il fondo e di dirigere i movimentioculari e locomotori verso lo stimolo.

Iltegmentocontiene la parte mesencefalica della formazione reticola-re, parte del nucleo del nervo trigemino e i nuclei dei nervi oculomotore e

trocleare. Nel tegmento presente un nucleo rosso, che riceve proiezionidal cervelletto e si connette al midollo spinale tramite il tratto rubrospi-nale costituendo unaltra via di controllo cerebellare dei movimenti loco-motori. La maturazione della sostanza nera e dellarea te gmentaleventrale nella specie umana ha incrementato la v elocit delle procedureautomatiche locomotorie, la motilit fine delle mani e di altri apparatimotori, mentre la trasformazione di altri nuclei bioaminergici ha svilup-

pato le funzioni attentive e motivazionali. In sintesi, il mesencefalo, chenei pesci, negli anfibi e in alcuni gruppi di rettili rappresenta un cervello

primitivo al quale ar rivano le vie sensiti ve e dal quale trae origine lamaggior parte degli impulsi motori, di viene nei mammiferi pro vvisti dicorteccia sviluppata o pallium (vedi oltre) la sede di centri secondari( Delmas,1980 ).

Elementi di anatomia del tronco dellencefaloIl tronco dellencef alo anche nelluomo comprende il midolloallungato, il mesencefalo, a cui si aggiunge, in posizione interme-dia tra queste due strutture, ilponte(fig. 2.4 ).Come nelle specieinferiori, anche in quella umana nel tronco dellencefalo passanosistemi di fibre ascendenti e discendenti e sono localizzati i nucleidei nervi cranici (dal III al XII), i neuroni della for mazione reti-colare che, insieme ad altri g ruppi di nuclei di sostanza g rigia,costituiscono ilsistema attivatore reticolare ascendente(Ascen-ding Reticular Activating System,ARAS).

Sistema attivatore reticolare ascendente Questo si-stema, descritto da Moruzzi e Magoun (1949), nelloriginariaconcettualizzazione proposta da questi Autori comprendeva es-

senzialmente i neuroni della for mazione reticolare, estesa dalbulbo al mesencefalo, che proiettano alla cor teccia, prevalente-mente attraverso proiezioni diffuse al sistema talamico. La for-mazione reticolare riceve numerose af ferenze ascendenti e di-scendenti provenienti da varie strutture del sistema ner voso, dinatura somatosensiti va, sensoriale, viscerale, cerebellare, inmodo tale da costituire un impor tante centro di integrazione adampio spettro di informazioni neurali. La formazione reticolaresvolge tre importanti attivit funzionali: regola i riflessi musco-lari, coordina le funzioni autonomiche, modula le af ferenzesensitive del dolore. Nel corso dello sviluppo filogenetico si realizzata una progressiva integrazione tra la formazione retico-lare e i centri cortico-sottocorticali superiori, in particolare lipo-talamo, linsula e la cor teccia prefrontale orbitaria (vedi queste

strutture).Seguendo Mesulam (2000a), lARAS composto dai se-guenti due sistemi di vie a proiezione diffusa.

Il sistema reticolo-talamo-corticale che attiva lo stato di al-lerta della corteccia facilitando la trasmissione transtalami-ca delle informazioni sensoriali verso la corteccia cerebrale.Lacetilcolina il principale neurotrasmettitore lungo la viareticolo-talamica mentre i neurotrasmettitori aminoacidici(GABA e glutammato) sono i trasmettitori della via talamo-corticale. I nuclei intralaminari, limbici e reticolari del tala-mo sono le componenti talamiche che ricevono il maggiorenumero di afferenze dal sistema reticolo talamico.

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LORGANIZZAZIONE GERARCHICO-STRUTTURALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

Il sistema di vie, mediato dai neurotrasmettittori acetilcoli-na, dopamina, serotonina, noradrenalina che dal tronco del-lencefalo, senza relais nel talamo, proiettano direttamentealla cor teccia cerebrale. Inoltre, proiezioni coliner giche eGABAergiche che si originano nel proencef alo, rispettiva-mente nel nucleo basale di Me ynert e nel nucleo del setto,insieme a proiezioni istaminergiche ipotalamo-corticali sonoanche coinvolte nellestesa attivit modulatrice di questo si-stema proiettivo diffuso. Ciascuno di questi neurotrasmettito-ri proietta su re gioni cor ticali leggermente diverse e sv olgeuna specifica azione modulatrice, come di se guito verr de-scritto (fig. 2.5 ).

Nuclei dellARAS I nuclei del tronco dellencefalo forma-no gruppi circoscritti allinterno della rete diffusa di neuronidella for mazione reticolare. Molti di questi nuclei sv olgonoun ruolo importante nella regolazione del comportamento.

Il nucleo parabrachiale situato nel mesencef alo me-dialmente al peduncolo cerebellare superiore e alle vie lem-niscali. Ricevendo informazioni somatosensitive viscerali,il nucleo parabrachiale una str uttura di inte grazione disensazioni come il gusto, i se gnali cardio-respiratori e ildolore viscerale che trasmette al nucleo centrale dellamig-dala e dellipotalamo. In tal senso il nucleo parabrachiale

importante nella regolazione dellattivit emotiva e auto-nomica in risposta ai segnali viscerali afferenti, soprattuttoal dolore viscerale.

Il nucleo del grigio periacqueduttale circonda lacque-dotto cerebrale nel mesencef alo ed reciprocamente con-nesso con il nucleo centrale dellamigdala. Questo nucleo importante nellelaborazione di diversi comportamenti so-matici e viscerali ed il maggiore centro attraverso il qualelipotalamo media i compor tamenti critici per la sopra vvi-venza dellorganismo e della specie.

Altri nuclei importanti dellARAS sono il locus coeruleus,il rafe, il nucleo tegmentale peduncolo-pontino descritti di

seguito. Limpiego di metodiche immunoistochimiche ha per-messo di visualizzare questi gruppi di nuclei e di identificareil loro neurotrasmettitore. I neuroni di questi nuclei sono stat

Forameinterventricolare Fornice

Tetto delterzo ventricolo Talamo

Ghiandolapineale

Collicolosuperiore

Collicoloinferiore

Acquedottocerebrale

Scissuraprimaria

Quartoventricolo

Emisferocerebellare

NoduloMidollo allungato chiuso

Midollo allungato aperto

Ipotalamo

Chiasmaottico

Laminaterminale

Adesioneintertalamica

Commissuraanteriore

Mesencefalo

Vermecerebellare

Vermecerebellare

Pontebasale

Teg

mento

Fig. 2.4 La figura mostra le strutture del troncoencefalo, del diencefalo-ipotalamo, del cervelletto e il talamo.(Da Nolte J:The Human Brain. An Introduction to its Functional Anatomy, ed 6, Philadelphia, 2009, Mosby-Elsevier.)

Corpo calloso

CortecciacerebraleStriato

Talamo

Proencefalo basale

DA,5HT,NE

ACh

ACh GABA

EAA

Ch5-6

Ch1-4

Cervelletto

Formazionereticolare

Fig. 2.5 La figura mostra le vie a proiezione diffusa

sul talamo, lo striato, la corteccia cerebrale e le vie

cortico-sottocorticali eccitatorie. Lattivit modulatrice

di questo sistema proiettivo diffuso mediata dallacetilcolina

(ACh), dalla dopamina (DA), dalla serotonina (5HT),

dalla noradrenalina (NE), dagli aminoacidi eccitatori (EAA)

glutammato e acido gamma-aminobutirrico (GABA). Ch1-4

= neuroni colinergici del setto, nuclei della banda diagonale,

nucleo basale; Ch 5-6 neuroni colinergici troncoencefalici.

Le linee sottili indicano vie proiettive solo parzialmente

documentate nelluomo.

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTOdivisi in neuroni dopaminergici, serotoninergici, noradrenergici,colinergici e istaminergici in quanto utilizzano come neurotra-smettitori rispettivamente la dopamina, la serotonina, la nora-drenalina, lacetilcolina e listamina. I sistemi proiettivi cortico-sottocorticali e cor tico-corticali che utilizzano il glutammatocome neurotrasmettitore verranno descritti in questo parag rafoin quanto modulano i nuclei dellARAS. Le vie istaminer gichea proiezione diffusa ipotalamo-corticali e quelle GABAergiche

e colinergiche, che si originano dai nuclei del setto e dal nucleobasale di Meynert, verranno invece descritti nei rispettivi para-grafisullipotalamo e sul proencefalo basale (per un approfon-dimento dei sistemi neurali a proiezione dif fusa v edi Stahl,2008 ).

Neuroni dopaminergici I principali neuroni dopaminer-gici troncoencefalici sono situati allinterno del mesencefalo,rispettivamente nel nucleo retror ubrale, nella parte compattadella sostanza nera e nellarea v entrale tegmentale di Tsai.Larea di Tsaioccupa il mesencef alo basale mediale, dorsal-mente alla sostanza nera, ed in continuit rostralmente conlipotalamo laterale. Altri sistemi dopaminer gici del sistemanervoso centrale sono quello tubero-infundibolare , che origi-

na nel nucleo arcuato e si proietta allipofisi e alleminenzamediana, e il sistema incerto ipotalamico, che mette in con-nessione lipotalamo con i nuclei laterali del setto ( Cooperet al, 1991 ). I neuroni catecolaminergici(cos chiamati inquanto utilizzano le catecolamine noradrenalina e dopaminacome neurotrasmettitore) sono stati, in base a ricerche ef fet-tuate negli animali, convenzionalmente classificati in gruppida A8 a A14 (Ungerstedt, 1971).

Sono attualmente noti cinque circuiti dopaminergici: 1.circuito mesolimbico: diretto dallarea tegmentale (gruppo A10) ven-

trale alle aree limbiche (amigdala estesa, nucleo accumbens, tubercoloolfattorio, area del setto, corteccia entorinale e piriforme, giro cingo-lato anteriore);

2.circuito mesocorticale: diretto dallarea tegmentale ventrale (gruppoA8, A10) alla corteccia frontale dorsolaterale (modulazione delle fun-zioni esecutive) e alla corteccia frontale orbito-ventromediale (regola-zione emozionale);

3.circuito nigrostriatale: diretto dalla parte compatta della sostanza nera(gruppo A9) al putamen e al caudato;

4.circuito tubero-infundibolare: diretto dallipotalamo allipofisi;5.via mesotalamica : circuito diretto dallarea te gmentale ventrale,

nucleo parabrachiale, g rigio periacqueduttale e ipotalamo al talamo(funzioni di regolazione dellarousal e del sonno).

I sistemi nig rostriatale, mesolimbico e mesocor ticale decor-rono nel fascicolo proencefalico mediale, importante via dicomunicazione per le infor mazioni dopaminergiche e nora-drenergiche, che colle ga il mesencef alo con il proencef alo

basale, lo striato, il sistema limbico e la cor teccia (Lindvall,1978). I neuroni del sistema nigrostriatale sono importanti peril controllo del movimento.

I sistemi mesolimbico e mesocor ticale (anche denomi-nati con lunico termine di sistema mesolimbo-corticale)raggiungono diverse strutture della neocor teccia e del si-stema limbico e sono implicati in diverse funzioni emozio-nali e cognitive, come risulta dai disturbi neuropsichiatriciche conseguono a una loro lesione o a una lesione dellareategmentale ventrale. Allinterno di questi sistemi lazionedopaminergica si esplica attra verso una serie di recettoriche sono stati distinti in due g ruppi, la famiglia D1 (D1 e

D5) e quella D2 (D2, D3, D4). I recettori D1 sono localiz-zati pre valentemente nelle re gioni cor ticali, i D2 nellostriato e nellipofisi, i D3 e i D4 nelle regioni limbiche.

La via dopaminergica tubero-infundibolare controlla la se-crezione di prolattina e quando i recettori dopaminergici diquesta via vengono bloccati, come per esempio si pu v erifi-care dopo la somministrazione di f armaci neurolettici (v ediCapitolo 17) i livelli di prolattina aumentano.

Neuroni serotoninergici Questi neuroni sono localizzatisulla linea mediana del tronco dellencef alo, per la maggior

parte entro i nove nuclei del rafee possono essere divisi in ungruppo superiore e uno inferiore.

Il g ruppo troncoencef alico superiore comprende quattronuclei: il nucleo lineare caudale, il nucleo mediano del rafe,il nucleo dorsale del rafe, il nucleo B9.

Il gruppo troncoencefalico inferiore comprende cinque nu-clei: il nucleo del rafe oscuro, il nucleo del rafe pallido, ilnucleo del rafe magno, il nucleo del bulbo v entrolaterale,larea postrema.

I neuroni serotoniner gici inviano estese proiezioni sia rostral-

mente sia caudalmente, rispettivamente dal gruppo troncoence-falico superiore e inferiore. Il sistema discendente provvede al-linnervazione del midollo spinale; quello ascendente direttoai nuclei del setto, alla sostanza nera, al nucleo mammillaremediale, allippocampo e allamigdala, allipotalamo, allo stria-to, al talamo e virtualmente a ogni area dellencefalo (Morrisone Magistretti, 1983 ). Il sistema serotoninergico, come tutti i si-stemi bioaminergici, invia inf atti proiezioni dif fuse a tutta lacorteccia ma, come il sistema della dopamina, le sue proiezionicorticali sono pi ricche nelle regioni frontali. Inoltre, interes-sante notare che le uniche proiezioni cor ticali dirette al nucleodorsale del rafe del tronco dellencefalo originano dalle aree 6,9 e 10 della corteccia frontale.

Neuroni noradrenergici Sono situati in due nuclei prin-cipali del tronco dellencefalo: il nucleo del locus coer uleus,situato in posizione ventrolaterale rispetto al quarto ventrico-lo, e il tegmento pontino laterale. Gli assoni di questi neuroniseguono una via discendente al midollo spinale e una viaascendente diretta al proencefalo basale, al diencefalo (talamoin par ticolare), al cer velletto, al sistema limbico (specie al-lamigdala) e a tutta la cor teccia ( Moore e Bloom, 1979 ), in-crementando la v elocit di elaborazione delle infor mazioninelle vie sensoriali e motorie.

Neuroni colinergici I neuroni coliner gici del tronco del-lencefalo si tro vano localizzati nella for mazione reticolare,riuniti nel nucleo te gmentale peduncolo-pontino il cui inputcolinergico si addiziona a quello dei nuclei del proencefalo ba-sale (in par ticolare il nucleo basale di Me ynert) che costitui-scono il sistema colinergico ascendente di cui si parler nel

paragrafo sul proencefa lo (vedi oltre). Come il nucleo basale,questi nuclei sono una fonte importante di acetilcolina, tuttaviaessi contengono non solo neuroni colinergici ma anche neuronidopaminergici e non dopaminer gici. Il nucleo te gmentale pe-duncolo-pontino appartiene ai nuclei della formazione reticola-re ma costituisce un importante nodo neurale nellambito delleefferenze dello striato, in quanto rice ve output motori dallostriato dorsale e infor mazioni dallo striato v entrale relative ai

processi limbici della moti vazione e del rinforzo. Winn et al

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LORGANIZZAZIONE GERARCHICO-STRUTTURALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

(1997) hanno ipotizzato che il nucleo te gmentale peduncolo-pontino sia una componente inte grativa dellinterfaccia limbi-co-motoria inserita nel flusso di infor mazioni motorie pro ve-nienti dal nucleo caudato e dal putamen e dirette verso i sistemi

ponto-bulbari senza feedback con la cor teccia cerebrale. Que-sta ipotesi uninteressante dimostrazione di come, nel corsodella filogenesi, strutture appartenenti a livelli inferiori sianostate integrate da par te di str utture dei li velli superiori (in

questo caso il sistema limbico) e di come anche nelluomo sia-no attivi antichi circuiti sottocorticali relativamente autonomicome avviene per loutput striatale-peduncolo-pontino che vei-cola informazioni cognitive non elaborate dai sistemi di rientrocorticale ma direttamente dai sistemi pontini.

Neuroni glutammatergici Il glutammato consideratoil principale neurotrasmettitore eccitatorio, e la sua azione puvirtualmente accendere tutti i sistemi neuronali del sistemanervoso centrale.

Il glutammato o acido glutammico un aminoacido che vienesintetizzato nelle cellule gliali a partire dalla glutammina. I recet-tori per il glutammato sono di quattro tipi, quello pi noto ilrecettore NMDA (esistono inoltre lAMPA, per il kainato, e quel-

lo metabotroico che funziona con le proteine G). La glicina e laserina sono considerate due cotrasmettitori del glutammato.

Esistono5 vie glutammater gicheche colle gano i neuronicorticali, in prevalenza cellule piramidali prefrontali, a centrisottocorticali.

1. Via cortico-troncoencefalica: ha unazione modulatoria sullarea te g-mentale ventrale, sul locus coeruleus, sulla sostanza nera. In partico-lare, a livello mesencefalico attiva linibizione tonica degli interneu-roni GABAergici sui neuroni dopaminer gici da cui origina la viamesolimbica. Allo stesso tempo tale via attiva i neuroni dopaminergiciche danno origine alla via mesocorticale.

2.Via cortico-striatale: costituisce il primo tratto dei circuiti cor tico-talamo-corticali (cfr. Capitolo 12), e dal quinto strato della cortecciaraggiunge lo striato e il nucleo accumbens; a tale livello attiva linibi-

zione di neuroni GABAergici che inibiscono il talamo, aumentando lasua azione di f iltro e diminuendo il traff ico verso la corteccia. A talelivello, invece, la via mesolimbica dopaminergica inibisce questi stessineuroni GABAergici e diminuisce il filtro talamico con aumento deltraffico verso la corteccia.

3.Via talamo-corticale: costituisce la via di ritor no dei circuiti cortico-talamo-corticali (cfr. Capitolo 12).

4.Via cortico-talamica: si origina dal sesto strato cor ticale e ha comeeffetto finale la riduzione della quantit di infor mazioni in transitoverso la corteccia.

5.Via cortico-corticale: i neuroni di diverse aree corticali sono collegatida vie glutammatergiche (per esempio, la corteccia frontale dorsolate-rale e quella orbito-frontale).

CervellettoAspetti evoluzionistici

Il cervelletto la parte pi antica dellencefalo soprasegmentale e in tuttii vertebrati si sviluppa dalle due espansioni simmetriche dellestremitcefalica del rombencefalo. Per tale ragione anatomica, il cervelletto vienedescritto in questa parte del capitolo dedicata al cervello rettiliano, anchese levoluzione ha modificato le componenti strutturali, la citoarchitetto-nica e le connessioni neurali aumentandone la complessit e le funzioni a

partire dai pesci e dai rettili, per ar rivare ai mammiferi e alluomo. Leprimitive vestigia di questa struttura tuttavia si riconoscono gi nei pescinei quali presente un corpo, situato in posizione mediana, e un paio diauricole cerebellari, in posizione laterale. Le auricole cerebellari succes-sivamente for mano nei rettili un primiti vo complesso flocculonodularementre nei mammiferi i lobiflocculonodularisono pi sviluppati con il

corpo del cervelletto, che sempre nei mammiferi diviene il verme cerebellare. Un aspetto prominente, nel cervelletto degli uccelli e dei mammifer la presenza di due espansioni laterali del cor po del cervelletto che formano gli emisferi cerebellari. Essi presentano nei mammiferi numeroseinterconnessioni tra le quali quelle con lisocorteccia. Le fibre che arrivano e partono dal cervelletto passano attraverso trepeduncoli cerebellario brachia, che lo connettono con il tronco dellencefalo.

ben noto come nei mammiferi e nelluomo il cervelletto sia deputatoal controllo e allintegrazione delle funzioni motorie che regolano la co

ordinazione, lequilibrio e la deambulazione. Quale parentela ha quindiquesta struttura con i nostri lontani antenati? Negli amnioti, il cervellettomostra un grande sviluppo in relazione a quello dei pesci e degli anfibiGli amnioti infatti, a partire dai rettili, hanno evoluto un vastissimo reper-torio di mo vimenti della testa, del tronco, della coda, de gli arti e delledita, in rapporto con ladattamento ai pi complessi problemi di sostegnolocomozione e alimentazione imposti dalla vita sulla terraferma e con lavariet degli stili di vita possibili, terrestre, arboreo, aereo.

Per tale ragione, mentre nei pesci il cervelletto ha il ruolo di controllarela posizione, i movimenti del corpo, compresi i movimenti oculari, lintensit, la durata e la sequenza temporale delle contrazioni muscolari in rela-zione alla posizione e ai mo vimenti, nei rettili superiori e nei mammiferilattivit di questa struttura progressivamente si complessifica intervenendonel controllo della gradualit dei movimenti, nel mantenimento dellequili-

brio e nella coordinazione motoria. Inoltre, il cer velletto nei mammiferi

coinvolto nellapprendimento motorio, o vvero nella capacit di ese guirmovimenti complessi, precisi e secondo unidonea sequenza temporale.Lungo questa traiettoria evolutiva, non sorprende quindi che nelluomo, nequale si sono sviluppate oltre allatti vit sensorimotoria anche attivit co-gnitive, il cervelletto regoli la velocit, il ritmo, la coerenza, la programmazione non solo de gli atti motori ma anche del pensiero e delle operazionimentali. Inoltre, se plausibile lipotesi che le origini del linguaggio sianolegate allevoluzione di un sistema di comunicazione gestuale, verosimileche il cervelletto abbia svolto un ruolo importante nella modulazione del-lattivit motoria necessaria per lespressione comunicativa prima dei geste poi delle parole.

Elementi di anatomia del cervellettoIl cer velletto viene suddi viso in tre componenti str utturalfunzionali: il lobo flocculonodulare(archicerebellum), che

strettamente connesso con il sistema vestibolare ed coinvoltonei movimenti oculari; il vermee larea paravermiale (pa-leocerebellum) cor relati alla muscolatura assiale e parassialenecessaria per la deambulazione; gli emisferi cer ebellar(neocerebellum) che sono collegati alla corteccia e regolano lacoordinazione dei movimenti degli arti e del linguaggio (ved

fig. 2.4 ).Nel cervelletto esiste una rete cortico-sottocorticale di circui

ti neurali che lo collegano con le aree della corteccia associativasensitivomotoria e le aree limbiche.Questi circuiti multisinapti-ci sono costituiti da vie afferenti ed efferenti dal cervelletto, cheinsieme formano un anello neurale cerebello-talamo-cortico

ponto-cerebellare (Schmahmann e Pandya, 1997). Le vie affe-renti sono rappresentate:

dalle fibre cortico-pontine che por tano informazioni dallearee associative, paralimbiche, sensoriali e motorie ai neu-roni del ponte ventrale;

dalle vie ponto-cerebellari che attraverso il peduncolo cerebellare medio trasmettono le informazioni dai nuclei pontini controlaterali al cer velletto. Inoltre, al cer velletto arrivano inputserotoninergici, noradrenergici e dopaminergici dai corrispon-denti nuclei situati nel tronco dellencefalo.

Le vie efferenti sono rappresentate dalle proiezioni cerebellotalamiche che originano dalla corteccia cerebellare connessacon i nuclei cerebellari profondi, i quali attraverso il pedunco

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTOlo cerebellare superiore proiettano attraverso il nucleo rosso alnucleo v entrolaterale del talamo controlaterale. Dal talamo

partono proiezioni dirette alla cor teccia cerebrale che com-pletano e chiudono il circuito. Le fibre a partenza dal talamoproiettano principalmente alle aree motorie e premotorie dellacorteccia frontale. Studi effettuati su scimmie hanno tutta viadimostrato che le fibre talamo-corticali non sono solo direttealle aree motorie, ma anche alla corteccia parietale posteriore,

temporale superiore, prefrontale, allarea supplementare mo-toria, alla cor teccia prefrontale, al giro del cingolo e alla cir -convoluzione dellippocampo (Schmahmann e Pandya, 1997).Attraverso queste connessioni il cervelletto si trova nella posi-zione di inte grare e modulare le infor mazioni pro venientidalla corteccia cerebrale e di ritrasmetterle, una volta elabora-te, di nuovo alla corteccia.

DiencefaloAspetti evoluzionistici

Il diencefalo costituisce la par te caudale del proencef alo nel cervello dipesci, anfibi e amnioti. Pu essere suddiviso in un epitalamodorsale, untalamo lateralee un ipotalamoventrale. Lepitalamo contiene un piccolocentro, chiamato abenula, che connesso con il sistema limbico del telen-

cefalo (vedi oltre, il paragrafo sul telencefalo). Labenula sembra avereuna funzione di interfaccia tra il sistema limbico e le vie motorie.Nei bassi vertebrati e anche nei rettili, la frequenza cardiaca, il ritmo re-

spiratorio e altre attivit viscerali sono coordinate dai nuclei della formazio-ne reticolare, ma parzialmente anche dallipotalamola cui specializzazionecome principale centro per lintegrazione delle funzioni viscerali si sviluppa

per solo nei mammiferi. Per la collocazione dellipotalamo nel diencefalo,sopra al tronco dellencefalo, questa struttura viene descritta, tuttavia, nella

parte relativa al cervello rettiliano anche se funzionalmente appartiene pi alcervello limbico per la stretta integrazione con le strutture di questo sistema.

Nei mammiferi questo centro par ticolarmente importante per quanto ri-guarda le attivit mediate dal sistema ner voso autonomo e da molte ghian-dole endocrine. La sopra vvivenza dellindividuo comprende la ricerca elassunzione di adeguate quantit di cibo e acqua e la regolazione dei movi-menti gastro-enterici e dei processi digestivi, dei livelli ematici di glucosio edellequilibrio idrosalino. Lipotalamo inoltre regola lalternanza dei periodidi riposo e di attivit. Nei mammiferi lipotalamo interagisce con il sistemalimbico influenzando i comportamenti necessari per la sopra vvivenza del-lindividuo e della specie. Lintegrazione ipotalamo-limbica nei mammiferisostiene, pertanto, lo sviluppo delle moti vazioni e dei compor tamenti so-stenuti dal cervello limbico e che ancora sono assenti nello stadio evoluti-vo dei rettili ancestrali nonostante lanatomia comparata dimostri la presen-za di strutture anatomiche limbiche gi nel cervello di pesci e anfibi.

Iltalamonei bassi vertebrati e nei rettili forma la parete laterale delterzo ventricolo. costituito nei rettili e in altri amnioti primiti vi dallaregione pretettalee dai nuclei talamici dorsali, mentre il talamo ventrale,che non raggiunge il grado di differenziazione del talamo dorsale, vieneconsiderato omologo del subtalamodei mammiferi ed strettamenteconnesso con un centro motorio cerebrale denominatostriato. Il dience-falo insieme al talamo e allo striato forma il paleoencefalo. Il talamocostituisce una stazione di colle gamento e di filtro per le infor mazioni

somatosensoriali, esterocettive e propriocetti ve dirette al telencef alo eper tale motivo segna nello scenario dellevoluzione il transito verso unalinea evolutiva caratterizzata da un cer vello con un li vello progressiva-mente pi elevato di cefalizzazione. Se lipotalamo, nel complesso del

paleoencefalo, svolge prevalentemente la sua attivit nellambito dellavita vegetativa, il talamo e lo striato, attra verso le afferenze sensitive esensoriali e la regolazione degli schemi motori, svolgono unattivit in-termedia tra lo spazio interno allorganismo e quello esterno.

Elementi di anatomia del diencefaloIl diencefalo (altrimenti chiamato talamencefalo) quella partedellencefalo situata tra i due emisferi (a eccezione della suasuperfice ventrale) limitata posteriormente dalla commissura

posteriore e anteriormente dalla lamina terminalis e dal foramedi Monro. Lateralmente delimitato dal braccio posteriore dellacapsula interna, mentre medialmente forma la parete laterale delterzo ventricolo. La superfice dorsale costituisce il pa vimentodel ventricolo laterale, la superficie ventrale contiene le struttureipotalamiche. Il diencef alo include lipotalamo, lepitalamo, ilsubtalamo e il talamo (v edifig. 2.4). Anche nelluomo con iltermine dipaleoencefalosi denomina il complesso formato dal

diencefalo, dalle formazioni talamiche e dai nuclei della base.

Ipotalamo Lipotalamo situato sopra lipofisi e sotto inuclei del talamo (vedifig. 2.4 ).Sulla superficie ventrale del-lipotalamo c linfundibolo al quale attaccata lipofisi.Lorganizzazione anatomica dellipotalamo comprende larea

preottica, che costituisce la porzione anteriore (rostrale) del-lipotalamo, e le sue principali componenti: i nuclei medialie laterali preottici. La zona mediale contiene la maggioranzadei nuclei ipotalamici, mentre la zona laterale contiene vie diconnessione efferenti e afferenti al sistema limbico e ad altrestrutture (fig. 2.6 ).Molti neuroni dellarea preotticacontengonorecettori per gli androgeni e gli estrogeni la cui stimolazioneattiva il comportamento sessuale negli animali. Lesioni del-

larea preottica riducono o aboliscono la copulazione in mol-te specie animali ( Van de Poll e Van Goozen, 1992 ). La re-gione sopraottica, localizzata direttamente sopra il chiasmaottico, include i nucleisopraottici,paraventricolariesopra-chiasmatici. Gr uppi di neuroni magnocellulari allinter nodei nuclei sopraottico e paraventricolare producono lossito-cina e la v asopressina, or moni che re golano la contrazionedella muscolatura dellutero al momento del par to e dellecellule mioepiteliali della ghiandola mammaria nella f asedellaccudimento. Il nucleo arcuato e altri nuclei ipotalamicidella re gione tuberale contengono neuroni che produconodiversi ormoni di rilascio, come lor mone rilasciante la go-nadotropina, lormone luteinizzante e lormone rilasciante lacorticotropina. In tal modo lipotalamo svolge un ruolo fon-

damentale nella regolazione dellattivit endocrina, attraver-so la secrezione di specifici ormoni e dei f attori di rilascio(releasing factor) che inibiscono o atti vano la funzionalitdellipofisi anteriore ( Reichlin, 1992 ). Molti neuroni nel nu-cleo arcuato dellipotalamo producono beta-endorfine. Que-ste sostanze sv olgono un r uolo importante nel controllo deldolore e livelli anomali di beta-endorfine sono stati riscon-trati nel tessuto ipotalamico di soggetti affetti da schizofrenia.Tra lipotalamo, lipofisi e la ghiandola sur renale esiste unastretta connessione che viene definita come asse ipotalamo-ipofisi-surrene. Lormone rilasciante la cor ticotropina re-sponsabile del rilascio dellor mone adrenocor ticotropo dallobo anteriore dellipofisi.

Le diverse attivit dellipotalamo si esplicano attra verso

connessioni locali internucleari e attraverso una rete ampia-mente distribuita di vie di interconnessione da un lato conlamigdala (attraverso la stria ter minale e il f ascicolo ven-trale amigdalo-fugale) e lippocampo (attraverso il fornice);con i neuroni monoaminer gici mesencef alici e larea delsetto (attraverso il f ascicolo proencefalico mediale); con inuclei del te gmento mesencefalico (attra verso il f ascicolomammillo-tegmentale); con la sostanza grigia periacquedut-tale (attraverso il fascicolo longitudinale dorsale); con i neu-roni simpatici della colonna intermedio-laterale del midollospinale (attraverso il fascicolo proencefalico mediale e il fa-scicolo mammillo-tegmentale); dallaltro lato con il talamo

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LORGANIZZAZIONE GERARCHICO-STRUTTURALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

(attraverso il f ascicolo mammillo-talamico) e la cor teccia,tramite le proiezioni che dalle aree paralimbiche arrivanoallamigdala e da questo nucleo allipotalamo. In par ticola-re, lipotalamo colle gato ai centri autonomici del troncodellencefalo attraverso le principali vie del f ascio proence-falico mediale e del fascicolo longitudinale dorsale. Ilfascio

proencefalico mediale si estende dal mesencef alo alla cor -teccia frontale passando attra verso lipotalamo laterale econtiene le fibre del sistema mesolimbico e mesocor ticale.Dalla zona laterale dellipotalamo, si originano assoni che

partecipano alla costituzione di questo fascio e proiettano al-larea tegmentale ventrale del mesencefalo. Ilfascicolo longi-tudinale dorsale connette lipotalamo mediale con la sostanzagrigia periacqueduttale del mesencefalo. Le connessioni del-lipotalamo con il tronco dellencef alo, come descritto nelCapitolo 13, sono importanti per la regolazione dei comporta-menti aggressivi.

I neuroni del nucleo mammillare dellipotalamo produconoistamina e in viano proiezioni istaminer giche ad ampie areedella corteccia e al midollo spinale e costituiscono quindi deisistemi modulatori a proiezione dif fusa aggiuntivi a quelli a

partenza troncoencefalica e dal proencefalo ( Yanai e Tashiro,2007). I neuroni produttori di istamina modulano il ciclosonno-veglia, il controllo dellappetito, lapprendimento e lamemoria. I nuclei mammillari sono inseriti nel circuito delleemozioni e della memoria ricevendo fibre afferenti dallippo-campo e attraverso il tratto mammillo-talamico sono connessial talamo limbico.

Epitalamo Lepitalamo situato dorsalmente al talamo ed formato dalla stria midollare del talamo, dalla ghiandola pi-neale e dal nucleo abenulare, e viene considerato come unacomponente separata del talamo. Labenula comprende un nu-cleo mediale pi piccolo e uno laterale pi esteso. Il com-

plesso nucleare abenulare, attraverso la stria midollare del ta-lamo, riceve fibre dal nucleo del setto (cfr . il parag rafo sul

proencefalo basale), dallipotalamo, dallarea preottica laterale, dallo striato (compreso il nucleo accumbens) e dallareategmentale ventrale. Le vie ef ferenti dal nucleo laterale del-labenula attraverso il fascicolo retroflesso di Meynert termi-nano nel talamo, nel nucleo dorsale del rafe, nella sostanzanera, nellarea tegmentale ventrale e in altri nuclei del troncodellencefalo che sono responsabili della liberazione di sero-tonina, noradrenalina, acetilcolina e dopamina. Il complessoabenulare mette quindi in connessione le str utture limbichedel proencefalo con il mesencefalo e svolge limportante ruo-

lo di regolare i livelli di questi neurotrasmettitori. Nellepita-lamo situata la ghiandola pineale, le cui cellule (pinealocitisintetizzano serotonina e melatonina. Questultima sostanzasincronizza, nellarco delle 24 ore, le f asi di attivit/inattivitcon le variazioni giornaliere della luce e del buio, intervenen-do, quindi, nella re golazione del ritmo circadiano sonno/veglia.

Subtalamo Il subtalamo una piccola for mazione di so-stanza grigia e bianca situata nel diencef alo caudale ed co-stituita dai fasci di fibre efferenti pallidali e cerebellari deicampi di F orel, dalla zona incer ta (rostrale estensione dellaformazione reticolare del tronco dellencefalo nel subtalamo)e dal nucleo subtalamico.

Questo nucleo descritto nella parte del capitolo relativa aigangli della base.

Talamo Il talamo una struttura simmetrica localizzata neldiencefalo costituito da due masserelle o voidali di sostanzagrigia situate superior mente (dorsalmente) allipotalamo, la-teralmente al terzo v entricolo, o gnuna composta da di versnuclei (in tutto 50-60 nuclei) (vedifig. 2.2 efig. 2.4 ).

La lamina midollare interna (un fascio di fibre che attraversa la parte centrale del talamo) divide il talamo in tre sezionianteriore,laterale,mediale. La sezione anteriore comprendeilgruppo dei nuclei anteriore; la sezione mediale contiene il

Fornice

Adesioneintertalamica

Talamo

Nucleorosso

Chiasmaottico

AC

PV

AnPr

VM

DMPo L

MB

CN IIIAr

SC

SO

Principali gruppi ipotalamici nucleari e nuclei

Areaipotalamica

laterale

Ipotalamo

Regionemediale

Sovraottica

Tuberale

Mammillare

N. mammillari

N. posteriore

N. paraventricolari

N. sovraottici

N. sovrachiasmatici

N. dorsomediale

N. ventromediale

N. arcuato

Fig. 2.6 I nuclei ipotalamici.AC = commissura anteriore; An = anteriore; Ar = arcuato; CN III = III nervo cranico; DM = dorsomediale;

L = zona laterale; MB = mammillare; Po = posteriore; Pr = preottico; PV = paraventricolare; SC = soprachiasmatico; SO = sopraottico;

VM = ventromediale. (Da Nolte J: The Human Brain. An Introduction to its Functional Anatomy, ed 6, Philadelphia, 2009, Mosby-Elsevier.)

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTO

gruppo dei nuclei medialee della linea mediana ; la sezionelaterale contiene i nuclei laterale, ventrale e reticolaree i cor-

pi genicolati mediali e laterali. I nuclei intralaminarirappre-sentano una quarta sezione e si trovano incapsulati nelle fibredella lamina midollare interna (Mesulam, 2000b).

La suddivisione dei nuclei in differenti gruppi riflette anchela specializzazione delle aree anatomiche a cui essi proiettanoe il loro specifico ruolo funzionale. La figura 2.7 illustra iltalamo e i suoi nuclei in differenti sezioni. Questi gruppi nu-cleari sono costituiti come indicato di seguito.

A

VAM

Anteriori Mediali

Laterale

LateraleMediale

VL

VAe

d

DM

IML

A

Pul

VPL

Reticolare

Anteriore

II

Laterale

Laterali Laterali

II

IML

DM

A

VL

VA

VPL

Pul

LG

MG

LP

Reticolare

A

VL

DMPul

MG

LG

#

LD

VL

CM,PF VPL

a

b

cCC LVa

Ca

Th ICP

GP

In

Am

Hy

Commissuraanteriore

Terzo ventricolo

Infundibolo

Ventricolo laterale(corno inferiore)

*

Fig. 2.7 La figura mostra la suddivisione del talamo e dei suoi nuclei.a.Il talamo visto in proiezione laterale. b.-c. Sezioni

sequenziali del talamo che mostrano la suddivisione in zone e nuclei. d.-e.Sezioni orizzontali del talamo che mostrano la suddivisione

in zone e nuclei. A = nucleo anteriore; Am = amigdala; Ca = nucleo caudato; CC = corpo calloso; CM = nucleo centromediale; DM = nucleodorsomediale; GP = globo pallido; Hy = ipotalamo; IML =lamina midollare interna; IC = capsula interna; In = insula; LD = nucleo laterale

dorsale; LG =nucleo genicolato laterale; LP =nucleo laterale posteriore; LVa =corno anteriore del ventricolo laterale; M = nuclei della linea

mediana; MG =nucleo genicolato mediale; P = putamen; PF = nucleo parafascicolare; Pul = pulvinar; Th = talamo; VA = nucleo anteriore

ventrale; VL =nucleo laterale ventrale; VPL = nucleo ventrale posterolaterale; * = claustrum;# = nucleo ventrale posteromediale. (Modificata

da Nolte J: The Human Brain. An Introduction to its Functional Anatomy, ed 6, Philadelphia, 2009, Mosby-Elsevier.)

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LORGANIZZAZIONE GERARCHICO-STRUTTURALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE

Ilgruppo dei nuclei anteriorecomprende i nuclei anterioredorsale, anteriore mediale e anteriore ventrale.

Ilgruppo dei nuclei lateralecomprende un complesso dor-sale e un complesso v entrale. Il complesso v entrale com-

prende i nuclei v entrale anteriore, laterale e posteriore e inuclei genicolati laterale e mediale. Il complesso dorsalecomprende i nuclei laterale dorsale, posteriore e il pulvinarlaterale. Il nucleo reticolare, infine, ricopre la superfice la-

terale del talamo. Ilgruppo dei nuclei medialecomprende il pulvinar mediale

e il nucleo dorsomediale, che il pi g rande dei nuclei diquesto gruppo.

Ilgruppo dei nuclei della linea medianacomprende picco-li nuclei disposti nella met dorsale della parete del terzoventricolo in cor rispondenza dellunione delle due massetalamiche.

Il gruppo dei nuc lei intralaminare disposto allinter nodella lamina midollare interna e il pi grande dei nuclei diquesto gruppo il nucleo centromediano.

Passando ora in rasse gna i principali nuclei talamici, iniziamodalgruppo dei nuclei medialedominato dal nucleo mediodorsale

del talamo (MD) che merita una particolare attenzione da partedel clinico per le sue ricche e reciproche connessioni con lacorteccia prefrontale e le strutture limbiche-paralimbiche e peril frequente coin volgimento (spesso insieme ad altri nuclei)nelle lesioni talamiche vascolari o neoplastiche. Le connessionidel nucleo MD sono topograficamente organizzate in modo taleche la parte mediale del nucleo mediodorsale proietta alla cor -teccia orbito-frontale posteriore-mediale e alla cor teccia ante-riore del cingolo, mentre la parte laterale del nucleo proietta allacorteccia eteromodale prefrontale dorsolaterale ( Fuster, 2008 ).Il nucleo mediodorsale riceve anche input da strutture limbiche,quali lamigdala, il nucleo accumbens, la corteccia piriforme, ela regione del setto ( Aggleton e Mishkin, 1984 ). Il nucleo MD,il pulvinar mediale, che proietta alla cor teccia eteromodale del

lobulo parietale inferiore, linsula, il polo temporale, la cor tec-cia orbito-frontale e il giro paraippocampale sono i nuclei cheinviano la maggior parte degli input talamici alla corteccia ete-romodale e alle aree del sistema limbico (vedi oltre il paragrafosul talamo limbico).

Inuclei della linea medianasono in continuit con il grigioperiacqueduttale della formazione reticolare del mesencefalo,ricevono fibre dopaminergiche e sono per tanto una compo-nente del sistema dopaminergico ascendente.

Inuclei anteriori del talamohanno importanti connessionicon la corteccia del cingolo e con lippocampo e trasmettonoa tutte le regioni del giro cingolato informazioni provenientidallipotalamo attraverso il tratto mammillo-talamico che un componente del circuito di P apez. Questi nuclei costitui-

scono loriginario talamo limbico (v edi oltre, il testo sulcervello limbico).

Inuclei intralaminari(insieme a quelli sopra descritti dellalinea mediana) e il nucleo reticolare, che appartengono al si-stema non specifico dei nuclei del talamo, sono nuclei a proie-zione diffusa e, insieme al sistema atti vante reticolare ascen-dente a cui sono connessi, sv olgono un r uolo chia ve nelcontrollo dellarousal e dellattenzione. I neuroni dei nuclei in-tralaminari proiettano agli altri nuclei talamici, alla cor tecciavisiva primaria, al caudato e al putamen. I nuclei della lineamediana sono in continuazione con la sostanza grigia periac-queduttale della formazione reticolare del mesencefalo e rice-

vono input dopaminergici per cui costituiscono una parte inte-grante del sistema dopaminer gico ascendente. Questi nuclei

proiettano indirettamente ma diffusamente alla corteccia cere-brale e, in vir t delle connessioni con le aree paralimbiche econ lippocampo, f anno parte del talamo limbico costituendoun collegamento indiretto fra il tronco dellencefalo e le strut-ture limbiche. Il nucleo reticolare non proietta alla cor tecciama riceve proiezioni inibitorie dal sistema colinergico tronco-

encefalico e afferenze eccitatorie dalla corteccia cerebrale e daneuroni talamici a cui rimanda infor mazioni efferenti di tipoinibitorio. Mediante queste connessioni il nucleo reticolaresvolge limportante ruolo di integrare e filtrare lattivit di tutti nuclei talamici e della corteccia lungo il circuito talamo-cor-ticale ( Jones,1975 ).

Inuclei del gruppo ventrale anteriore e lateralericevono principali input rispetti vamente dai gangli della base e dalcervelletto e proiettano alla corteccia motoria supplementare

premotoria, motoria primaria e al giro del cingolo e sono coinvolti nel controllo motorio e nella programmazione dei movi-menti. Il nucleo anteriore ventrale, che tra i nuclei talamici quello con maggiori propriet motorie, connesso ai ganglidella base e al cer velletto, proietta per anche alla cor teccia

del giro cingolato realizzando in tal modo una stretta connes-sione fra corteccia limbica e sistemi motori. I nuclei del grup-

po v entrale posteriore proiettano alla cor teccia parietale esono implicati nelle funzioni di riconoscimento degli stimolsomatosensitivi. I nuclei del g ruppo laterale dorsale f anno

parte del talamo limbico rice vendo input dallippocampo esono connessi con la corteccia parietale e il giro del cingolo. nuclei del cor po genicolato mediale agiscono da relais tra isegnali acustici provenienti dal collicolo inferiore e dalla cor-teccia temporale, mentre il corpo genicolato laterale fa da re-lais tra i se gnali visivi provenienti dalla retina e la cor tecciaoccipitale. Il pulvinar laterale connesso con la cor teccia vi-siva e svolge un ruolo importante nel controllo dei movimentoculari. I confini tra il nucleo laterale posteriore e il pulvinar

sono indistinti, per cui stato utilizzato il ter mine di com-plesso del pulvinar later ale-posterioreper designare questocomplesso nucleare.

I corpi genicolati laterali e mediali sono nuclei di relaisrispettivamente per i segnali acustici diretti dal collicolo inferiore alla cor teccia temporale e per quelli visi vi diretti dallaretina alla corteccia occipitale.

Gangli della baseAspetti evoluzionistici

Nel corso dellevoluzione il telencef alo, come dimostrano le ricerche dipaleoneurologia, si formato quando i primi vertebrati ancestrali hannoiniziato a spostarsi sulla ter raferma in cerca di cibo. La pro gressiva differenziazione del telencef alo, insieme a quella del talamo, come prima stato menzionato, segna la tendenza a uno sviluppo filogenetico di centrsituati nelle parti pi rostrali dellencefalo, che nel corso dellevoluzionearricchiscono e modulano le attivit riflesse con funzioni via via pi com-

plesse. Se il mondo dei rettili (e di altri vertebrati) quindi prototipicamente caratterizzato da rigide condotte routinarie (stimolo-risposta), naturalmente si de ve ar rivare alluomo (e allo stadio onto genetico maturativodella corteccia frontale orbito-ventromediale) per osservare la presenza diuna dilatazione dellintervallo temporale tra uno stimolo e la risposta contutti i vantaggi cognitivi e comportamentali che verranno descritti nel paragrafo sulla mente mimica (vedi oltre).

La sostanza grigia degli emisferi pu essere suddivisa in una parte dor-sale, denominata pallio(dal latinopallium = mantello),e una ventrale chiamata subpallio. Nella maggior par te dei cranioti si possono distinguere

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2 PARTE I INTRODUZIONE ALLE NEUROSCIENZE CLINICHE DEL COMPORTAMENTOtre regioni palliali che vengono denominate in base alla loro posizione re-lativa:pallio mediale,pallio dorsaleepallio laterale. Le regioni subpallia-li si distinguono in unsettomediale e unostriatopi laterale.

Ilpallio lateralecostituisce il centro olfattivo primario . Esso rice veafferenze direttamente dai bulbi olfattivi, attraverso i tratti olf attivi, e in-via queste informazioni alle altre aree palliali. Gli aspetti caratteristici del

pallio dorsale degli amnioti sono la ricezione degli impulsi somatosensi-tivi, visivi, uditivi e de gli altri impulsi sensiti vi provenienti dal talamodorsale. Nelpallio dorsaleavviene lintegrazione di alcune informazioni

sensoriali e vengono inviate proiezioni efferenti al tronco cerebrale, attra-verso lo striato. Lo striatoha funzioni di re golazione del movimento intutti i vertebrati e nei rettili appare pi v oluminoso di quello degli anfibi

per le nuove esigenze locomotorie di questi animali.Lo striato molto sviluppato nei mammiferi. Le sue for mazioni nu-

cleari pi evidenti sono il nucleo caudato, situato nel pavimento del ven-tricolo laterale e il nucleo lenticolare(=putamen +globo pallido), che sitrova lateralmente alla capsula inter na. Lo striato rice ve unafferenza

principale dallisocorteccia e la sua principale ef ferenza diretta a unaparte del talamo dorsale; inoltre lo striato altamente interconnesso conil subtalamo (talamo ventrale) e con la sostanza nera descritta nel troncodellencefalo.

Attraverso le sue molteplici interconnessioni, gli impulsi dallo striatovengono inviati ai nuclei motori del tronco cerebrale e del midollo spina-le. In generale lo striato, inibendo lattivit motoria indesiderata, regola i

movimenti in risposta agli stimoli sensoriali.Oltre allo striato, g ruppi di neuroni nel tronco cerebrale e nel midollospinale controllano, oltre a diversi riflessi, i movimenti ritmici, stereotipatidelle varie parti del corpo durante la locomozione e altri mo vimenti. Solocon lo sviluppo della neocorteccia nei mammiferi compare una via motoriadiretta corticospinale che dal pallio discende direttamente ai centri motori.

Elementi di anatomia dei gangli della baseI gangli della base sono nuclei sottocorticali di sostanza grigiacostituiti dallo striato e dal globo pallido, ma si possono in-cludere anche la sostanza nera e il nucleo subtalamico.

I gangli della base si di vidono in una par te dorsalee unaventrale. La divisione dorsale comprende il paleostriato (glo-

bo pallido) e il neostriato (nucleo caudato e putamen) la divi-

sione ventrale comprende lo striato ventrale e il pallido ven-trale. Lafigura 2.8mostra le strutture anatomiche dei ganglidella base. Lo striato formato da quattro componenti: il nu-cleo caudato , il putamen, il tubercolo olfattorio e il nucleoaccumbens. Il caudato e il putamen costituiscono lo striatodorsale(anche denominato neostriato). Il nucleo accumbens(situato tra i nuclei del setto e il complesso putamen-caudato),il tubercolo olf attorio (adiacente al nucleo accumbens), la

parte estrema del caudato ventrale e il putamen ventrale for-mano lo striato ventraleo limbico. Lo striato dorsale ricevei principali input dalla neocorteccia, lo striato ventrale dal si-stema limbico.

Lo striato dorsale, che rappresenta la via di ingresso ai gan-gli della base, riceve afferenze da tutte le porzioni della neo-

corteccia e dal nucleo intralaminare del talamo. La cor tecciamotoria proietta principalmente al putamen e questa strutturasvolge pertanto un ruolo maggiore rispetto al caudato nel con-trollo dei mo vimenti. Il neurotrasmettitore implicato nelle

proiezioni cor tico-striate il glutammato; gli inter neuronilocalizzati nello striato utilizzano invece lacetilcolina, men-tre le vie efferenti dal neostriato sono di tipo GABAergico. Lostriato dorsale riceve anche fibre dopaminergiche dalla par tecompatta della sostanza nera deputate al controllo dellattivitmotoria (sistema dopaminergico nigrostriatale). Nello striatoventrale il nucleo accumbens e il tubercolo olfattorio ricevonoafferenze dalle aree limbiche e paralimbiche (in par ticolare

dallippocampo, dallinsula, dallamigdala e dalla cor tecciadel giro cingolato anteriore) e af ferenze sottocorticali dopa-minergiche dallarea tegmentale ventrale situata medialmentealla sostanza nera (sistema dopaminergico mesolimbico; cfr.sopra quanto detto a proposito dei nuclei troncoencefalici).

Il globo pallido costituito da quattro componenti: il seg-mento medialeo interno(GPi), ilsegmento lateraleo esterno(GPe), il pallido ventrale (PV) e la pars reticolata della so-

stanza nera(SNr). Il globo pallido riceve fibre afferenti diret-te e indirette dallo striato e proietta al talamo, costituendocos un impor tante nodo di con vergenza delle fibre cor tico-striato-pallidali, situato nel tragitto dei circuiti striato-palli-do-talamo corticali i quali, come descritto nel parag rafo suicircuiti fronto-striato-talamo-cor ticali (vedi oltre), medianonumerosi aspetti del comportamento. Il globo pallido preva-lentemente inserito nel controllo dellattivit motoria, soprat-tutto ilpallido dorsale(denominato anchepaleostriato) che connesso funzionalmente allo striato dorsale. Il pallido ven-trale(denominato anche pallido limbico) costituito dalla

porzione rostroventrale del se gmento ester no del pallido esconfina nei nuclei della sostanza innominata situati nel pro-encefalo basale, sotto la commissura anteriore. Le principali

vie efferenti del globo pallido si originano dal se gmento in-terno di questo nucleo e dalla par te reticolata della sostanzanera, e raggiungono i nuclei v entrale laterale, ventrale ante-riore e dorsomediale del talamo. Il putamen e il globo pallidosono situati uno adiacente allaltro e insieme for mano il nu-cleo lenticolare.

Lasostanza nera localizzata nel mesencefalo ed costituitada due componenti: lapars reticolata (SNr) e lapars compacta(SNc). La SNr rappresenta unestensione caudale del globo

pallido e utilizza il GABA come principale neurotrasmettitoreefferente. stato ipotizzato un suo ruolo nella programmazio-ne dei mo vimenti oculari saccadici (Ik osaka, 1983). La SNccontiene neuroni dopaminergici che producono dopamina ed il punto di partenza delle vie dopaminergiche nigrostriatali che

proiettano al caudato e al putamen e che sv olgono un r uolofondamentale nel controllo del movimento. Lo striato proiettaalla sostanza nera attraverso la via strionigrale. Le vie cortico-striatali, strio-pallidali e strio-nig rali proiettano allo striato, al

pallido e alla sostanza nera secondo un complesso ordine topo-grafico per cui aree circoscritte della corteccia cerebrale proiet-tano a corrispondenti circoscritte regioni di questi nuclei.

Ilnucleo subtalamico situato al di sotto del talamo, ricevele proiezioni del segmento esterno del globo pallido e proiet-ta, in modo topografico, a entrambi i segmenti del globo pal-lido e alla parte reticolata della sostanza nera (cfr. oltre, il

paragrafo sui circuiti fronto-striato-talamo-corticali).

Circuiti neuraliLa stretta interconnessione che si stabili-sce tra i gangli della base e le str utture neocorticali, nel mo-mento in cui nel corso dellevoluzione si assiste alla comparsadi queste ultime, giustifica la descrizione in questa sede dellastruttura prototipica dei circuiti fronto-sottocor ticali ( Ale-xander e Crutcher, 1990 ) anche se, in senso stretto, il li velloorganizzativo rettiliano del sistema ner voso centrale non im-

plica la loro presenza. Tali circuiti verranno, infatti, descrittiin dettaglio nella parte del capitolo sul cervello neocorticale.

Risale agli anni Ottanta la proposta di un modello di or ga-nizza