Appunti completi per esame di Psicobiologia

Psicobiologia 15.02.2021

La psicobiologia è una branca delle neuroscienze comportamentali che studia la base biologica del comportamento. Lo scopo primario è comprendere la relazione tra cervello e comportamento inteso non solo come comportamento motorio ma come tutto ciò che l'individuo è, il fenotipo, le emozioni, la motivazione ed anche tutti i processi interiori che ci caratterizzano come esseri viventi: apprendimento, percezione, memoria e così via. La psicobiologia è una disciplina integrata che fa ricorso ad informazioni provenienti da discipline diverse interconnesse che forniscono informazioni diverse ma complementari con l'obiettivo unico delle neuroscienze di comprendere come funziona il cervello.

La ricerca scientifica

• Può coinvolgere specie diverse (uomo o animale).
• Può essere condotta in forma di sperimentazione formale (impiegata per individuare relazioni di causa-effetto, ad esempio testare il ruolo che la corteccia prefrontale (variabile indipendente) ha per un comportamento della memoria di lavoro (variabile dipendente)), di studio quasi sperimentale (nei casi in cui non è possibile manipolare in modo diretto la variabile indipendente. Se volessi studiare il ruolo dell'adozione nello sviluppo emotivo del bambino, non potrei manipolare la mia variabile indipendente (adozione)), o di studio sul singolo caso (che è un’ottima fonte di ipotesi testabili ma i risultati sono appunto limitati al singolo caso e non generalizzabili).
• Può essere pura (di base) o applicata: la ricerca pura è motivata alla comprensione di circuiti cerebrali e processi molecolari coinvolti in un meccanismo, in un’abilità. La ricerca applicata è intesa ad apportare benefici diretti all’uomo, spesso sulla base di informazioni ottenute dalla ricerca di base. Il ricercatore di base capisce quali circuiti cerebrali determinano un’alterazione dell’umore tipica della depressione, poi interviene la ricerca applicata che utilizza le informazioni ottenute dalla ricerca di base ad esempio per sintetizzare nuovi antidepressivi con l’obiettivo di ridurre la depressione nell’uomo. Questo significa che molte volte la ricerca di base o pura diventa oggetto di ricerca traslazionale che sarebbe il ponte tra la ricerca pura e quella applicata. La ricerca traslazionale trasla l’informazione ottenuta sull’animale, all’uomo.

Psicobiologia 17.02.2021

Sistema nervoso – struttura e funzioni

Il SN rappresenta un computer di bordo che oltre a svolgere funzioni essenziali per processi complessi come memoria e apprendimento, interviene con meccanismi automatici indipendenti dalla nostra volontà nel controllo delle funzioni vitali, indispensabili per la sopravvivenza come la respirazione ed il battito cardiaco.

Il ruolo del sistema nervoso è quello di:

• Monitorare ambiente interno ed esterno.
• Elaborare le informazioni che vi arrivano.
• Integrarle per permetterci l’organizzazione di una risposta o di un comportamento, per rispondere ad uno stimolo esterno o per mantenere un’omeostasi (equilibrio, mantenimento di una condizione stabile che permette il normale funzionamento del sistema).

Il SN si suddivide in SNC e SNP. Il SNP è diviso in autonomo e somatico che svolgono funzioni diverse, quello autonomo è ancora divisibile in simpatico (ortosimpatico) e parasimpatico. Quello somatico è divisibile in sensoriale - afferente e motorio - efferente.

• Afferente: riceve le informazioni dalla periferia al centro, sono quindi le informazioni sensoriali che partono dall’organo di senso (esempio occhio) e vengono elaborate centralmente dal SNC.
• Efferente: invia le informazioni dal centro (SNC) alla periferia, ad esempio il muscolo, infatti il comando motorio è efferente.

Coordinate anatomiche

Per poter localizzare una struttura abbiamo bisogno di termini anatomici che ci guidino all’interno del SN chiamate coordinate anatomiche:

• Anteriore (o rostrale verso la bocca).
• Posteriore (o caudale per il topo verso la coda, per l’uomo verso il cervelletto).
• Dorsale (nel topo verso il dorso, nell’uomo verso la parte superiore della testa).
• Ventrale (nel topo verso il ventre, nell’uomo verso la parte inferiore quindi il mento).
• Mediale (verso il centro del corpo).
• Laterale (verso il lato del corpo).
• Ipsilaterale (localizzato nello stesso lato del corpo).
• Controlaterale (localizzato nel lato opposto del corpo).

Nel SN dei vertebrati gli orientamenti delle varie strutture vengono descritti in relazione all’orientamento del midollo spinale. Nell’uomo questo sistema a 3 assi è modificato a causa di variazioni nell’orientamento degli emisferi cerebrali in relazione all’orientamento della colonna vertebrale.

Piani di sezione

Possiamo dividere il SN secondo 3 piani, immaginando 4 sezioni:

• Frontale (o coronale) ovvero una sezione perpendicolare al suolo, immaginando di poggiare l’encefalo su un piano.
• Orizzontale ottenuta mediante un taglio parallelo al suolo.
• Sagittale ottenuta mediante un taglio perpendicolare rispetto al suolo, con la differenza da quello frontale che il taglio passa per il centro del cervello ed è compreso tra i due emisferi (la linea mediale del cervello).
• Trasversale eseguita in maniera perpendicolare rispetto ad una struttura stretta e lunga come è il midollo spinale.

Insieme alle coordinate anatomiche permettono di localizzare un’area e orientarsi nel SN.

Il sistema nervoso centrale

Il SNC è la porzione di SN contenuto nella scatola cranica e nella colonna vertebrale. È costituito dall’encefalo e dal midollo spinale (che può essere considerato il prolungamento dell’encefalo). È la sede dell’assunzione, dell’elaborazione e trasmissione delle informazioni.

Meccanismi di protezione

Il SNC è essenziale per la sopravvivenza ed è molto delicato, quindi è protetto da:

• Ossa (scatola cranica che protegge l’encefalo e colonna vertebrale che protegge il midollo spinale).
• Membrana.
• Fluido cerebrospinale.
• Barriera ematoencefalica.

Le meningi (membrane)

Il SNC è rivestito da 3 strati chiamati meningi che dall’esterno all’interno sono:

• Dura madre: più esterna, più spessa, flessibile ma non allungabile.
• Membrana aracnoidea: intermedia, strato soffice e spugnoso posto sotto la dura madre.
• Pia madre: più interna contiene uno strato di vasi sanguigni cerebrali e del midollo spinale.

Tra la membrana aracnoide e la pia madre c’è uno spazio chiamato spazio subaracnoideo che contiene un liquido detto liquor cerebrospinale (LCS o fluido cerebrospinale) che svolge funzioni estremamente importanti e rappresenta un altro dei meccanismi di protezione del SNC.

Liquor cerebrospinale

Il LCS riempie lo spazio subaracnoideo, il canale centrale del midollo ed i ventricoli dell’encefalo. Il canale centrale è un piccolo canale che decorre centralmente per l’intera lunghezza del midollo. I ventricoli cerebrali sono 4 ampie camere interne all’encefalo comunicanti, i cui 2 più grandi sono quelli laterali (primo e secondo) connessi al terzo ventricolo nella linea mediana del cervello e che è connesso al quarto ventricolo dall’acquedotto cerebrale (o di Silvio).

Il LCS è prodotto da uno speciale tessuto altamente vascolarizzato chiamato plesso coroideo (rete di capillari o piccoli vasi sanguigni che sporgono dalla Pia madre nei ventricoli). Dai ventricoli laterali il LCS defluisce al terzo ventricolo, dal terzo raggiunge il quarto passando per l’acquedotto cerebrale o di Silvio e poi al canale centrale del midollo spinale. Attraverso piccoli fori viene poi immesso nello spazio subaracnoideo e riassorbito in strutture specializzate chiamate seni durali che decorrono nello spessore della dura madre. In questo modo circola intorno a tutto il SNC. Se il flusso è ostruito ad esempio nel caso di un tumore a livello cerebrale o a causa di una malformazione, la continua produzione di LCS che non può defluire provoca un’elevata pressione nei ventricoli che aumentano di volume creando una situazione nota come idrocefalo ostruttivo.

Al LCS sono attribuite 2 funzioni principali:

• Ammortizzatore: oltre che da sostegno, riducendo traumi.
• Contribuire a mantenere l’omeostasi fornendo nutrienti ed allontanando i prodotti di rifiuto.

La barriera emato-encefalica

Mantiene l’equilibrio chimico-fisico del SNC costituendo un ambiente stabile e idoneo al suo funzionamento perché deve essere protetto da variazioni del suo ambiente ionico, e da molecole potenzialmente tossiche presenti nel sangue. La barriera ematoencefalica è costituita dalle cellule endoteliali dei capillari coese tra loro tramite giunzioni serrate, e dagli astrociti che le circondano rafforzando la barriera protettiva.

Si tratta di una membrana selettiva: alcuni nutrienti (es. glucosio) e alcuni aminoacidi essenziali attraversano facilmente la barriera, altre sostanze attraversano difficilmente o per nulla la barriera. L’alcol, la nicotina, le anfetamine sono sostanze che attraversano la barriera emato-encefalica perché sono idrosolubili e di piccole dimensioni ed agiscono sul cervello. Le sostanze che non attraversano la barriera non possono produrre conseguenze sul comportamento.

Alcune sostanze attraversano la barriera attraverso vari meccanismi:

• Diffusione passiva (acqua, ossigeno e sostanze liposolubili come etanolo, nicotina e caffeina), quindi senza utilizzo di ATP quindi di energia.
• Oppure attraverso meccanismi attivi come il trasporto mediato da trasportatori per quanto riguarda le sostanze di cui il SNC necessita (glucosio ed alcuni aa), che utilizzano proteine di trasporto chiamate carrier.
• Trasporto mediato da recettori.

Quindi la barriera emato-encefalica è un’unità morfo-funzionale che regola in modo selettivo gli scambi tra sangue e SNC e mantiene la delicata omeostasi chimico-fisica del SNC.

Encefalo

È composto da una grande massa di neuroni, glia ed altre cellule di sostegno. È protetto dalla scatola cranica. Galleggia nel liquido cerebro-spinale. È continuamente vascolarizzato dal sistema sanguigno. L’encefalo ed il cervello non sono la stessa cosa anatomicamente perché l’encefalo è costituito da cervello, dal tronco encefalico e dal cervelletto quindi il cervello è una parte dell’encefalo.

Il proencefalo, il mesencefalo ed il rombencefalo sono le tre grandi suddivisioni dell’encefalo. Queste sono inizialmente tre grandi vescicole interconnesse che, man mano che lo sviluppo prenatale procede, vanno incontro a ulteriori suddivisioni. Il proencefalo si divide in telencefalo e diencefalo, il mesencefalo resta tale, mentre il rombencefalo viene diviso in metencefalo e mielencefalo.

Midollo spinale

È una delle grandi suddivisioni del sistema nervoso centrale. Si estende caudalmente all’encefalo. È una lunga struttura conica che distribuisce le fibre motorie agli organi effettori (muscoli e ghiandole) e trasmette le informazioni sensoriali all’encefalo. È protetto dalla colonna vertebrale che è composta da 24 vertebre divise in varie regioni (cervicale, lombare, toracica, sacrale e coccigea) e passa attraverso un foro presente in ogni vertebra. Anche il midollo spinale è composto da sostanza bianca e grigia, ma poste in senso opposto rispetto alla corteccia cerebrale: la bianca si trova all’esterno (rappresenta i fasci di assoni mielinici); la sostanza grigia si trova nella parte interna (costituita da corpi cellulari e assoni corti senza mielina). Il midollo comunica con il corpo attraverso i nervi spinali. Fasci di fibre fuoriescono dal midollo da entrambi i lati costituendo le radici dorsali e ventrali che poi si uniscono a formare i nervi spinali e servono a trasportare le info efferenti motorie agli organi bersaglio e a trasportare l’informazione afferente sensoriale da periferia del corpo a centro.

Prosencefalo

È la parte più rostrale delle tre principali divisioni del cervello e nei mammiferi va incontro ad uno sviluppo enorme rispetto alle altre zone. Comprende il telencefalo che avvolge i ventricoli laterali ed occupa l’80% del volume dell’encefalo umano, e dal diencefalo che avvolge il terzo ventricolo e costituisce talamo e ipotalamo.

Diencefalo - Talamo

Il talamo è formato da 2 lobi, uniti tra loro da un fascio di fibre chiamate massa intermedia. Si sviluppa attorno al terzo ventricolo. Distribuisce e regola la maggior parte del flusso di informazione da e alla corteccia.

Le informazioni sensoriali partono dalla periferia, passano per strutture intermedie e arrivano al talamo che smista le varie parti dell’informazione nelle aree diverse della corteccia, ma anche all’inverso, il messaggio parte dalla corteccia e il talamo invia il messaggio alle diverse aree della periferia.

È diviso in nuclei diversi: sensoriali, motori e reticolari.

• I nuclei sensoriali proiettano alla corteccia informazioni sensoriali provenienti dalla periferia.
• I nuclei motori trasmettono informazioni motorie provenienti da cervelletto, gangli della base e aree corticali motorie, fino ad arrivare agli organi effettori.
• Gli altri nuclei (reticolari), proiettano diffusamente a tutta la corteccia e sono implicati nei ritmi sonno-veglia e nella vigilanza.

Diencefalo - Ipotalamo

L’ipotalamo, situato sotto al talamo, alla base del cervello è un’area di piccole dimensioni che contiene nuclei e fibre. L’ipotalamo può essere suddiviso in 3 zone: laterale, mediale e periventricolare.

• Laterale e mediale: La zona laterale e quella mediale possiedono connessioni con il tronco encefalico e con il telencefalo e regolano numerosi comportamenti tra cui quello alimentare.
• Periventricolare: (chiamata così perché posta a fianco della parete del 3º ventricolo): controlla il rilascio di ormoni da parte dell’ipofisi, controlla l’attività del SN Autonomo e contiene un gruppo di cellule (il nucleo soprachiasmatico) implicate nella regolazione dei ritmi circadiani e del ciclo luce-buio.

Ha inoltre un ruolo essenziale nella regolazione di comportamenti motivati ed è implicato in tutti quei comportamenti relativi alla sopravvivenza: combattimento, alimentazione, fuga, attacco, risposta da stress (ipotalamo-ipofisi-reni), accoppiamento, temperatura, equilibrio idrico e bilancio energetico garantendo sempre l’omeostasi. Tutto questo è possibile grazie all’integrazione di 3 risposte:

• Risposta endocrina: I neuroni ipotalamici rispondono agli stimoli aumentando o riducendo il rilascio di ormoni ipofisari.
• Risposta autonoma: I neuroni ipotalamici rispondono agli stimoli regolando l’attività del SN simpatico e parasimpatico.
• Risposta motoria somatica: I neuroni ipotalamici rispondono agli stimoli attivando una risposta comportamentale motoria.

Telencefalo (corteccia, gangli della base, nucleus accumbens, sistema limbico)

Il telencefalo è l’area che si sviluppa intorno ai ventricoli laterali. È responsabile delle funzioni più complesse, media i movimenti volontari, interpreta le informazioni (input) sensoriali e si occupa di processi cognitivi complessi come memoria, apprendimento e linguaggio (tutte le funzioni di ordine superiore).

Quando si parla di telencefalo si fa riferimento ai due emisferi cerebrali, quello destro e quello sinistro che comunicano tra loro attraverso fasci di fibre chiamati commessure cerebrali. Il più grande fascio di fibre è costituito dal corpo calloso, un grande fascio di assoni che connette parti corrispondenti dei 2 emisferi.

Ciascun emisfero è diviso in 4 lobi:

• Lobo frontale: media il comportamento motorio. La parte più rostrale del lobo frontale è costituita dalla corteccia prefrontale, coinvolta nella progettazione delle azioni, nell’ideazione, responsabile dei processi cognitivi più complessi, come la capacità di valutare la conseguenza delle proprie azioni. Una disfunzione a carico della corteccia prefrontale può costare numerose psicopatologie, come depressione, deficit da iperattività, tossicodipendenza o schizofrenia.
• Lobo parietale: è implicato nel sistema somato-sensoriale, ovvero si occupa di come le informazioni provenienti dalla pelle vengono elaborate nel sistema nervoso centrale, è implicato nella sensibilità tattile e nella percezione della posizione degli oggetti e del corpo nello spazio.
• Lobo temporale: è coinvolto nell’elaborazione delle emozioni, nel linguaggio, nei processi di memoria, comprende la corteccia uditiva.
• Lobo occipitale: è la parte più caudale ed in esso è situata la corteccia visiva.

Ogni emisfero è coperto dalla corteccia cerebrale, quindi il telencefalo andrà a formare tre grandi aree: la corteccia cerebrale, i gangli della base e il sistema limbico.

Telencefalo - La corteccia cerebrale

Le funzioni superiori dell’encefalo sono realizzate dalla corteccia cerebrale; coinvolgono interazioni complesse tra aree diverse della corteccia e tra la corteccia e le altre aree del cervello; comprendono l’analisi delle informazioni coscienti, memoria, funzioni esecutive...

La corteccia cerebrale è caratterizzata da numerosi ripiegamenti che danno vita a:

• Scissure: pieghe profonde.
• Solchi: pieghe più piccole.
• Giri: rilievi tra scissure e solchi.

Quindi la corteccia ha un aspetto di una superficie non liscia perché è andata incontro ad una particolare evoluzione per estendersi proprio per le sue numerose funzioni complesse che necessitano di uno spazio sempre più vasto.

La scissura centrale separa il lobo frontale dal lobo parietale. La scissura laterale separa il lobo frontale dal lobo temporale.

La corteccia cerebrale è costituita da cellule gliali, corpi cellulari, assoni e dendriti dei neuroni che si connettono tra loro.