Unità 14 Il sistema nervoso

Unità 14 Il sistema nervoso Obiettivi Obiettivi Capire come avviene la trasmissione degli impulsi nervosi Sapere come funzionano le sinapsi e i neurotrasmettitori Capire come è fatto il sistema nervoso umano e come si è evoluto nella forma attuale Conoscere la struttura e le principali funzioni dell’encefalo umano 2

Prova di competenza – Immagini mentali In che modo è possibile studiare cerebrale in vivo?

Lezione 1 STRUTTURA E FUNZIONI DEL SISTEMA NERVOSO Lezione 1 STRUTTURA E FUNZIONI DEL SISTEMA NERVOSO

14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte La cellula di base del sistema nervoso è il neurone Corpo cellulare: contiene il nucleo e gli organuli cellulari Fibre nervose: lunghi e sottili prolungamenti, che conducono e trasmettono i segnali

14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte Sistema nervoso centrale (SNC) Cervello Midollo spinale (nei vertebrati) Sistema nervoso periferico (SNP) Nervi: fasci di fibre nervose strettamente avvolte da tessuto connettivo portano i segnali dal SNC ai distretti periferici e/o da questi ultimi al SNC Gangli: piccole masse costituite dall’aggregazione dei corpi cellulari dei neuroni

14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte Il sistema nervoso ha tre funzioni interconnesse Ricezione dell’input sensoriale (afferenza sensoriale): ha luogo grazie alla trasmissione del segnale dai recettori ai centri di integrazione Integrazione: consiste nell’interpretazione dei segnali sensoriali e nella formulazione di risposte adeguate Emissione dell’output motorio (efferenza motoria): consiste nella trasmissione dei segnali dai centri di integrazione alle cellule effettrici

Sistema nervoso periferico (SNP) Sistema nervoso centrale (SNC) Afferenza sensoriale Integrazione Recettore sensoriale Efferenza motoria Figura 14.1a Il funzionamentodel sistema nervoso. Encefalo e midolo spinale Cellule effettrici Sistema nervoso periferico (SNP) Sistema nervoso centrale (SNC)

14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte Neuroni sensoriali Trasmettono i segnali dai recettori al SNC Interneuroni, localizzati interamente nel SNC Integrano i dati Trasmettono i segnali appropriati ad altri interneuroni o ai neuroni motori Trasmettono i segnali dal SNC alle cellule effettrici Motoneuroni

Figura 14.1B Il riflesso patellare Quando diamo un leggero colpo al ginocchio, un recettore rileva una tensione e un neurone sensoriale trasmette questa informazione al midollo spinale L’informazione è inviata direttamente a un motoneurone, provocando la contrazione di un gruppo di muscoli (i quadricipiti, che inducono la rapida estensione della gamba), e a uno o più interneuroni Contemporaneamente gli interneuroni inibiscono i neuroni motori dei muscoli flessori impedendone la contrazione, che contrasterebbe l’azione dei quadricipiti

14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli, li interpreta e invia risposte STEP BY STEP Indica la sequenza con cui le informazioni passano attraverso i tre tipi di neurone nel riflesso patellare

14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso Il neurone Corpo cellulare: contiene la maggior parte gli organelli Due tipi di prolungamentei (fibre) Dendriti: molto ramificati che ricevono i segnali da altri neuroni e li conducono al corpo cellulare Assoni: possono essere anche molto lunghi e trasmettono i segnali ad altre cellule; queste ultime possono essere altri neuroni o cellule di organi effettori

14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso Per funzionare normalmente i neuroni hanno bisogno del supporto delle cellule gliali A seconda del tipo le cellule gliali possono Fornire nutrimento Isolare gli assoni Mantenere l’omeostasi del fluido extracellulare

14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso Le cellule di Shwann nel SNP e gli oligodendrociti nel SNC sono particolari cellule gli che avvolgono gli assoni con la guaina mielinica Guaina mielinica Avvolge gli assoni Isola gli assoni preservando il segnale da possibili fenomeni di dispersione Permette al segnale di viaggiare a maggior velocità

Cellula di Schwann Cellula di Schwann Direzione del segnale Dendriti Corpo cellulare Corpo cellulare Strati di mielina che formano la guaina mielinica Direzione del segnale Figura 14.2 Struttura di un motoneurone e della guaina mielinica. Cellula di Schwann Nodi di Ranvier Nucleo Assone Nodi di Ranvier Nucleo Cellula di Schwann Guaina mielinica Terminali sinaptici

14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso STEP BY STEP Qual è la funzione dalla guaina mielinica?

Lezione 2 IL SEGNALE NERVOSO E LA SUA TRASMISSIONE Lezione 2 IL SEGNALE NERVOSO E LA SUA TRASMISSIONE

14.3 Il potenziale di membrana permette la trasmissione dell’impulso nervoso La membrana di un neurone a riposo Ha una carica leggermente negativa all’interno Ha una carica leggermente positiva all’esterno Questa differenza di carica è un’energia potenziale: il potenziale di membrana Nel neurone a riposo il potenziale di membrana equivale a circa –70mV ed è chiamato potenziale di riposo

14.3 Il potenziale di membrana permette la trasmissione dell’impulso nervoso Il potenziale di riposo è generato dalla diversa composizione e concentrazione di ioni nei fluidi presenti all’interno e all’esterno della cellula All’interno della cellula K+ più concentrato Na+ meno concentrato All’esterno della cellula K+ meno concentrato Na+ più concentrato

Neurone Assone Membrana plasmatica Esterno della Na+ K+ cellula Canale pompa Na+-K+ Canale del Na+ Canale del K+ Proteina Interno della cellula Figura 14.3 La generazione del potenziale di riposo.

Gli ioni Na+ sono più concentrati all’esterno della cellula, dove sono trasportati attivamente dalla pompa sodio potassio, perché i canali del sodio consentono una diffusione limitata di questi ioni attraverso la membrana Esterno della cellula Na+ K+ pompa Na+-K+ Canale del Na+ Membrana plasmatica Canale del K+ Proteina Interno della cellula Figura 14.3 La generazione del potenziale di riposo. Gli ioni K sono più concentrati all’interno, grazie all’azione della pompa sodio-potassio, ma possono diffondere liberamente verso l’esterno, lasciando dietro di sé una carica negativa

14.3 Il potenziale di membrana permette la trasmissione dell’impulso nervoso STEP BY STEP Se la membrana di un neurone diventa improvvisamente più permeabile agli ioni di sodio, si verifica un rapido movimento netto di Na+ verso l’interno della cellula Quali sono le due forze che guidano gli ioni all’interno?

14.4 Un segnale nervoso inizia come una variazione del potenziale di membrana Uno stimolo genera un segnale nervoso Altera la permeabilità agli ioni di una sezione di membrana Permette agli ioni di attraversarla Comporta un cambiamento nel potenziale di membrana

14.4 Un segnale nervoso inizia come una variazione del potenziale di membrana Il potenziale d’azione è un segnale nervoso che viaggia lungo l’assone Il potenziale di membrana passa dal potenziale di riposo al picco massimo del potenziale d’azione Poi si riassesta sul potenziale di riposo

Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

Potenziale di membrana 50 Potenziale d’azione Potenziale di membrana (mV) Soglia –50 1 Potenziale di riposo –100 Tempo (ms) Nella membrana a riposo i canali voltaggio dipendenti sono chiusi e il potenziale è –70 mV 1 Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

Potenziale di memebrana 50 Potenziale d’azione Potenziale di memebrana (mV) 2 Soglia –50 1 Potenziale di riposo –100 Tempo (ms) 2 Uno stimolo provoca l’apertura di alcuni canali del Na+ Se viene raggiunto il potenziale soglia di –50 mV, si genera il potenziale d’azione Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

Potenziale di membrana 50 Potenziale d’azione 3 Potenziale di membrana (mV) 2 Soglia –50 1 Potenziale di riposo –100 Tempo (ms) Vengono aperti altri canali del Na+, i canali del K+ sono chiusi e l’interno della cellula diventa più positivo 3 Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

Potenziale di membrana 50 Potenziale d’azione 3 Potenziale di membrana (mV) 4 2 Soglia –50 1 Potenziale di riposo –100 Tempo (ms) I canali del Na+ si chiudono, mentre si aprono quelli del K+ che fluisce all’esterno; il potenziale di membrana diminuisce 4 Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

Potenziale di membrana 50 Potenziale d’azione 3 Potenziale di membrana (mV) 4 2 Soglia –50 1 5 Potenziale di riposo –100 Tempo (ms) I canali del K+ si chiudono, provocando una breve caduta al di sotto del potenziale di riposo 5 Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

Potenziale di membrana 50 Potenziale d’azione 3 Potenziale di membrana (mV) 4 2 Soglia –50 1 1 5 Potenziale di riposo –100 Tempo (ms) La membrana torna al potenziale di riposo di –70 mV 1 Figura 14.4 La generazione del potenziale d’azione.

14.4 Un segnale nervoso inizia come una variazione del potenziale di membrana STEP BY STEP La genesi di un potenziale d’azione è un esempio di feedback positivo o negativo?

14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo il neurone Il potenziale d’azione Una volta innescato si propaga con una reazione a catena lungo l’assone in una sola direzione È un evento del tipo “tutto o nulla”

Assone Potenziale d’azione Segmento di assone 1 Na+ In seguito a uno stimolo si aprono i canali del Na+ e si genera un potenziale d’azione in una regione dell’assone Figura 14.5 La propagazione del potenziale d’azione lungo l’assone.

Assone Potenziale d’azione Segmento di assone 2 1 Na+ K+ Subito dopo, in quella stessa regione, si aprono i canali del K+e si chiudono i canali del Na+, mentre si aprono i canali dell’Na+ nella regione adiacente Figura 14.5 La propagazione del potenziale d’azione lungo l’assone.

Assone Potenziale d’azione Segmento di assone Potenziale d’azione 2 3 1 Na+ K+ Mentre il tratto dell’assone dove si è generato lo stimolo ritorna al potenziale di riposo, l’impulso si propaga lungo l’assone Figura 14.5 La propagazione del potenziale d’azione lungo l’assone.

14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo il neurone Come fanno i potenziali d’azione a trasmettere la diversa intensità delle informazioni al sistema nervoso centrale? L’intensità del singolo potenziale d’azione non può cambiare Quello che cambia è la frequenza, cioè il numero di potenziali d’azione che vengono inviati nell’unità di tempo

14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo il neurone STEP BY STEP Che cosa si intende con l’espressione “tutto o nulla” quando si parla di stimolo nervoso?

14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi Le sinapsi sono le regioni in cui avviene la comunicazione tra Due neuroni Un neurone e una cellula effetrice

14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi Sinapsi elettriche Il segnale nervoso passa direttamente dal neurone presinaptico alla cellula successiva, detta postsinaptica Sinapsi chimiche Il neurone presinaptico secerne un neurotrasmettitore Il neurotrasmettitore attraversa la fessura sinaptica Il neurotrasmettitore si lega a un recettore sulla membrana della cellula postsinaptica

Neurone trasmittente 1 2 3 4 6 5 Assone del neurone Vescicole Terminale sinaptico Le vescicole si fondono con la membrana plasmatica Fessura sinaptica ricevente Canali ionici Molecole del neurotrasmettitore Il neurotrasmettitore è liberato nella fessura sinaptica si lega al recettore Sinapsi Arriva il potenziale d’azione Neurotrasmettitore Recettore ioni Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato Il canale ionico si chiude Il canale ionico si apre Figura 14.6 La comunicazione tra neuroni attraverso una sinapsi chimica.

Il neurotrasmettitore è liberato nella fessura sinaptica Neurone trasmittente 1 Arriva il potenziale d’azione Vescicole Assone del neurone trasmittente Terminale sinaptico Sinapsi 2 3 Le vescicole si fondono con la membrana plasmatica Il neurotrasmettitore è liberato nella fessura sinaptica Figura 14.6 La comunicazione tra neuroni attraverso una sinapsi chimica. Fessura sinaptica Neurone ricevente 4 Il neurotrasmettitore si lega al recettore Neurone ricevente Molecole del neurotrasmettitore Canali ionici

Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato Recettore Ioni Figura 14.6 La comunicazione tra neuroni attraverso una sinapsi chimica. 5 Il canale ionico si apre 6 Il canale ionico si chiude

14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi STEP BY STEP In che modo una sinapsi garantisce che i segnali viaggino in una sola direzione, dalla cellula presinaptica a quella postsinaptica?

14.7 Le sinapsi chimiche consentono l’elaborazione di informazioni complesse Neurotrasmettitri eccitatori Inducono l’innesco di potenziali d’azione Neurotrasmettitri inibitori Riducono la capacità della cellula di innescare potenziali d’azione

14.7 Le sinapsi chimiche consentono l’elaborazione di informazioni complesse Un neurone riceve segnali Da centinaia di altri neuroni Attraverso migliaia di sinapsi Se, nel loro complesso, i segnali eccitatori sono abbastanza forti da superare i segnali inibitori e alzare il potenziale di membrana oltre il livello soglia La cellula genera un potenziale d’azione e lo trasmette lungo il proprio assone

Dendriti Guaina mielinica Assone Corpo cellulare del neurone potsinaptico Inibitorio Eccitatorio Terminali sinaptici Terminali sinaptici Figura 14.7 Un neurone raggiunto dai terminali sinaptici di molti altri neuroni.

Terminali sinaptici Inibitorio Dendriti Eccitatorio Guaina mielinica Assone Corpo cellulare del neurone potsinaptico Inibitorio Eccitatorio Terminali sinaptici Figura 14.7 Un neurone raggiunto dai terminali sinaptici di molti altri neuroni.

Terminali sinaptici Figura 14.7 Un neurone raggiunto dai terminali sinaptici di molti altri neuroni.

14.7 Le sinapsi chimiche consentono l’elaborazione di informazioni complesse STEP BY STEP In che modo l’apertura di canali di membrana per ioni diversi porta a effetti eccitatori o inibitori?

14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori Molte piccole molecole organiche contenenti azoto funzionano da neurotrasmettitori L’ acetilcolina è un importante neurotrasmettitore Nel cervello Nelle sinapsi tra motoneuroni e cellule muscolari Le ammine biogene sono neurotrasmettitori derivati dagli amminoacidi Importanti per il SNC La serotonina e la dopamina influiscono su aspetti fondamentali della vita come il sonno, l’umore, l’attenzione e l’apprendimento

14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori Quattro amminoacidi che funzionano da neurotrasmettitori Sono molto importanti per il SNC L’aspartato e il glutammato agiscono su sinapsi eccitatorie La glicina e il GABA sono liberati nelle sinapsi inibitorie Peptidi La sostanza P media la nostra percezione del dolore Le endorfine riducono la nostra percezione del dolore

14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori Diversi peptidi funzionano da neurotrasmettitori La sostanza P è un neurotrasmettitre eccitatorio che media la percezione del dolore Anche le endorfine sono peptidi e funzionano sia come neurotrasmettitori, sia come ormoni

14.8 Molte piccole molecole funzionano come neurotrasmettitori STEP BY STEP Che cosa determina il fatto che un neurone sia o non sia influenzato da uno specifico neurotrasmettitore?

Un cervello da sballo Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni Un cervello da sballo COLLEGAMENTO salute Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni Agiscono a livello delle sinapsi Influiscono sull’azione dei neurotrasmettitori La caffeina contrasta i neurotrasmettitori inibitori La nicotina agisce da stimolante L’alcol ha una potente azione depressiva

Figura 14.9 Alcol, nicotina e caffeina sono tutte sostanze che alterano gli effetti dei neurotrasmettitori.

Un cervello da sballo Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni Un cervello da sballo COLLEGAMENTO salute Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni Agiscono a livello delle sinapsi Influiscono sull’azione dei neurotrasmettitori La caffeina contrasta i neurotrasmettitori inibitori La nicotina agisce da stimolante L’alcol ha una potente azione depressiva

Un cervello da sballo COLLEGAMENTO salute In medicina si utilizzano diversi tipi di sostanze psicoattive per trattare alcuni disturbi del sistema nervoso Inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina sono usati nei casi di depressione Benzodiazepine, che attivano i recettori del GABA, funzionano come tranquillanti Alcuni antipsicotici agiscono bloccando i recettori della dopamina

Un cervello da sballo COLLEGAMENTO salute In medicina si utilizzano diversi tipi di sostanze psicoattive per trattare alcuni disturbi del sistema nervoso Inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina nei casi di depressione Benzodiazepine, che attivano i recettori del GABA, funzionano come tranquillanti Alcuni antipsicotici agiscono bloccando i recettori della dopamina

Lezione 3 IL SISTEMA NERVOSO DEGLI ANIMALI Lezione 3 IL SISTEMA NERVOSO DEGLI ANIMALI

14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione alla luce dell’evoluzione Gli animali a simmetria radiale hanno sistemi nervosi organizzati in reti nervose non centralizzate

Rete nervosa Neurone A Idra (cnidario) Figura 14.9A Il sistema nervoso di un’idra (cnidario). Neurone A Idra (cnidario)

14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione alla luce dell’evoluzione Negli animali più complessi, gli assoni di più cellule sono spesso riuniti insieme a formare i nervi I nervi sono strutture fibrose che hanno la funzione di incanalare e organizzare il flusso di informazioni lungo percorsi specifici

Stella marina (echinoderma) Figura 14.9B Il sistema nervoso di una stella marina (echinoderma) B Stella marina (echinoderma)

14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione alla luce dell’evoluzione Negli animali a simmetria bilaterale Cefalizzazione: tendenza evolutiva verso la concentrazione del sistema nervoso all’estremità cefalica Centralizzazione: presenza di un sistema nervoso centrale (SNC), distinto dal sistema nervoso periferico (SNP) Sviluppo dei gangli: gruppi di corpi cellulari neuronali

Planaria (platelminta) Macchia oculare Cervello Cordone nervoso Nervo trasversale (periferico) Figura 14.9C Il sistema nervoso di una planaria (platelminta). C Planaria (platelminta)

Sanguisuga (anellide) Cervello Cordone nervoso ventrale Ganglio Figura 14.9D Il sistema nervoso di una sanguisuga (anellide). D Sanguisuga (anellide)

Cervello Cordone nervoso ventrale Gangli E Insetto (artropode) Figura 14.9E Il sistema nervoso di un insetto (artropode). E Insetto (artropode)

Cervello Assone gigante E Calamaro (mollusco) Figura 14.9F Il sistema nervoso di un calamaro (mollusco). E Calamaro (mollusco)

14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la cefalizzazione e la centralizzazione alla luce dell’evoluzione STEP BY STEP Perché per la maggior parte degli animali a simmetria bilaterale è vantaggioso che il cervello sia nell’estremità cefalica del corpo?

14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP Il sistema nervoso centrale (SNC) è composto da Encefalo: centro di controllo Midollo spinale: trasmette in formazioni da e verso l’encefalo e integra semplici risposte ad alcuni stimoli

14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP L’encefalo è dotato di diversi sistemi di protezione L’ambiente dell’encefalo è mantenuto chimicamente costante da una vasta rete di vasi sanguigni La barriera ematoencefalica permette il passaggio di ossigeno e sostanze nutritive e impedisce quello di sostanze dannose

14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP L’encefalo contiene spazi pieni di liquidi (protezione dagli urti, circolazione di sostanze nutritive e ormoni, eliminazione di rifiuti) Ventricoli nel cervello Canale ependimale nel midollo spinale Intercapedine tra meningi ed encefalo / midollo spinale

14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP I SNC è formato da due componenti distinte Sostanza bianca: fasci di assoni provvisti di guanine mieliniche Sostanza grigia: corpi cellulari, dendriti e assoni sprovvisti di guaine mieliniche

14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP Il sistema nervoso periferico (SNP) è formato da gangli e nervi Nervi cranici: hanno origine nell’encefalo e terminano prevalentemente in strutture della testa Nervi spinali: hanno origine nel midollo spinale e innervano le parti del corpo sotto alla testa

Encefalo Sistema nervoso centrale (SNC) Midollo spinale periferico (SNP) Nervi cranici Gangli esterni al SNC Nervi spinali Figura 14.10A Sistema nervoso di un vertebrato (visto da dietro).

(sezione trasversale) Liquido cerebrospinale Sostanza grigia Ganglio della radice dorsale (parte del SNP) Encefalo Meningi Sostanza bianca Nervo spinale (parte del SNP) Canale ependimale Ventricoli Figura 14.10B Ventricoli, sostanza grigia e sostanza bianca nel SNC dei vertebrati. Canale ependimale del midollo spinale Midollo spinale (sezione trasversale) Midollo spinale

14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati è formato dal SNC e dal SNP STEP BY STEP Quali strutture compongono il sistema nervoso centrale dei vertebrati?

14.11 Il sistema nervoso periferico contiene sottosistemi con funzioni diverse Il sistema nervoso periferico (SNP) può essere suddiviso in due componenti diverse dal punto di vista funzionale Sistema nervoso somatico: trasporta i segnali da e verso i muscoli scheletrici, soprattutto in risposta a stimoli esterni Il sistema nervoso autonomo: regola l’ambiente interno dell’organismo mediante il controllo della muscolatura liscia e cardiaca, e degli organi dei sistemi digerente, cardiovascolare, escretore ed endocrino Questo controllo è generalmente involontario

Sistema nervoso periferico Sistema somatico Sistema autonomo Sistema simpatico Sistema parasimpatico Sistema enterico Figura 14.11 Le divisioni funzionali del sistema nervoso periferico dei vertebrati.

14.11 Il sistema nervoso periferico contiene sottosistemi con funzioni diverse STEP BY STEP Quali parti del sistema nervoso controllano i muscoli della mano quando scriviamo e quelli del sistema digerente quando mangiamo?

14.12 L’azione opposta dei neuroni simpatici e parasimpatici regola l’ambiente interno Il nostro SNA contiene due insiemi di neuroni con effetti antagonisti sulla maggior parte degli organi Sistema parasimpatico: prepara l’organismo alle attività che portano all’acquisizione e alla conservazione dell’energia “riposa e digerisci” Sistema simpatico: prepara l’organismo a intense attività che consumano energia, come il combattimento, la fuga o la competizione Reazione “combatti o fuggi”

Encefalo Sistema parasimpatico Provoca la contrazione delle pupille Occhio Stimolala produzione di saliva Polmone costrizione dei bronchi Riduce la frequenza cardiaca Midollo spinale Stimola stomaco, pancreas e intestino Fegato la minzione Favorisce l’erezione dei genitali Intestino Genitali Vescica Pancreas Stomaco Ghiandola surrenale Cuore Ghiandole salivari Sistema simpatico dilatazione delle pupille Inibisce la dilatazione Aumenta la frequenza Stimola la liberazione di adrenalina e noradrenalina glucosio Inibisce Provoca l’eiaculazione e le contrazioni vaginali Figura 14.12 Le componenti parasimpatica e simpatica del sistema nervoso autonomo.

14.12 L’azione opposta dei neuroni simpatici e parasimpatici regola l’ambiente interno STEP BY STEP Quale effetto avrà sulla frequenza del polso di una persona un farmaco che inibisce il sistema nervoso parasimpatico?

Lezione 4 L’ENCEFALO UMANO Lezione 4 L’ENCEFALO UMANO

14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre rigonfiamenti anteriori del tubo neurale L’encefalo dei vertebrati si è evoluto attraverso l’ingrandimento e la suddivisione strutturale e funzionale Prosencefalo Telencefalo (cervello) Diencefalo Mesencefalo Rombencefalo

Regioni dell’encefalo embrionale Strutture presenti nell’adulto Telencefalo (emisferi cerebrali; comprende corteccia cerebrale, sostanza bianca, gangli basali) Prosencefalo Diencefalo (talamo, ipotalamo, neuroipofisi, epifisi) Mesencefalo Mesencefalo (parte del tronco encefalico) Ponte (parte del tronco encefalico), cervelletto Rombelcefalo Midollo allungato (parte del tronco encefalico) Emisfero cerebrale Diencefalo Mesencefalo Mesencefalo Figura 14.13 Lo sviluppo embrionale dell’encefalo umano. Rombencefalo Ponte Cervelletto Midollo allungato Midollo spinale Prosencefalo Embrione di un mese Feto di tre mesi

Regioni dell’encefalo embrionale Strutture presenti nell’adulto Telencefalo (emisferi cerebrali; comprende corteccia cerebrale, sostanza bianca, gangli basali) Prosencefalo Diencefalo (talamo, ipotalamo, neuroipofisi, epifisi) Mesencefalo Mesencefalo (parte del tronco encefalico) Figura 14.13 Lo sviluppo embrionale dell’encefalo umano. Ponte (parte del tronco encefalico), cervelletto Rombelcefalo Midollo allungato (parte del tronco encefalico)

Ponte Emisfero cerebrale Diencefalo Mesencefalo Mesencefalo Rombencefalo Ponte Cervelletto Midollo allungato Figura 14.13 Lo sviluppo embrionale dell’encefalo umano. Midollo spinale Prosencefalo Embrione di un mese Feto di tre mesi

14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre rigonfiamenti anteriori del tubo neurale L’evoluzione del comportamento dei vertebrati, nella sua estrema complessità, è andata in parallelo con l’evoluzione del telencefalo (cervello)

14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre rigonfiamenti anteriori del tubo neurale STEP BY STEP Quale regione dell’encefalo ha subito i maggiori cambiamenti durante l’evoluzione dei vertebrati?

14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente L’encefalo umano È più potente e più sofisticato dei nostri migliori computer È suddiviso in tre parti principali Prosencefalo Mesencefalo Rombencefalo

Corteccia cerebrale Telencefalo Talamo Ipotalamo Ipofisi Ponte Midollo Prosencefalo Ipotalamo Ipofisi Figura 14.14a Le principali regioni dell’encefalo umano. Mesencefalo Ponte Midollo spinale Midollo allungato Rombencefalo Cervelletto

Emisfero cerebrale sinistro Emisfero cerebrale destro Corpo calloso Figura 14.14B L’encefalo visto posteriormente. Corpo calloso Gangli basali

14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente Tronco encefalico È formato dal mesencefalo e da due aree del rombencefalo: midollo allungato e ponte È una delle parti più antiche dell’encefalo dei vertebrati Coordina e filtra le informazioni provenienti dai neuroni sensoriali Regola il ciclo sonno/veglia e contribuisce a coordinare i movimenti corporei

14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente Cervelletto È il centro che coordina i movimenti del corpo Talamo Classifica i dati in categorie e li invia alla corteccia cerebrale Ipotalamo È il principale centro di controllo omeostatico Regola i cicli circadiani Controlla la secrezione di ormoni da parte dell’ipofisi

14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente Il telencefalo È la parte più voluminosa e complessa dell’encefalo Svolge le funzioni di integrazione più complicate Formula le risposte comportamentali complesse Ho un ruolo fondamentale in linguaggio, memoria, apprendimento, emozioni

Tabella 14.14 Struttura e funzioni dell’encefalo umano

14.14 La struttura dell’encefalo umano: un supercomputer vivente STEP BY STEP Qual è la parte dell’encefalo più importante per risolvere problemi algebrici, tra quelle elencate nella tabella della precedente diapositiva?

14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate e interattive Corteccia cerebrale È spessa solo 5 mm Rappresenta l’80% della massa totale dell’encefalo umano Regola i movimenti volontari È responsabile dei tratti umani più distintivi Capacità logiche, matematiche e linguistiche, immaginazione, personalità

14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate e interattive Corteccia motoria: invia comandi alla muscolatura scheletrica, rispondendo agli stimoli sensoriali Aree di associazione Formano la maggior parte della corteccia cerebrale Sono la sede delle attività mentali superiori Ragionamento Linguaggio Lateralizzazione: durante lo sviluppo alcune aree dei due emisferi si specializzano per funzioni diverse

Corteccia somatosensoriale Lobo frontale Lobo parietale Corteccia motoria Area associativa somatosensoriale Area associativa frontale Corteccia somatosensoriale Linguaggio Gusto Lettura Linguaggio Udito Area associativa visiva Olfatto Area associativa uditiva Figura 14.15 Aree funzionali dell’emisfero cerebrale sinistro. Vista Lobo temporale Lobo occipitale

14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate e interattive STEP BY STEP Se un ictus determina la perdita della parola e l’intorpidimento della parte destra del corpo, quale lobo della corteccia potrebbe aver danneggiato? E di quale emisfero?

Cervelli danneggiati COLLEGAMENTO salute Lo studio dell’encefalo ha permesso di associare ad alcune aree specifiche alcune attività e abilità umane Tomografia a emissione di positroni (PET) Risonanza magnetica funzionale (fMRI) Molte informazioni derivano dallo studio di alterazioni dell’encefalo causate da malattie, incidenti, operazioni chirurgiche La storia di Phineas Gage

La lesione subita da Phineas Gage, in una litografia del 1850.

La lesione subita da Phineas Gage in una recente elaborazione al computer.

Cervelli danneggiati Stimolazione diretta Lateralizzazione Cervelli danneggiati COLLEGAMENTO salute Stimolazione diretta Durante le operazioni al cervello è possibile stimolare parti della corteccia con una corrente elettrica innocua e interrogare il paziente su quali sensazioni o ricordi vengano richiamati Lateralizzazione Molto di quello che sappiamo a proposito della lateralizzazione proviene dallo studio di pazienti in cui le fibre che mettono in comunicazione i due emisferi sono state recise per curare gravi forme di epilessia

14.16 La risonanza magnetica funzionale (fMRI) permette di comprendere la struttura e le funzioni dell’encefalo fMRI è una tecnica di scansione e produzione di immagini che permette di visualizzare i processi metabolici durante il loro svolgimento nei tessuti viventi Applicabile su pazienti coscienti e sani Individua le aree in cui varia il consumo di ossigeno e quindi l’attività neuronale Ha permesso di associare aree cerebrali specifiche con un’ampia gamma di comportamenti, semplici e complessi

Figura 14.16 Le aree evidenziate dalla fMRI nell’encefalo di un paziente a cui è stato chiesto di toccarsi il pollice con il dito medio.

14.16 La risonanza magnetica funzionale (fMRI) permette di comprendere la struttura e le funzioni dell’encefalo STEP BY STEP Che cosa misura effettivamente la fMRI?

14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato da diverse regioni dell’encefalo Diversi centri per il controllo della veglia e del sonno si trovano nel tronco encefalico La formazione reticolare è uno di essi e agisce come un filtro ricevendo i dati dai recettori sensoriali e selezionando quali inviare alla corteccia cerebrale Più informazioni  veglia Meno informazioni  sonno Ponte e midollo allungato se stimolati inducono il sonno Nel mesencefalo si trova un centro che induce la veglia

14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato da diverse regioni dell’encefalo Sonno Essenziale per la sopravvivenza È uno stato attivo Sembra sia coinvolto nella consolidazione dell’apprendimento e nella memoria

14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato da diverse regioni dell’encefalo STEP BY STEP Che cosa impedisce alla corteccia cerebrale di essere sopraffatta dal gran numero di stimoli sensoriali provenienti dai recettori periferici?

14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento Il sistema limbico È un’unità funzionale del prosencefalo che comprende parti del talamo e dell’ipotalamo circondate da due anelli incompleti costituiti da regioni della corteccia cerebrale È coinvolto Nelle emozioni Nella memoria Nell’apprendimento

Telencefalo Talamo Ipotalamo Corteccia prefrontale Bulbo olfattivo Amigdala Ippocampo Afferenze olfattive Figura 14.18 Il sistema limbico (evidenziato in arancione).

14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento Il diversi tipi di memoria Memoria a breve termine Memoria a lungo termine Il passaggio di dati dalla memoria a breve termine alla memoria a lungo termine coinvolge in parte l’amigdala Memoria procedurale

14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento STEP BY STEP Quali fattori aiutano a trasferire le informazioni dalla memoria a breve termine a quella a lungo termine?

Quando il cervello si inceppa Quando il cervello si inceppa COLLEGAMENTO salute Alterazioni della fisiologia dell’encefalo possono dar luogo a gravi disturbi neurologici e psichiatrici Le malattie del sistema nervoso hanno un notevole impatto sulla società, tra le più gravi ci sono Schizofrenia Depressione Morbo di Alzheimer Morbo di Parkinson

Quando il cervello si inceppa Quando il cervello si inceppa COLLEGAMENTO salute Schizofrenia Disturbo mentale grave Caratterizzato da episodi psicotici nei quali i pazienti perdono la capacità di distinguere la realtà

Quando il cervello si inceppa Quando il cervello si inceppa COLLEGAMENTO salute Depressione Condizione patologica caratterizzata da umore depresso, accompagnato da alterazioni del sonno, dell’appetito e del livello di energia Due forme principali Depressione maggiore Disturbo bipolare, o disturbo maniaco-depressivo

L’attività cerebrale in una persona depressa (a sinistra) e in una persona sana (a destra). Il giallo e il rosso indicano le aree di scarsa attività (PET).

Quando il cervello si inceppa Quando il cervello si inceppa COLLEGAMENTO salute Morbo di Alzheimer Forma di deterioramento mentale o demenza, caratterizzata da confusione, perdita della memoria e da molti altri sintomi Generalmente è legato all’età Difficile formulare una diagnosi

L’attività cerebrale in una persona sana (a sinistra) e in un malato di Alzheimer (a destra). Il rosso e il giallo indicano le aree di elevata attività (PET).

Quando il cervello si inceppa Quando il cervello si inceppa COLLEGAMENTO salute Morbo di Parkinson Disturbo motorio grave Caratterizzato da Rigidità Difficoltà a iniziare i movimenti Lentezza nell’eseguirli

Placche senili e grovigli neurofibrillari nel cervello di una persona affetta dal morbo di Alzheimer.