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Il sistema nervoso. Copyright © 2006 Zanichelli editore Struttura e funzione del sistema nervoso 23.1 Il sistema nervoso riceve e interpreta gli impulsi.

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1 Il sistema nervoso

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore Struttura e funzione del sistema nervoso 23.1 Il sistema nervoso riceve e interpreta gli impulsi sensoriali e trasmette quindi i comandi appropriati Il sistema nervoso è costituito dai neuroni, cellule specializzate costituite da un corpo cellulare (che contiene il nucleo e gli organuli) e da lunghi sottili prolungamenti, chiamati fibre nervose. Il cervello umano contiene circa 100 miliardi di neuroni specializzati nel trasferire segnali da un punto allaltro del corpo.

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore Acquisizione sensoriale Recettore sensoriale Effettore Stimolo motorio Integrazione Sistema nervoso periferico (SNP) Encefalo e midollo spinale Sistema nervoso centrale (SNC) Figura 23.1A Il sistema nervoso svolge tre funzioni strettamente interconnesse: lacquisizione sensoriale, lintegrazione e lo stimolo motorio.

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Alle tre principali funzioni del sistema nervoso, corrispondono i tre tipi funzionali di neuroni: i neuroni sensoriali: trasportano le informazioni dai recettori sensoriali verso il sistema nervoso centrale; gli interneuroni: integrano i dati forniti dai neuroni sensoriali e poi trasmettono segnali appropriati ad altri interneuroni o neuroni motori; i neuroni motori: trasmettono i messaggi provenienti dal sistema centrale alle cellule effettrici.

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore Tranne alcune eccezioni, il sistema nervoso viene suddiviso in due parti: sistema nervoso centrale (SNC): costituito dallencefalo e, nei vertebrati, dal midollo spinale; sistema nervoso periferico (SNP): formato essenzialmente dalle vie di comunicazione (i nervi) che portano i messaggi verso linterno e verso lesterno del sistema nervoso centrale; il sistema periferico possiede anche i gangli, che raggruppano i corpi cellulari dei neuroni.

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore Muscolo quadricipite Muscoli flessori Encefalo Midollo spinale Nervo SNP Ganglio SNC Interneurone 4 2 Neurone sensoriale 3 Motoneurone 1 Recettore Figura 23.1B Un esempio di funzione del sistema nervoso è rappresentato dal circuito relativamente semplice che produce le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi.

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore 23.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso La capacità dei neuroni di ricevere e trasmettere impulsi dipende dalla loro struttura. La maggior parte degli organuli del neurone, compreso il nucleo, è localizzata nel corpo cellulare. Dal corpo cellulare si estendono due tipi di prolungamenti, i dendriti (che sono numerosi) e lassone (sempre unico).

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Struttura di un neurone motorio mielinizzato: Strati di mielina che formano la guaina mielinica Cellula di Schwann Direzione dellimpulso Dendriti Corpo cellulare Nucleo Assone Cellula di Schwann Direzione dellimpulso Guaina mielinica Nodo di Ranvier Nucleo Bottoni sinaptici Corpo cellulare SEM 3600 Figura 23.2

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore In molti animali gli assoni che trasportano rapidamente gli impulsi sono avvolti per gran parte della loro lunghezza da una sostanza isolante chiamata guaina mielinica. Nei vertebrati questo materiale ha laspetto di una collana costituita da perle di forma allungata: ogni «perla» è una cellula di Schwann.

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore Gli impulsi nervosi: viaggiano dai dentriti al corpo cellulare e poi lungo lassone fino alla terminazione sinaptica; si propagano in una sola direzione lungo lassone; hanno la capacità di rigenerarsi lungo lassone; sono eventi del tipo «tutto o nulla».

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore Gli impulsi nervosi sono sempre uguali, indipendentemente dal fatto che lo stimolo che li ha generati sia forte o debole. È la frequenza dei potenziali dazione che cambia al variare dellintensità dello stimolo. Il passaggio dellinformazione da cellula a cellula avviene attraverso le sinapsi, ovvero le regioni di spazio tra una terminazione sinaptica e unaltra cellula.

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore La sinapsi chimica Nelle sinapsi chimiche è presente un breve spazio sinaptico che separa il neurone presinaptico da quello postsinaptico. Il segnale elettrico deve quindi essere prima convertito in un segnale chimico, costituito da molecole di neurotrasmettitori, che può generare un impulso nervoso nella cellula postsinaptica. Il neurotrasmettitore diffonde attraverso la sinapsi e si lega ai recettori presenti sulla membrana della cellula postsinaptica.

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore Neurone presinaptico Assone del neurone presinaptico Neurone postsinaptico Spazio sinaptico Neurone postsinaptico Terminazione sinaptica Molecole di neurotrasmettitore Vescicole Canali ionici Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato Ioni Neurotrasmettitore Recettore Sinapsi Schema della sinapsi chimica: La vescicola si fonde con la membrana plasmatica 2 3 Il neurotrasmettitore viene liberato nello spazio sinaptico 4 Il neurotrasmettitore si lega al recettore 1 Arriva il potenziale dazione 5 Il canale ionico si apre 6 Il canale ionico si chiude Figura 23.6

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore 23.7 Le sinapsi chimiche rendono possibile lelaborazione di informazioni complesse Un neurone può ricevere informazioni da centinaia di altri neuroni attraverso migliaia di terminazioni sinaptiche. Dendriti Guaina mielinica Assone Terminazioni sinaptiche Inibitore Corpo cellulare del neurone postsinaptico Eccitatore Terminazioni sinaptiche SEM 5500 Figura 23.7

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore I neurotrasmettitori che aprono i canali del sodio possono generare potenziali dazione nella cellula postsinapica: tali neurotrasmettittori e le sinapsi in cui essi sono liberati, sono chiamati eccitatori. Viceversa, molti neurotrasmettitori aprono i canali di membrana di altri ioni che fanno diminuire nella cellula postsinaptica la tendenza a generare i potenziali dazione: tali neurotrasmettitori e le loro sinapsi sono detti inibitori.

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore La membrana di un neurone può ricevere contemporaneamente sia segnali eccitatori sia segnali inibitori. Se nel loro complesso gli impulsi eccitatori sono abbastanza forti da suscitare nella membrana un potenziale supersiore alla soglia, allora nella cellula postsinaptica si genera il potenziale dazione.

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore 23.8 Molte piccole molecole svolgono la funzione di neurotrasmettitori Molte molecole svolgono il ruolo di neurotrasmettitore nelle sinapsi chimiche: lacetilcolina; le ammine biogene; gli amminoacidi e i peptidi; lossido di azoto.

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI 23.9 Numerosi farmaci e altre sostanze agiscono a livello delle sinapsi chimiche Molte sostanze psicoattive (tra cui caffeina, nicotina e alcol etilico) influenzano lazione dei neurotrasmettitori nelle sinapsi presenti nel nostro cervello. Figura 23.9

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore Organizzazione del sistema nervoso Nel regno animale si sono evoluti diversi tipi di sistema nervoso Gli organismi a simmetria radiale hanno uno dei modelli più semplice di sistema nervoso, costituito da una rete nervosa, ossia da un sistema a reticolo di neuroni che si estende per tutto il corpo. Rete nervosa Neurone Idra (uno cnidario) Figura 23.10A

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore La maggior parte degli animali presenta simmetria bilaterale, con due aspetti evolutivi caratteristici: la cefalizzazione, cioè la concentrazione delle strutture nervose presso lestremità anteriore; la centralizzazione, ossia la presenza di un sistema nervoso centrale separato da quello periferico. Figure 23.10B-E Macchia oculare Encefalo Cordone nervoso Nervi periferici Encefalo Cordone nervoso ventrale Gangli dei segmenti Sanguisuga (un anellide) Cordone nervoso ventrale Gangli Insetto (un artropode) Calamaro (un mollusco) Encefalo Assone gigante Planaria (un verme piatto) Encefalo

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sistema nervoso dei vertebrati presenta un alto livello di centralizzazione e di cefalizzazione Sistema nervoso centrale (SNC) Encefalo Midollo spinale Sistema nervoso periferico (SNP) Nervi cranici Gangli Nervi spinali Figura 23.11A

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore Encefalo Liquido cerebrospinale Meningi Sostanza bianca Sostanza grigia Ganglio della radice dorsale (parte del SNP) Nervo spiale (che fa parte del sistema nervoso periferico) Canale centrale Midollo spinale (sezione trasversale) Ventricoli Canale ependimale del midollo spinale Midollo spinale Figura 23.11B Cavità interna del SNC e sezione trasversale del midollo spinale:

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sistema nervoso di tutti i vertebrati presenta alcune somiglianze fondamentali come: la suddivisione in un sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) e periferico; lelevato grado di cefalizzazione.

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sistema nervoso periferico motorio ha una struttura funzionale gerarchica Il sistema nervoso periferico motorio dei vertebrati può essere suddiviso in due componenti funzionalmente diverse: il sistema nervoso somatico e il sistema nervoso autonomo. Sistema nervoso periferico Sistema somatico (volontario) Sistema autonomo (involontario) Sistema simpatico Sistema parasimpatico Sistema enterico Figura 23.12

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sistema nervoso somatico trasporta i segnali da e verso i muscoli scheletrici, principalmente in risposta a stimoli esterni. Viene detto volontario perché gran parte delle sue azioni è sotto il controllo della volontà. Il sistema nervoso autonomo regola lambiente interno, controllando la muscolatura liscia, il miocardio e gli organi dei sistemi digerente, cardiovascolare, escretore ed endocrino. Questo controllo è generalmente di tipo involontario.

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore Gli effetti contrapposti dei neuroni dei sistemi simpatico e parasimpatico regolano lambiente interno Un gruppo di neuroni, che costituisce il sistema parasimpatico, induce nellorganismo le attività legate allacquisizione e alla conservazione dellenergia. Laltro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema simpatico, tende a svolgere il compito opposto, preparando il corpo alle attività che consumano energia.

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sistema nervoso autonomo: Figura 23.13

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lencefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori del tubo neurale Figura Lencefalo umano Nei vertebrati, durante i primi stadi dello sviluppo embrionale, allestremità anteriore del tubo neurale compaiono tre rigonfiamenti: prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo. Regioni dellencefalo embionale Regioni presenti nelladulto Prosencefalo Mesencefalo Rombencefalo MesencefaloRombencefalo Prosencefalo Embrione (un mese) Cervello (emisferi cerebrali; comprende la corteccia, la sostanza bianca e i nuclei basali) Diencefalo (talamo, ipotalamo, ipofisi, epifisi) Mesencefalo (parte del tronco encefalico) Ponte (parte del tronco) Midollo allungato (parte del tronco encefalico) Emisfero cerebrale Diencefalo Mesencefalo Ponte Cervelletto Midollo allungato Midollo spinale Feto (tre mesi) Cervelletto

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore Se confrontato a quello dei pesci, degli anfibi e dei rettili, il cervello degli uccelli e dei mammiferi è molto più grande, rispetto alle altre parti dellencefalo. Un cervello più ampio è direttamente correlato con il comportamento più elaborato che caratterizza uccelli e mammiferi.

30 Copyright © 2006 Zanichelli editore La struttura di un supercomputer vivente: lencefalo umano Lencefalo umano è più potente di qualsiasi computer. È formato da tre regioni principali che si sono evolute considerevolmente rispetto alle forme originali ancestrali: –prosencefalo; –mesencefalo; –rombencefalo.

31 Copyright © 2006 Zanichelli editore Prosencefalo Mesencefalo Rombencefalo Cervello Talamo Ipotalamo Ipofisi Ponte Midollo allungato Cervelletto Midollo spinale Corteccia cerebrale Figura 23.15A Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato e ponte, e il mesencefalo formano ununità funzionale chiamata complessivamente tronco encefalico.

32 Copyright © 2006 Zanichelli editore Principali strutture dellencefalo umano: Tabella 23.15

33 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il cervelletto, unaltra componente del rombencefalo, è il centro operativo che coordina i movimenti. I più sofisticati centri di elaborazione nervosa sono quelli che derivano dal prosencefalo: il talamo, lipotalamo e il cervello. Il cervello è la porzione più grande e sofisticata dellencefalo.

34 Copyright © 2006 Zanichelli editore Emisfero cerebrale sinistro Emisfero cerebrale destro Corpo calloso Gangli basali Figura 23.15B Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e sinistro, ognuno dei quali è responsabile dellattività della parte opposta del corpo.

35 Copyright © 2006 Zanichelli editore La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate che interagiscono Lintricato circuito neuronale della corteccia cerebrale dà origine alle caratteristiche umane più peculiari: la logica e le capacità matematiche, labilità linguistica, limmaginazione, il talento artistico e la personalità. Lobo frontaleLobo parietale Lobo occipitaleLobo temporale Area di associazione frontale Corteccia motoria Corteccia somatosensoriale Area di associazione somatosensoriale Linguaggio Percezione del gusto Percezione delle parole scritte Percezione delludito Percezione dellolfatto Area di associazione uditiva Area di associazione visiva Vista Linguaggio Figura 23.16

36 Copyright © 2006 Zanichelli editore Larea funzionale chiamata corteccia motoria ha soprattutto la funzione di inviare comandi ai muscoli scheletrici, fornendo risposte appropriate agli stimoli sensoriali. La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è costituita dalle aree di associazione, che sono i siti delle attività mentali più sofisticate, ossia di ciò che noi chiamiamo semplicemente pensiero. Gli emisferi cerebrali destro e sinistro tendono a specializzarsi a svolgere funzioni differenti.

37 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI Lesioni e interventi chirurgici al cervello forniscono informazioni sulle sue funzioni Gran parte di ciò che sappiamo sul cervello proviene dagli studi effettuati su persone che hanno subito lesioni cerebrali o interventi chirurgici, oppure affette da particolari malattie. Figura 23.17A, B

38 Copyright © 2006 Zanichelli editore Diverse parti del cervello regolano il sonno e la veglia Lipotalamo, insieme ad altre regioni dellencefalo, è responsabile del ciclico alternarsi di sonno e veglia. Il ponte e il midollo allungato contengono centri che, se stimolati, inducono il sonno. Il mesencefalo invece contiene un centro dellattenzione. Un altro sistema di neuroni importante nella regolazione del sonno e della veglia è la formazione reticolare.

39 Copyright © 2006 Zanichelli editore Informazioni provenienti dallorecchio Occhio Formazione reticolare Informazioni provenienti dai recettori del tatto, del dolore e della temperatura Informazioni in uscita verso la corteccia Figura 23.18A La formazione reticolare attraversa il centro del tronco encefalico e riceve informazioni dai recettori sensoriali, le filtra rimuovendo quelle che arrivano costantemente al sistema nervoso, e invia i dati utili alla corteccia cerebrale.

40 Copyright © 2006 Zanichelli editore Figure 23.18B, C Paziente sveglio, a riposo, con gli occhi chiusi (onde alfa) Paziente sveglio, con intensa attività mentale (onde beta) Paziente addormentato Sonno non-REM (onde delta)Sonno REM Sonno non-REM (onde delta) I ricercatori studiano il tipo di attività elettrica del cervello durante la veglia e il sonno mediante una tecnica detta elettroencefalografia: un dispositivo trasforma i segnali elettrici, chiamati onde cerebrali, in un tracciato detto elettroencefalogramma o EEG.

41 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nellapprendimento Gran parte delle emozioni, della memoria e dellapprendimento umani dipende dal nostro sistema limbico, ununità funzionale del prosencefalo, costituita da numerosi centri di integrazione e da aree neuronali interconnesse, che include parti del talamo e dellipotalamo. Olfatto Bulbo olfattivo Gusto Ippocampo Cervello Talamo Ipotalamo Corteccia prefrontale Figura 23.19

42 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI Alterazioni delle funzioni fisiologiche nellencefalo possono causare disturbi neurologici I disturbi neurologici (o malattie del sistema nervoso) hanno un enorme impatto sulla società. Alcuni esempi sono: la schizofrenia, la depressione, la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson.

43 Copyright © 2006 Zanichelli editore La schizofrenia è un grave disturbo mentale caratterizzato da episodi psicotici durante i quali il paziente perde la capacità di distinguere la realtà. Tra i sintomi ci sono le allucinazioni, manie, insensibilità, mancanza diniziativa, facilità alla distrazione e difficoltà nellespressione verbale.

44 Copyright © 2006 Zanichelli editore Sono state identificate due forme di depressione: la depressione maggiore e il disturbo bipolare. La depressione maggiore colpisce circa il 5% della popolazione. Il disturbo bipolare interessa circa l1% della popolazione ed è caratterizzato da drastici cambiamenti dello stato danimo.

45 Copyright © 2006 Zanichelli editore Anno Prescrizioni (milioni) Figura 23.20A Molte persone depresse presentano uno squilibrio della concentrazione dei neurotrasmettitori (in particolare della serotonina). Alcune medicine sono in grado di correggere tale squilibrio: la classe più comune di farmaci antidepressivi (SSRI) inibisce il riassorbimento della serotonina.

46 Copyright © 2006 Zanichelli editore La malattia di Alzheimer è una malattia degenerativa del cervello caratterizzata da perdita di memoria e confusione mentale: La sua incidenza nella popolazione varia a seconda delletà. Placca amiloideMatassa neurofibrillare LM 250 Figura 23.20B

47 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il morbo di Parkinson è una malattia caratterizzata da rigidità muscolare, difficoltà a iniziare i movimenti e lentezza nelleseguirli. Questo morbo è progressivo, legato alletà del paziente e, in genere, si manifesta dopo i 60 anni. Figura 23.20C


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