Appunti di Neuroscienze

Neuroscienze

Sistema motorio

Insieme delle strutture cerebrali e dei circuiti che regolano i nostri movimenti, la funzione è quella di progettare i nostri movimenti e pianificarne l’esecuzione.

Il sistema motorio svolge 2 funzioni contemporanee:

• Pianificare, progettare e decidere i nostri movimenti
• Aggiustamenti posturali, per mantenere la giusta postura e la posizione che noi occupiamo nello spazio

La maggior parte delle informazioni che arrivano al nostro cervello termina sui neuroni che ci sono nel midollo spinale e nel tronco encefalico, il cui assone va a controllare i nostri muscoli, motoneuroni.

Tutto il nostro sistema motorio manda i comandi ai motoneuroni.

I muscoli sono formati da fibre muscolari, elemento contrattile, perché si possono accorciare e contrarre. In questo modo il muscolo diminuisce la sua dimensione, modificando la lunghezza delle fibre muscolari noi riusciamo ad eseguire i movimenti. Attraverso i tendini, strutture elastiche, vi è un collegamento tra ossa e muscoli.

La maggior parte dei nostri muscoli lavora a coppie, uno determina il movimento nella direzione opposta dell’altro, così posso muovere il muscolo nella direzione opposta. Il muscolo che determina il movimento in una determinata direzione è detto muscolo agonista. I muscoli antagonisti sono i muscoli che determinano il movimento nella direzione opposta e che non si stanno contraendo in quel momento.

Se si contraggono entrambi io non posso eseguire il movimento.

Se voglio eseguire il movimento nella direzione opposta il muscolo che era prima antagonista diventerà agonista e viceversa.

A seconda della loro localizzazione e funzione i muscoli possono essere classificati in 3 diverse famiglie:

• Muscoli distali, si trovano nella periferia del nostro corpo, quelli più lontani, determinano i movimenti più fini e sofisticati
• Muscoli prossimali, delle braccia e delle gambe
• Muscoli assiali, compongono torace e tronco

Tramite i muscoli prossimali e assiali, controlliamo la posizione del nostro corpo nello spazio, determiniamo l’equilibrio e la postura.

I movimenti che possiamo eseguire possono essere classificati in diverse famiglie:

• Movimenti riflessi = hanno lo scopo di proteggere il nostro corpo, quindi l’individuo, vengono tramandati geneticamente, non li impariamo, sono movimenti involontari. Per poter essere efficaci devono essere molto rapidi, perché devono proteggere l’organismo. Ogni movimento riflesso è innescato da uno stimolo altamente specifico.
• Movimenti ritmici = hanno caratteristiche intermedie tra movimenti riflessi e volontari. Quando iniziamo a camminare siamo noi a decidere quando iniziare il movimento e quando finirlo, l’inizio e la fine dei movimenti ritmici sono su base volontaria, ma una volta iniziato il movimento questo viene portato avanti come movimento riflesso, l’esecuzione del movimento avviene in maniera involontaria.
• Movimenti volontari = decidiamo di eseguirli con la nostra volontà, sono altamente finalizzati, hanno uno scopo molto specifico, che varia da movimento a movimento. Li abbiamo imparati, richiedono dei processi di apprendimento motorio e sono variabili a seconda delle nostre esperienze.

Il sistema motorio è formato da diverse strutture cerebrali, collegate da delle vie tra di loro:

1. Midollo spinale, rappresenta la sede principale dei neuroni che servono per eseguire i movimenti. Nel midollo spinale ci sono i motoneuroni spinali, su cui arrivano i comandi motori. Nel midollo spinale sono contenuti tanti circuiti dei movimenti riflessi. I motoneuroni sono raggiunti da delle vie, composte da assoni, che terminano sui motoneuroni spinali, e queste possono prendere origine dal tronco encefalico.
2. Tronco encefalico, è una delle principali strutture che serve per regolare l’equilibrio e la postura mantenimento della posizione del corpo nello spazio. Inoltre integra i comandi motori con le informazioni dell’ambiente in cui ci troviamo, perché se l’ambiente cambia, il movimento deve essere aggiornato.
3. Cortecce motorie, sono il sito principale dove noi pianifichiamo i nostri movimenti, soprattutto quelli volontari e l’inizio e la fine dei movimenti ritmici. Inoltre partecipano anche loro ai movimenti da associare al movimento volontario per aggiustare il nostro equilibrio e la postura. Le cortecce motorie sono la sede di deposito dei nostri movimenti volontari, dell’apprendimento motorio.

Il nostro è un sistema con un'organizzazione gerarchica e in parallelo, c’è una distribuzione di compiti, il midollo spinale che esegue gli ordini, il tronco encefalico che integra le informazioni e le cortecce motorie che decidono i movimenti.

Ci sono più vie che in parallelo portano informazioni al tronco encefalico e al midollo spinale, in questo modo le cortecce possono inviare più informazioni contemporaneamente.

Queste vie che scendono dalle cortecce motorie verso il midollo spinale e verso i nostri muscoli sono le vie discendenti o efferenti.

Esistono altre strutture che eseguono altri compiti:

• Cervelletto consente e impara nuovi movimenti, scambia continuamente informazioni con le cortecce motorie, è in grado di correggere i movimenti mentre li stiamo eseguendo in modo da renderli appropriati, quindi interagisce direttamente con il midollo spinale.
• Gangli della base nuclei che si trovano alla base del telencefalo, partecipano alla decisione su quali movimenti volontari vogliamo compiere, interagiscono solo con le cortecce motorie, si dedicano a decidere quali movimenti volontari vogliamo compiere in quel momento.

Midollo spinale

Si trova all’interno della colonna vertebrale ed è costituito da sostanza grigia all’interno e sostanza bianca all’esterno.

Nella parte ventrale ci sono i motoneuroni, nella parte dorsale ci sono i neuroni sensoriali.

I motoneuroni hanno l’assone che esce dal midollo spinale, sono ricoperti dalla guaina mielinica, quindi l’informazione viaggia velocemente, e raggiunge uno specifico muscolo, dove forma una sinapsi sulle fibre muscolari, sinapsi neuromuscolare.

Attraverso questa sinapsi noi possiamo contrarre quello specifico muscolo.

Un singolo motoneurone ha l’assone che si ramifica e quindi è in grado di far contrarre diversi muscoli.

L’insieme delle fibre muscolari contattate e innervate da un singolo motoneurone forma l’unità motoria. Noi possiamo controllare l’intensità del movimento attraverso il numero di fibre innervate, possiamo graduare e rendere estremamente preciso il nostro movimento.

Possiamo graduare la forza del movimento attraverso due meccanismi:

• Far funzionare di più o di meno quella specifica unità motoria, ovvero fare più potenziale d’azione, quindi varia il codice di frequenza
• Possiamo attivare le altre unità motorie che agiscono su quel muscolo, quindi aumentiamo il numero di unità motorie attivate, per sviluppare una forza maggiore, varia il codice di popolazione

Le unità motorie non sono tutte uguali, ce ne sono alcune più grandi e altre più piccole.

Nelle unità motorie grandi il motoneurone contatta un numero elevato di fibre muscolari. In quelle più piccole il motoneurone contatta un numero limitato di fibre.

Le unità motorie piccole ci consentono di eseguire i movimenti più precisi, fini e sofisticati. Le unità motorie grandi ci consentono di eseguire movimenti di intensità maggiore, ovvero di sviluppare una forza maggiore.

I motoneuroni che innervano i muscoli assiali e prossimali si trovano nella parte mediale del midollo spinale, mentre quelli che innervano i muscoli distali sono posti nella porzione laterale del nostro midollo spinale.

Sui motoneuroni spinali devono arrivare gli assoni che scendono dal tronco encefalico e dalle nostre cortecce, qui terminano le vie discendenti del nostro sistema motorio.

Queste vie discendenti terminano o a livello laterale o a livello mediale a seconda che si voglia controllare la postura e l’equilibrio o che si vogliano controllare i movimenti volontari.

Abbiamo quindi due diversi tipi di vie discendenti:

• Vie discendenti laterali, controllano i movimenti volontari, quindi i muscoli distali e terminano nella parte laterale del midollo spinale
• Vie discendenti mediali, controllano la postura e l’equilibrio, quindi i muscoli assiali e prossimali e terminano nella parte mediale del midollo spinale

I sistemi laterali e sistemi mediali prendono origine da parti diverse del nostro cervello, alcune vie prendono origine dal tronco encefalico, altre dalle nostre cortecce motorie, ma tutte terminano sui motoneuroni del midollo spinale.

Dal tronco encefalico prendono origine sia i sistemi laterali sia quelli mediali. Abbiamo un solo sistema laterale che prende origine dal tronco encefalico, in particolare dal nucleo rosso, questa via è chiamata via rubro-spinale, è una via recente ed è presente in tutti i mammiferi, serve a controllare i nostri movimenti volontari, ma nell’uomo ci sono tanti altri sistemi laterali che scendono direttamente dalle cortecce motorie.

Dal tronco encefalico prendono origine 3 vie mediali che scendono al midollo spinale e servono per controllare la postura e l’equilibrio:

1. Via reticolo-spinale
2. Via vestibolo-spinale
3. Via tetto-spinale

Le vie discendenti motorie più antiche che abbiamo conservato sono i sistemi mediali, che controllano l’equilibrio e la postura.

Dalle nostre cortecce motorie prendono origine dei sistemi laterali e altri mediali. La via che serve per controllare i movimenti volontari e che prende origine dalle cortecce motorie e scende fino al midollo spinale, si chiama cortico-spinale laterale.

Questa via c’è solo nei mammiferi e aumenta enormemente nei primati e nell’uomo.

Dalle nostre cortecce prende origine un’altra via, quella cortico-spinale ventrale/mediale, che serve per controllare l’equilibrio e la postura.

Le cortecce hanno degli assoni molto lunghi che scendono fino al midollo spinale, ma questi assoni hanno una diramazione che entra nel tronco encefalico e formano delle sinapsi per controllare le vie discendenti che prendono origine dal tronco encefalico.

Dalla corteccia di destra, la via discendente mediale scenderà al midollo spinale di destra e dalla corteccia di sinistra scenderà al midollo spinale di sinistra, i sistemi mediali sono diretti, ovvero scendono dalla stessa parte del corpo.

I sistemi laterali invece si incrociano, sono crociati, partono da una parte e terminano dalla parte opposta.

La funzione principale del midollo spinale è di controllare l’esecuzione di tutti i movimenti, attraverso i comandi che gli arrivano dalle vie discendenti.

Nel midollo spinale ci sono la maggior parte dei circuiti che consentono i movimenti riflessi, il midollo spinale si occupa di mettere in atto i movimenti riflessi.

Movimenti riflessi

1. Si attivano quando c’è un pericolo che può danneggiare il nostro organismo, il loro scopo è quello di proteggere l’organismo.
2. Sono altamente specifici, ovvero sono innescati da uno stimolo specifico che attiva un determinato movimento riflesso.
3. Sono estremamente rapidi nell’esecuzione del movimento.
4. Sono movimenti involontari.
5. Non li impariamo, sono innati.
6. Sono stereotipati, perché uno stimolo specifico innescherà sempre un movimento specifico.
7. La loro intensità dipende dall’intensità dello stimolo che lo attiva.

Questi circuiti devono essere molto rapidi, per cui non possono essere sofisticati. Il movimento prende origine da uno stimolo specifico, componente sensoriale, l’informazione sensoriale entra nel midollo spinale attraverso un neurone sensoriale che forma una sinapsi su un motoneurone, il quale innerva le fibre muscolari e farà contrarre il muscolo.

Nei movimenti riflessi il tutto prende origine dai recettori sensoriali, che rilevano lo stimolo e inviano l’informazione sensoriale al midollo spinale a livello dorsale.

Recettore + neurone sensoriale che entra nel midollo spinale = componente sensoriale.

Il neurone sensoriale forma una sinapsi su un motoneurone del midollo spinale, che serve per uscire e fare contrarre il muscolo = componente motoria.

Riflessi monosinaptici = riflessi in cui la componente sensoriale contatta direttamente il motoneurone, c’è una sola sinapsi.

Riflessi polisinaptici = i neuroni sensoriali vanno a formare una sinapsi sugli interneuroni, che si trovano dentro il midollo spinale, che a loro volta vanno a formare una sinapsi sul motoneurone, e così attivano il motoneurone. Ci sono degli interneuroni interposti tra la via sensoriale e quella motoria.

Tre esempi di movimenti riflessi:

• Riflesso miotatico serve per controllare la lunghezza dei nostri muscoli, ha lo scopo di impedire che i muscoli si allunghino eccessivamente, per evitare che le fibre si strappino, ha una funzione protettiva. Un recettore sensoriale deve misurare continuamente le variazioni di lunghezza delle fibre muscolari, si trova dentro di esse e misura la loro lunghezza, si chiama fuso neuromuscolare. Questo recettore interviene se si sta allungando eccessivamente il muscolo. Il recettore rileva continuamente la lunghezza dei muscoli e manda l’informazione al nostro cervello, grazie a questa informazione noi sappiamo come è messo il nostro corpo nello spazio, anche ad occhi chiusi, propriocezione, percezione del corpo nello spazio, senza aver bisogno del sistema visivo. I propriocettori sono i recettori che consentono al nostro corpo di conoscere la propria posizione nello spazio.

Fuso neuromuscolare = rileva la variazioni di lunghezza, si trova dentro i nostri muscoli, è formato da una membrana esterna che lo protegge e ha una forma affusolata, dentro alla membrana ci sono altre fibre muscolari avvolte dalle terminazioni degli assoni dei neuroni sensoriali. La fibra muscolare si allunga e questo stiramento meccanico provoca uno stiramento del nostro assone che la avvolge, il fuso si allunga, e dentro l’assone ci sono dei recettori che quando vengono stirati si attivano, facendo passare degli ioni in particolare il sodio. Facendo entrare il sodio, si formano le correnti elettriche che rilevano le variazioni delle lunghezze. Il recettore così può rilevare le diverse lunghezze della fibra muscolare, per poter svolgere questa funzione il fuso neuromuscolare è posto in parallelo con le fibre muscolari. Il nostro cervello tramite questi recettori riesce a conoscere la posizione del nostro corpo nello spazio.

Dal fuso le informazioni entrano a livello dorsale del midollo spinale, componente sensoriale, il neurone sensoriale entrando dentro al midollo si ramifica:

• Una parte sale verso il nostro cervello e porta l’informazione sulla posizione dei nostri muscoli e ci consente di conoscere la posizione del nostro corpo nello spazio
• La seconda parte prende contatto direttamente con il motoneurone

Se stiamo stirando eccessivamente il muscolo, per evitare che si danneggino le fibre muscolari, si attiva il riflesso miotatico. Questo riflesso fa sì che ad un eccessivo stiramento dei muscoli il fuso intervenga per far contrarre il muscolo che si sta allungando troppo, per proteggerlo. Il neurone sensoriale quindi forma un contatto diretto con il motoneurone del muscolo che si sta stirando, in questo modo lo attiva e fa contrarre il muscolo.

C’è una sinapsi diretta tra neurone sensoriale e motoneurone, riflesso monosinaptico.

Questo riflesso ha un’altra funzione, perché noi siamo tirati verso la terra dalla forza di gravità e questo riflesso ci consente di mantenere l’equilibrio e la postura e di contrastare la forza di gravità, ci consente di contrarre in parte i nostri muscoli per regolare la posizione del nostro corpo nello spazio.

La maggior parte dei nostri muscoli lavora a coppie, quando facciamo contrarre un certo muscolo, l’altro muscolo si allunga, antagonisti e agonisti. Facciamo contrarre il muscolo agonista e dobbiamo quindi impedire la contrazione del muscolo antagonista, perché altrimenti non avremo nessun movimento, questa funzione viene svolta dal riflesso miotatico. Il neurone sensoriale entrando dentro forma una sinapsi con un motoneurone che va a far contrarre il muscolo, ma contemporaneamente forma una sinapsi con un interneurone che va ad inibire il motoneurone del muscolo antagonista.

Il neurone sensoriale quindi svolge 2 funzioni:

• Eccita il motoneurone che fa contrarre il muscolo agonista
• Eccita l’interneurone inibitorio che inibisce la contrazione del muscolo antagonista

Le fibre elastiche si allungano e si accorciano in base alla forza a cui sono sottoposti.

• Riflesso miotatico inverso. All’interno della famiglia dei propriocettori, c’è un recettore che rileva la forza della contrazione dei nostri muscoli, l’organo tendineo del Golgi. Controlla la forza della contrazione, ad una forza eccessiva interviene il fuso neuromuscolare che quando rileva una forza eccessiva impedisce che quel muscolo si contragga ulteriormente.

Organo tendineo del Golgi = si trova all’interno dei tendini, deve rilevare la forza di contrazione dei muscoli. I tendini sono formati da fibre elastiche avvolte dalle terminazioni degli assoni, i tendini si stirano, si aprono i canali per il sodio e si forma la corrente elettrica che ci consente di controllare la forza. Quando l’organo tendineo del Golgi rileva una forza eccessiva, il neurone sensoriale attiva un interneurone inibitorio che inibisce il motoneurone che sta facendo contrarre il muscolo.

• Riflesso flessorio si attiva quando si prova dolore, la sua funzione è quella di proteggere la parte del corpo che è sottoposta ad uno stimolo doloroso. La risposta più immediata è quella di allontanare la parte del corpo che è sottoposta allo stimolo