Esplorazione dettagliata del sistema nervoso e delle sue funzioni

Il sistema nervoso è l’insieme di organi specializzati nelle funzioni: sensoriale, integrativa (che include pensiero e memoria) e motoria; rende l’organismo capace di ricevere stimoli dal mondo esterno e di reagire.

Struttura del sistema nervoso centrale

Macroscopicamente si può suddividere in: sistema nervoso centrale (SNC) e sistema nervoso periferico (SNP).

Funzioni degli emisferi cerebrali

Il cervello, o telencefalo, è costituito da due emisferi cerebrali uniti mediante un corpo calloso. L’emisfero sinistro è specializzato nelle funzioni del linguaggio e nell’organizzazione della motilità volontaria. L’emisfero destro prevale invece nella cognizione dello spazio e nella regolazione dell’emotività. Lo stile cognitivo dell’emisfero sinistro è sostanzialmente verbale, analitico e locale, mentre quello dell’emisfero destro è spaziale, sintetico e globale.

Corteccia cerebrale e lobi

La superficie degli emisferi è costituita dalla corteccia celebrale, uno strato di sostanza grigia che, durante lo sviluppo embrionale, si accresce molto più rapidamente della sostanza bianca sottostante: di conseguenza, la corteggia, ripiegandosi su sé stessa per adattarsi alla cavità cranica, forma le circonvoluzioni, separate da solchi, alcuni molto marcati detti scissure. La corteggia è divisa in sei macroaree, chiamate lobi: frontale, che comprende le aree prefrontali delle previsioni e dei sentimenti; temporale che comprende le aree uditive; occipitale, che contiene la corteccia visiva; parietale; limbico; dell'insula.

Diencefalo e sue funzioni

Il diencefalo, con forma piramidale tronca, contiene al suo interno la cavità del terzo ventricolo, che permette di suddividere l'intera struttura in due parti, ulteriormente suddivise in una porzione ventrale ed in una dorsale da un solco che attraversa tutta la cavità del terzo ventricolo, denominato solco ipotalamico. La porzione ventrale, ossia quella parte di diencefalo che rimane al di sotto di tale solco, comprende l'ipotalamo, che svolge una funzione di controllo del SNA (i riflessi, il mantenimento della temperatura corporea e l’espressione degli stati emotivi) e una funzione di controllo del sistema endocrino: due dei nuclei ipotalamici (sopraottico e paraventricolare) collegano direttamente l’ipotalamo all'ipofisi tramite neuroni che, partendo da essi e terminando con i loro assoni nei capillari della neuroipofisi, formano un fascio ipotalamo-neuroipofisario che unisce i due organi e forma così il suddetto asse ipotalamo-ipofisario. La porzione dorsale, ossia quella che rimane al di sopra del solco ipotalamico, comprende il talamo, a cui sono assegnate importantissime funzioni di ricezione e ritrasmissione delle informazioni a provenienza sia periferica che centrale; l'epitalamo, in posizione arretrata rispetto al talamo; il metatalamo, situato postero-lateralmente rispetto al talamo.

Cervelletto e tronco encefalico

Il cervelletto si trova nella fossa cranica posteriore, è formato da due emisferi ricchi di circonvoluzioni; la superficie esterna è costituita da sostanza grigia, mentre la parte sottostante è formata da sostanza bianca. È coinvolto soprattutto nel controllo motorio e dell'equilibrio, ma anche nel linguaggio, nell'attenzione e in alcune funzioni emotive come risposte alla paura o al piacere. Il tronco encefalico, o cerebrale, è compreso tra il midollo spinale e il diencefalo. Si divide in tre regioni: il mesencefalo, che ha il compito di controllare l’abilità motoria ed è coinvolto nell'elaborazione di stimoli dolorifici; il ponte, costituito da nuclei e fasci di fibre che connettono le diverse parti dell'encefalo; il midollo allungato, o bulbo, che contiene i centri per la regolazione delle funzioni viscerali, di respirazione e pressione sanguigna.

Midollo spinale e meningi

Il midollo spinale è un fitto fascio di neuroni collocato all'interno del canale vertebrale, formato dalla sovrapposizione delle vertebre della colonna. Le 31 paia di nervi spinali (8 cervicali, 12 toracici, 5 lombari, 5 sacrali, 1 coccigeo), originano tramite due fasci, uno dorsale e uno ventrale. Compreso tra il canale vertebrale e la meninge più esterna, la dura madre, si trova lo spazio epidurale. Contiene perlopiù tessuto adiposo, in cui sono immerse vene, arterie, vasi linfatici, fibre collagene. La dura madre è la più esterna delle tre meningi che ricoprono il midollo spinale, è composta da tessuto fibroso e fibre elastiche e internamente è rivestita da endotelio. L'aracnoide è la seconda meninge, si colloca al di sotto della dura madre e può esservi separata dallo spazio subdurale. È più sottile della dura madre e si fonde con essa a livello dei fori intervertebrali. La pia madre è la più interna e delicata delle meningi, avvolge strettamente il midollo spinale in tutto il suo decorso. Tra l'aracnoide e la pia madre si trova lo spazio subaracnoideo, dove scorre il liquor cefalorachidiano, che ha la funzione di proteggere l'encefalo. La sostanza grigia è costituita da quattro formazioni che rappresentano le stanghe verticali della sua forma ad "H", due dirette postero-lateralmente e due antero-lateralmente. Tali formazioni sono le due corna dorsali (o posteriori), che contengono le terminazioni di fibre afferenti primarie (sensitive) entratevi attraverso le radici posteriori dei nervi spinali, e le due corna ventrali (o anteriori) che contengono i corpi dei neuroni efferenti (motori) che si portano successivamente verso la radice anteriore del nervo spinale con i loro assoni.

Sistema nervoso periferico

Il Sistema Nervoso Periferico è costituito dai gangli nervosi e dai nervi periferici che collegano l'encefalo e il midollo spinale al resto del corpo. Ha la funzione di trasmettere al sistema nervoso centrale le informazioni provenienti dall'ambiente esterno (esterocettori) e da tutte le parti del corpo (enterocettori) e di inviare ordini per eseguire delle azioni ai muscoli (sistema nevoso somatico) ed agli organi interni (sistema nervoso autonomo). I gangli nervosi sono dei raggruppamenti di neuroni esterni al SNC, situati lungo i nervi.

Nervi e loro funzioni

I nervi sono le strutture caratteristiche del sistema nervoso periferico. Sono formati da fasci di assoni (provenienti da gruppi di neuroni) che trasportano informazioni da o verso il sistema nervoso centrale. Si distinguono in: motori, che trasmettono impulsi dal sistema nervoso centrale verso i muscoli e gli organi interni; e sensoriali, che trasmettono gli stimoli sensoriali dagli organi di senso al sistema nervoso centrale. Il sistema nervoso periferico si suddivide in due componenti funzionalmente diverse: Sistema Nervoso Somatico, responsabile delle risposte volontarie; e Sistema Nervoso Autonomo, responsabile delle risposte involontarie. Il SNS è costituito dalle fibre nervose periferiche che inviano informazioni sensoriali al sistema nervoso centrale e dalle fibre nervose motorie che comandano la contrazione e la distensione dei muscoli scheletrici. E' costituito da 12 paia di nervi cranici e da 31 paia di nervi spinali. I nervi cranici contengono sia fibre volontarie che neurovegetative e sono: olfattorio, ottico, oculomotore, trocleare, trigemino, abducente, faciale, acustico, glossofaringeo, vago, accessorio, ipoglosso. I nervi spinali fuoriescono dal midollo spinale in corrispondenza degli spazi tra le vertebre. Tutti i nervi spinali hanno una componente sensoriale (radice dorsale) e una motoria (radice ventrale) e innervano il tronco e gli arti.

Sistema nervoso autonomo

Il SNA comprende l'insieme di cellule e fibre nervose che innervano gli organi interni e le ghiandole, svolgendo funzioni che generalmente sono al fuori del controllo volontario. E' controllato sia dal midollo allungato sia dall'ipotalamo e normalmente viene suddiviso in ortosimpatico e parasimaptico. Il sistema nervoso ortosimpatico agisce sugli organi interni stimolando la loro attività: aumento del battito cardiaco (tachicardia), aumento della pressione arteriosa (ipertensione), dilatazione delle pupille (midriasi), dilatazione delle vie aeree (bronco-dilatazione). Il sistema nervoso parasimpatico invece frena l'attività degli organi: rallentamento del battito cardiaco (bradicardia), diminuzione della pressione arteriosa (ipotensione), contrazione delle pupille (miosi), contrazione delle vie aeree (bronco-costrizione). I neuroni del sistema ortosimpatico utilizzano come neurotrasmettitori l'aceticolina nelle sinapsi pregangliari e l'adrenalina e la noradrenalina nelle sinapsi postgangliari (fibre adrenergiche), mentre quelli del parasimpatico solo l'acetilcolina (fibre colinergiche).

Struttura e funzione dei neuroni

I neuroni sono cellule fondamentali per la funzione del tessuto nervoso, specializzate nella comunicazione intracellulare e intercellulare mediante segnali elettrici lungo i loro prolungamenti dendritici e assonali e segnali chimici attraverso le sinapsi. Dal punto di vista citologico, si distinguono un corpo cellulare (o soma), da cui emergono due tipi di prolungamenti chiamati dendriti e assoni. Il soma contiene il nucleo, la cosiddetta sostanza di Nissl (costituita da aggregati di ribosomi e di reticolo endoplasmatico rugoso) e apparati di Golgi multipli. I Dendriti sono prolungamenti relativamente corti, contenenti un’impalcatura citoscheletrica di microtubuli e neurofilamenti e numerosi ribosomi. Dal soma emerge anche l’assone, un singolo processo nervoso anch’esso ramificato alla sua estremità distale, che contrae contatti sinaptici con altri neuroni o con i muscoli. L’assone contiene citoplasma, microtubuli, neurofilamenti e vari tipi di vescicole in transito. È avvolto da una guaina mielinica che lo isola dai tessuti circostanti, determinando un notevole aumento della velocità di conduzione dell’impulso nervoso (conduzione saltatoria).

Sinapsi e trasmissione del segnale

I siti privilegiati di comunicazione intercellulare del neurone sono chiamati sinapsi, in corrispondenza delle quali segnali elettrici vengono trasmessi da una cellula all’altra (trasmissione sinaptica). In base alla struttura, le sinapsi si dividono in due tipi: elettriche e chimiche. Nelle sinapsi elettriche, comuni negli invertebrati, l’impulso nervoso transita come cariche ioniche da cellula a cellula, attraverso particolari apparati giunzionali chiamati giunzioni serrate. Le sinapsi chimiche, le più diffuse tra i vertebrati, operano invece un processo di trasduzione vettoriale del segnale, attraverso il quale un impulso elettrico viene convertito nel rilascio di un segnale chimico da parte della cellula nervosa che invia il messaggio; la cellula che lo riceve traduce il messaggio chimico in un nuovo impulso elettrico. Le sinapsi chimiche sono formate si distinguono in presinapsi e postsinapsi. Nelle prime sono presenti organelli secretori specializzati, le vescicole sinaptiche, che contengono il segnale chimico o neurotrasmettitore. Le vescicole sinaptiche si trovano concentrate lungo un’area specializzata della membrana presinaptica, la zona attiva. L’arrivo dell’impulso nervoso al terminale sinaptico provoca l’entrata degli ioni calcio nella presinapsi, avvenimento che a sua volta scatena l’esocitosi del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Il neurotrasmettitore rilasciato nella fessura sinaptica diffonde verso la membrana postsinaptica, dove si lega a specifici recettori, che possono essere proteine-canale (recettori ionotropici) o recettori metabotropici. Le proteine-canale trasducono direttamente il segnale chimico del neurotrasmettitore in una variazione del potenziale di membrana (potenziale postsinaptico eccitatorio o inibitorio), mentre i secondi attivano processi di segnalazione intracellulare, che a loro volta regolano canali ionici postsinaptici. I segnali trasmessi dalle varie terminazioni sinaptiche che raggiungono i dendriti di un neurone sono letti a livello del cono d’emergenza dell’assone, la zona più eccitabile di un neurone, dove si generano i potenziali d’azione. La precisa localizzazione delle sinapsi sull’albero dendritico determina l'elaborazione dei segnali elettrici da parte del neurone e l’innesco o meno di un potenziale d’azione a livello assonale. Infatti, tutti i potenziali postsinaptici sia eccitatori -quali l'acetilcolina, il glutammato, l'adrenalina- che inibitori -quali la glicina- o la dopamina e la serotonina, si sommano in base alle proprietà elettriche dei dendriti. L'esito determina se il neurone stesso innescherà o meno uno o più potenziali d’azione. La frequenza dei potenziali d’azione è direttamente collegata alla intensità della stimolazione ricevuta, quindi all’esito della sommazione sinaptica.

Neuroni Specchio

Neuroni specchio e loro importanza

I neuroni a specchio furono scoperti dall'osservazione di alcuni gruppi di neuroni che si attivavano non solo quando gli animali compivano una determinata azione, ma anche quando osservavano un altro soggetto compiere la medesima azione. Questi neuroni possono essere importanti per la comprensione delle azioni di altre persone, quindi per l'apprendimento attraverso l'imitazione. I neuroni a specchio permettono di spiegare fisiologicamente la capacità dell'uomo di porsi in relazione con altri individui; nel nostro cervello, osservando una determinata azione, si attivano gli stessi neuroni che entrano in gioco quando siamo noi a compierla; in questo modo l'uomo è in grado di comprendere le azioni dei suoi simili, solo nel caso in cui egli stesso le ha compiute in precedenza. Il riconoscimento delle emozioni stesse si basa su questo “meccanismo a specchio“. Se si osserva negli altri una manifestazione di dolore si attiva il medesimo substrato neuronale collegato alla percezione in prima persona dello stesso tipo di emozione. Il linguaggio umano si è evoluto tramite l'informazione trasmessa con le gestualità ed infine il sistema specchio è stato capace di comprendere e decodificare tali informazioni. Il funzionamento dei neuroni a specchio può offrire una spiegazione biologica per alcune forme di autismo, dato che gli esperimenti condotti sembrano indicare un ridotto funzionamento di questo tipo di neuroni nei bambini autistici. Questi ultimi probabilmente non capiscono il significato dei gesti e delle azioni altrui. Le imitazioni, gli stimoli esterni, sono alla base del nostro sviluppo; i bambini imparano guardando e imitando un adulto