Struttura e funzioni del sistema nervoso umano

Funzioni fondamentali del neurone

L'unità strutturale fondamentale del sistema nervoso è la cellula nervosa o neurone. Ogni neurone compie cinque funzioni fondamentali:

1) riceve informazioni dall'ambiente esterno o interno, o da altri neuroni;

2) integra le informazioni ricevute e produce un'adeguata risposta in forma di segnale;

3) conduce il segnale al suo terminale d'uscita;

4) trasmette il segnale ad altre cellule nervose, ghiandole, o muscoli;

5) coordina le proprie attività metaboliche mantenendo l'integrità della cellula.

Struttura del neurone

Il neurone dei vertebrati possiede 4 regioni strutturali distinte:

- i dendriti che sono ramificazioni specializzate a raccogliere li stimoli e li trasformano in segnali, cioè in impulsi elettrici;

- il corpo cellulare che integra i segnali elettrici provenienti dai dendriti, decide se produrre un segnale eletttrico in uscita;

- assone una fibra lunga e sottile che si protende dal corpo cellulare e costituisce la linea di trasmissione dei segnali in uscita dal neurone.

- terminazioni sinaptiche, rigonfiamenti delle estremità ramificate degli assoni che hanno il compito di comunicare con altri neuroni, attraverso i neurotrasmettitori.

Potenziale di riposo e d'azione

Un neurone inattivo, mantiene sulle due faccie della membrana plasmatica una differenza di potenziale elettrico costante, definita come potenziale di riposo. questa è dovuta al fatto che nel citoplasma del neurone e nei liquidi extracellulari è diversa la concentrazione delle particelle dotate di carica elettrica(ioni). all'esterno si ha una carica positiva, all'interno una negativa.

La differenza di concentrazione di sodio e potassio è mantenuta da una proteina di membrana specializzata chiamata pompa sodio - potassio.

In un neurone non stimolato, soltanto gli ioni potassio possono attraversare la membrana sfruttando proteine specifiche chiamate canali del potassio, sono presenti anche canali del sodio, che restano rigorosamente chiusi.

A causa dell'atrazione tra cariche di segno opposto, man mano che gli ioni k+ migrano all'esterno si instaura una forza elettrica che tende a richiamarli all'interno, fino a quando si sarà raggiunto un equilibrio. a questo punto non vi è più un trasferimento di ioni potassio e l'interno della cellula si stabilizza su un potenziale di riposo negativo, che si basa sull'equilibrio tra differenze di concentrazioni chiamiche e differenze di potenziali elettrici.

Un potenziale d'azione consiste in un inversione improvvisa della carica elettrica, attraverso la membrana, determinata da un aumento localizzato e temporaneo della sua permeabilità al sodio; consente un rapido ingresso nella cellula di ioni sodio carichi positivamente, perciò la membrana inverte la propria polarità. i potenziali d'azione obbediscono al principio del "tutto o nulla", se il neurone non raggiunge il valore soglia, che innesca un potenziale d'azione, esso non si manifesta; se invece il valore soglia è raggiunto si manifesta un potenziale d'azione massimo.

Il trasporto attivo è operato da un gruppo di molecole della membrana plasmatica che nel loro insieme costituiscono la così detta pompa sodio-potassio. Queste proteine sfruttano l'energia fornita dall'ATP per pompare continuamente il potassio all'interno della cellula e il sodio all'esterno, mantenendo in equilibrio i livelli di concentrazione dei due ioni all'interno e all'esterno della membrana cellulare.

Gli assoni che devono condurre rapidamente i segnali, sono avvolti dalla guaina mielinica, che è interrotta a intervalli da strozzature dette nodi di Ranvier. la mielina viene prodotta dalle cellule di Schwann.

Trasmissione del segnale

Dopo che un potenziale d'azione si è propagato fino al terminale sinaptico di un neurone, il segnale, deve essere trasmesso a un'altra cellula. la sinapsi è formata dalle terminazioni sinaptiche di due neuroni contigui: neurone presinaptico e neurone postsinaptico e lo spazio che li separa è chiamato fessura sinaptica. il neurono presinaptico libera un neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. le molecole di neurotramettitore diffondono rapidamente attraverso la fessura sinaptica e si legano ai recettori. Il canale determina l'apertura di canali ionici specifici nella membrana del neurone postsinaptico e un conseguente flusso di ioni lungo i rispettivi gradienti di concentrazione. Il flusso degli ioni determina una breve e ridotta variazione della carica elettrica, detta potenziale postsinaptico.

I potenziali postsinaptici possono essere eccitatori o inibitori. i dendriti di un neurone possono ricevere potenziali sinaptici eccitatori e inibitori oltre ai neurotrasmettitori la cellula produce anche neuromodulatori che modificano le proprietà delle sinapsi.

Operazioni del sistema nervoso

Ogni sistema nervoso deve svolgere almeno quattro operazioni:

1) individuare il tipo di stimolo che proviene dall'esterno, riconoscendo quali sono i neuroni che di volta in volta sono coinvolti.

2) rilevare l'intensità di uno stimolo e trasmetterla; gli stimoli più intensi eccitano un maggior numero di questi neuroni, quelli priù deboli ne stimolano un numero ridotto;

3) integrare le informazioni provenienti da fonti diverse; l'integrazione e l'elaborazione in arrivo avvengono attraverso un processo di convergenza nel corso del quale i segnali trasportati da molte cellule nervose sono fatti confluire su pochi neuroni, detti associativi;

4) attuare risporse adeguate agli stimoli ricevuti; le azioni sotto il controllo dell'encefalo, possono coinvolgere molte parti del corpo e richiedono un processi di divergenza.

Comportamenti e riflessi

I comportamenti sono risposte per lo più controllate da vie neuromuscolari, costituite da quattro elementi:

1) neuroni sensoriali, sensibili a stimoli ambientali o esterni;

2) neuroni associativi o interneuroni, che prendono decisioni tenendo conto dei segnali ricevuti;

3) neuroni motori o motoneuroni, che ricevono ordini dai precedenti e attivano gli effettori;

4) effettori, che mettono in atto il comportamento su istruzione del sistema nervoso.

il tipo più semplice di comportamento è il riflesso, un movimento in risposta ad uno stimolo che può essere completamente o uasi inolontario. alla base di questi comportamenti vi è un circuito nervoso detto arco riflesso. dove si collegano direttamente ai motoneuroni senza che l'impulso sia reso coscente.

sistema nervoso centrale è composto dall'encefalo e dal midollo spinale;

sistema nervoso periferico che è formato da nervi efferenti o afferenti al sistema nervoso centrale.

È costituito dai nervi periferici che collegano l'encefalo e il midollo spinale al resto del corpo; essi contengono a loro volta gli assoni dei neuroni sensoriali.

La porzione motoria (costituita da motoneuroni, neuroni ch innervano i muscoli e ne stimolano la contrazione) del sistema nervoso periferico può essere suddivisa in due parti: il sistema nervoso somatico e il sistema nervoso autonomo.

I motoneuroni del sistema nervoso stabiliscono sinapsi con i muscoli scheletrici e controllano il movimento volontario; i motoneuroni del sistema nervoso autonomo controllano le risposte involontarie. il sistema nervoso sinaptico agisce sugli organi interni in modo da preparare l'organismo ad affrontare un'attività logorante e dispendiosa; il sistema nervoso parasimpatico è associato ad attivitàcaratteristiche dei momenti di ozio.

Protezione del sistema nervoso

Essi sono provvisti di una triplice protezione:

1) struttura ossea, cranio e colonna vertebrale;

2) le meningi; 3)liquido cerebrospinale.
È un cordone di assoni protetto dalla colonna vertebrale. Il midollo spinale ha lo spessore di un mignolo e si estende dalla base dell'encefalo al bacino, protetto dalle ossa della colonna vertebrale. Le radici dorsali, formate dagli assoni dei neuroni sensoriali e le radici ventrali, formate invece da assono dei motoneuroni.

I corpi cellulari dei neuroni, formano nel midollo spinale una zona centrale di sostanza grigia a forma di farfalla circondata da fasci di assoni che formano la sostanza bianca a causa della mielina di colore biancastro. il midollo spinale controlla la trasmissione dei segnali tra l'encefalo e il resto del corpo e contiene i circuiti neuronali che governano determinati comportamenti tra cui i riflessi.

Divisioni dell'encefalo

L'encefalo è formato da: rombencefalo, mesencefalo, prosencefalo. Queste tre divisioni hanno subito modificazioni significative. Alcuni si sono ridotti di dimensioni ed importanza, altre si sono notevolmente ingrandite( prosencefalo che contiene il cervello).
Il midollo allungato si può considerare un espansione del midollo spinale che contiene centri nervosi che regolano alcune delle funzioni della vita vegetativa, come il respiro, il ritmo cardiaco la pressione del sangue, la deglutizione. il cervelletto ha il compito fondamentale di coordinare i movimenti del corpo in base alle informazioni ricevute dai centri di comando nell'area celebrale, motrice primaria e dai sensori di posizione nei muscoli e nelle articolazioni.

Mesencefalo e prosencefalo

il mesencefalo. è ridottissimo nell'uomo ma contiene un importante centro di collegamento: la formazione reticolare. i neuroni di questa ricevono impulsi virtualmente da tutti gli organi di senso e dai distretti più appartati dell'organismo, "filtrandoli" prima di dirottarli alla corteccia cerebrale.

il prosencefalo. esso comprende il talamo il sistema limbico e il cervello: il talamo è una sorta di centrale di smistamento delle informazioni provenienti dai recettori sensoriali che vengono convogliate al cervello e al sistema limbico. nel talamo si ha una ridottissima attività di elaborazione delle informazioni. il sistema libico è costituito da un gruppo differenziato di strutture( ipotalamo, amigdala, ippocampo) disposte ad arco tra il talamo e il cervello.

Corteccia cerebrale e lobi

L'encefalo umano è in gran parte formato dal cervello, diviso in due emisferi cerebrali, che comunicano tra loro per mezzo di una larga striscia di fibre nervose: il corpo calloso. il sottile strato superficiale degli emisferi cerebrali è detto corteccia cerebrale, che è il più sofisticato centro di elaborzione dell'informazione che si conosca ed è anche l'area del cervello che i neurologi conoscono di meno. nella corteccia sono preponderanti i corpi cellulari dei neuroni che danno a questo strato esterno del cervello un colorito grigiastro. anatomicamente, la corteccia può essere suddivisa in 4 regioni chiamate lobi : frontale, parietale, occipitale, temporale.