Riassunto esame Neuroscienze, Prof. Coco Mariella, libro consigliato Esplorando il cervello, Alessandro Angril etc

Fisiologia e anatomia

Fisiologia “conoscenza della natura”, è lo studio del normale → funzionamento dell’organismo vivente e delle parti che lo compongono, inclusi tutti i processi chimici e fisici.

Anatomia: studio della struttura → il principio chiave delle neuroscienze attuale è dato dalla consapevolezza che molteplici funzioni cognitive e fisiologiche siano sottese da regioni specializzate dal cervello.

Il cervello (hardware) è costituito dai neuroni e dalle loro connessioni, dette sinapsi, che formano dei circuiti che potremmo paragonare a cavi elettrici; la mente (software), o attività mentale, è costituita da pensieri, ragionamenti, memoria, volontà, intuizione, sensazione, che corrono lungo il cervello.

Fin dall’antichità la mente veniva spesso associata al concetto di anima. Il cuore era l’organo considerato il più importante. Il cervello era trattato con più indifferenza.

Fu Ippocrate (460) ad affermare che la sede di tutto non era il cuore ma il cervello.

Nel XIX e XX secolo nasce la fenologia, la localizzazione delle funzioni del cervello, da Gall (considerato il padre della frenologia).

Paul Broca localizza le aree del cervello preposte al linguaggio e combatte contro coloro che credevano che le funzioni fossero diffuse nel cervello.

L’homunculus è la rappresentazione motoria e sensitiva che abbiamo nel nostro encefalo (mani e bocca sono le parti più utilizzate per conoscere, infatti i bambini mettono tutto in bocca).

Mappatura di Broadmann: egli divide la corteccia in 52 zone. Distinse la sostanza bianca e sostanza grigia.

Ricerca universitaria e scienza

La ricerca universitaria fin dalle origini dell’umanità l’interesse a → conoscere sé stessi e l’ambiente circostante ha fatto nascere un corpo di conoscenze che è divenuto scienza. La ricerca scientifica e tecnologica è un’attività connaturata all’uomo se solo si pensa che l’uomo primitivo ha svolto un’intensa attività di ricerca, studiando astri, selezionando specie vegetali e animali, scoperto segreti delle tecniche di coltivazione, imparando a lavorare i metalli, ceramiche, adottare tecniche sofisticate edili e navali.

La scienza necessita della verificabilità e della riproducibilità dell’informazione. Le opinioni personali possono essere rispettabili, ma non hanno attendibilità scientifica. È importante specificare quali strumenti vengono utilizzati.

Distinzione tra fine (conoscenza) e mezzo (limite, ciò l’uso se ne fa).

Nitroglicerina: la spinse il desiderio di aiutare i minatori, per ridurre lo stress fisico. Il suo potenziale detonante l’ha resa però una presenza costante nella guerra e i conflitti armati del 900. La nitroglicerina è il caso più eclatante di come un’invenzione realizzata per favorire il progresso civile sia poi stata usata per arrestarlo.

Tipi di ricerca

Esistono due tipi di ricerca:

• Ricerca di base → ha come obiettivo primario l’avanzamento della conoscenza e la comprensione di determinati processi. È esplorativa e può essere indotta dalla curiosità, interesse e intuito del ricercatore. Viene condotta senza uno scopo pratico anche se i risultati possono avere ricadute inaspettate.
• Ricerca applicata → ha lo scopo di trovare soluzioni pratiche e specifiche. Il suo obiettivo è lo sfruttamento della conoscenza teorica già acquisita a fini pratici, e dunque per lo sviluppo in ambito tecnico della relativa tecnologia. È di tipo descrittivo e basata su precedenti ricerche di base.

Plasticità cerebrale e neuroplasticità

William James, padre della psicologia sperimentale, fu il primo a introdurre il concetto di plasticità del cervello (1890), definendo quest’ultimo come una struttura sufficientemente malleabile per poter essere influenzata. Il termine plasticità deriva dal latino Plasticus che significa modellare, plasmare.

La neuroplasticità include qualunque processo che comporti cambiamenti nella struttura, nei circuiti, nella composizione chimica e nelle funzioni del cervello, in risposta a cambiamenti dell’ambiente. È una proprietà del cervello che consiste nel poter attribuire nuovi ruoli e funzioni ad aree e circuiti neurali.

David Eagleman compara il cervello al funzionamento di un paese, in cui troviamo stabilimenti per la produzione di cibo, linee di telecomunicazioni, imprese che forniscono materie prime.

Sistema nervoso

Organi e funzioni

Il sistema nervoso è costituito da una serie di organi che servono a:

• Percepire gli impulsi (informazioni) che vengono dal mondo esterno.
• Elaborare le informazioni.
• Trasmettere gli impulsi (informazioni) che vengono dal nostro organismo.

Il sistema nervoso si compone di una parte centrale, formata dallo encefalo e dal midollo spinale, che prende il nome di Sistema Nervoso Centrale (SNC) o nevrasse, e di una parte periferica rappresentata dai nervi.

I nervi che trasportano le informazioni verso il SNC vengono chiamati afferenti o sensitivi, mentre quelli che trasportano gli impulsi dal SNC verso la periferia sono chiamati efferenti o motori.

I recettori sensoriali distribuiti su tutto il corpo controllano costantemente le condizioni degli ambienti interno ed esterno. Tali recettori mandano informazioni al SNC tramite i neuroni afferenti. I neuroni del SNC integrano le informazioni che arrivano dalle branche afferenti del SNP e stabiliscono se è necessaria una risposta.

Qualora sia necessario, il SNC manda segnali in uscita che indirizzano una risposta appropriata. Tale risposta viaggia attraverso neuroni efferenti fino a raggiungere il suo bersaglio, nella maggior parte dei casi muscoli o ghiandole.

I neuroni efferenti si suddividono in sezione motoria somatica, che controlla i muscoli scheletrici, e sezione autonomica o autonoma, che controlla muscolatura liscia e miocardia, ghiandole esocrine e parte di quelle endocrine, e alcuni tipi di tessuto adiposo.

La sezione autonomica o autonoma del SNP viene chiamata anche sistema nervoso viscerale perché controlla contrazione e secrezione nei vari organi interni.

Encefalo, cervelletto e midollo spinale

L’encefalo (dal greco “dentro la testa”) è quella componente del nevrasse completamente contenuta nella scatola cranica. È racchiuso e protetto dalla scatola cranica, avvolto dalle meningi che attutiscono gli urti, le scosse e i movimenti del cervello. Assieme al midollo spinale, contenuto nella colonna vertebrale, costituisce il sistema nervoso centrale (SNC).

La definizione delle varie componenti dell’encefalo varia a seconda del criterio usato. Dal punto di vista anatomico, l’encefalo è costituito dal prosencefalo (o cervello), dal tronco encefalico (mesencefalo, ponte e bulbo) e dal cervelletto.

Il cervelletto è nella nuca (parte posteriore della testa) e serve, principalmente, per controllare il sistema motorio.

Il midollo allungato unisce l’encefalo al midollo spinale. Vi decorrono gli assoni lunghi che arrivano al midollo e che comandano i movimenti. Partono i nervi cranici. Contiene nuclei vitali.

Il midollo spinale è il punto di contatto tra sistema nervoso centrale e sistema nervoso periferico.

• Riceve i nervi periferici che trasportano le sensazioni.
• Riceve gli assoni dei neuroni corticali con i comandi motori – invia i suoi assoni in periferia a costituire i nervi periferici.

Sistema nervoso centrale

Il sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) è una massa gelatinosa avvolta da 3 membrane connettivali (meningi) e protetta da strutture ossee (cranio, canale vertebrale). È un complesso tessuto specializzato, dal peso di circa 1,5 kg, composto da oltre 160 miliardi di cellule, delle quali la metà neuroni, che scambiano impulsi alla velocità di 400 km all’ora e che assorbe il 20% dell’ossigeno del nostro organismo.

• Nell’encefalo è possibile differenziare sostanza grigia (corteccia, nuclei profondi) e sostanza bianca (corpo calloso, capsula interna).
• I nuclei profondi sono il nucleo caudato, lenticolare, subtalamico, la substantia nigra, il talamo, l’amigdala, ecc.

Nel midollo spinale la sostanza grigia occupa la porzione centrale, assumendo un caratteristico aspetto a farfalla, mentre la sostanza bianca occupa la porzione periferica.

Corteccia cerebrale

La parte più importante del cervello, per quanto riguarda gli esseri umani, è quella che si è evoluta più di recente: la corteccia cerebrale.

Mentre in molti mammiferi la corteccia cerebrale risulta piuttosto piccola e primitiva, negli esseri umani essa è molto sviluppata. La sua profondità è di pochi millimetri (in media 3, con un angolo che varia da 15 a 4,5 mm), ma essa si estende su un’area di circa 2500 cm².

Per poter essere contenuta nel cranio, la corteccia ha dato luogo a numerose circonvoluzioni che costituiscono una delle più importanti differenze tra cervello umano e quello degli altri mammiferi.

Oltre al risparmio di spazio, un ulteriore vantaggio derivante dall’avere la corteccia fortemente convoluta è costituito dal fatto che i neuroni si trovano ad essere tridimensionalmente più vicini fra loro, e dunque possono avere assoni più corti e tempi di trasmissione degli impulsi più brevi. Questo permette agli assoni che connettono zone distanti della corteccia di “passare sotto” la corteccia stessa, senza seguire le pieghe della superficie.

Dal punto di vista anatomico, sulla corteccia sono distinguibili degli avvallamenti (detti fissure o solchi), che delimitano con il loro andamento i giri. Le fissure sono dei solchi particolarmente profondi.

La corteccia è suddivisa in due emisferi simmetrici. I due emisferi sono separati in senso longitudinale dalla fissura longitudinale o fissura interemisferica.

• Il lobo frontale è separato da quello parietale dal solco centrale (o fissura di Rolando).
• La fissura laterale (o fissura di Silvio) separa il lobo temporale da quello frontale e parietale.
• Il lobo occipitale è delimitato dal solco parieto-occipitale.

I lobi sono deputati all’esecuzione di funzioni diverse.

I due emisferi sono connessi da fasci di assoni provenienti dai neuroni corticali che attraversano il corpo calloso. Una delle caratteristiche anatomicamente più interessanti è costituita dal fatto che ogni parte del corpo tende ad essere connessa con l’emisfero controlaterale: la parte destra del corpo tende a essere connessa con l’emisfero sinistro, mentre la parte sinistra tende a essere connessa con l’emisfero destro.

Lobo frontale

Il lobo frontale svolge un ruolo critico nella pianificazione e nell’esecuzione delle azioni. Questo lobo può essere suddiviso in due grandi suddivisioni: la corteccia motoria e la corteccia prefrontale.

La corteccia prefrontale risulta anche critica nel dare vita a rapporti sociali e soddisfacenti. Individui con danni alla corteccia prefrontale risultano facilmente distraibili e si comportano in maniera socialmente inadeguata, agendo come se non si rendessero conto di essere valutati dagli altri. Phineas Gage è forse il più famoso paziente con danni prefrontali.

La corteccia motoria si trova in posizione immediatamente anteriore al solco centrale (area 4 di Broadmann). Quest’area costituisce l’area motoria primaria. I neuroni di quest’area proiettano direttamente nel midollo spinale per muovere i muscoli (controlaterali) del corpo. Anteriormente a quest’area troviamo altre due aree motorie (all’interno dell’area 6) che sono responsabili per l’esecuzione di movimenti complessi.

Anche la corteccia prefrontale può venire suddivisa in aree distinte:

• Corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC) svolge un ruolo importante nella memoria di lavoro (e anche in altri processi).
• Corteccia prefrontale ventromediale (VMPFC) si estende fino alle strutture limbiche, entra in gioco nella memoria a lunga durata (e in altri processi).

Lobo parietale, temporale e occipitale

Il lobo parietale è quello dedicato al tatto e permette di percepire relazioni spaziali e per muoversi in maniera efficace nell’ambiente.

Il lobo temporale svolge un ruolo importante nel riconoscimento degli oggetti nel riconoscimento uditivo. Esso contiene la corteccia uditiva primaria, l’area deputata all’elaborazione dei segnali uditivi, nonché le aree uditive secondarie che elaborano ulteriormente tali segnali. Nell’emisfero sinistro sono inoltre generalmente localizzate le aree deputate alla decodifica delle parole e delle frasi.

Le aree uditive sono le più rappresentative nell’apprendimento del linguaggio.

Il lobo occipitale è dedicato esclusivamente al senso della vista. Esso è suddiviso in una serie di differenti aree visive. La corteccia visiva primaria: rappresenta le informazioni in maniera topologica, rispettando le relazioni spaziali. Due oggetti che appaiono vicini nell’immagine visiva attivano gruppi di neuroni contigui nell’area visiva primaria.

Circondano la corteccia primaria un gruppo di altre aree visive secondarie dedicate all’elaborazione di attributi come la forma, il moto e il colore.

Sistema limbico

Il sistema limbico (il quinto lobo) si trova a metà fra la corteccia e le aree inferiori. Questo è responsabile delle emozioni e si estende solo sulla faccia mediale degli emisferi e comprende tra l’altro amigdala, ippocampo, giro cingolato, setto, fornice, ipotalamo e talamo. Due componenti del sistema limbico che risultano importanti dal punto di vista della cognizione sono: ippocampo e amigdala.

L’ippocampo riveste un ruolo critico nell’acquisizione di nuove conoscenze (dichiarative). Il suo ruolo è quello di creare delle connessioni fra ciascuna nuova esperienza e la corteccia cerebrale. Danni all’ippocampo rendono le persone incapaci di imparare nuovi fatti, nuovi nomi, nuove esperienze. Secondo alcuni l’ippocampo è anche il locus in cui sono memorizzati i ricordi episodici.

L’amigdala svolge un ruolo fondamentale nell’apprendere ad associare gli eventi con le risposte emotive; essa permette all’organismo di superare il comportamento istintivo collegando un ricordo con le emozioni da esso generato. Essa identifica i ricordi esperiti in condizioni di arousal emotivo. Gioca un ruolo speciale nel rispondere a stimoli che elicitano la paura. È coinvolta nel valutare il significato emotivo delle espressioni facciali. Inoltre, è responsabile dell’empatia.

Strati cellulari della corteccia

Su sezioni prese in ogni punto della corteccia è possibile osservare un’organizzazione laminare (in strati).

6 strati cellulari sono riconoscibili nella neocortex, che copre la quasi totalità del telencefalo.

La corteccia presenta una struttura laminare.

Le caratteristiche citoarchitettoniche variano da una regione all’altra, consentendo così di individuare un’ampia varietà di aree istologicamente differenti. Sebbene si siano ottenuti notevoli progressi nell’assegnare singole aree a specifiche funzioni, ogni area deve essere considerata un punto nodale con estese connessioni con altre parti del cervello.

Due tipi fondamentali di cellule presenti nella corteccia cerebrale sono: cellule dei granuli (o stellate) e cellule piramidali.

• I strato: lo strato molecolare contiene le branche dendritiche distali dei neuroni piramidali e la porzione terminale degli assoni che proiettano alla corteccia provenienti dai nuclei intralaminari del talamo. Contiene pochi neuroni e dendriti di neuroni.
• II strato: lo strato granulare esterno contiene piccole cellule piramidali e cellule stellate.
• III strato: lo strato piramidale esterno contiene cellule piramidali di misura media e cellule stellate.
• IV strato: lo strato granulare interno contiene cellule stellate che ricevono afferenze dai nuclei talamici di relay. Le cellule stellate sono particolarmente numerose nella corteccia somatosensitiva primaria, visiva primaria e uditiva primaria. Queste aree vengono definite cortecce granulari.
• V strato: lo strato piramidale interno contiene grandi cellule piramidali che proiettano allo striato, al tronco dell’encefalo e al midollo spinale.
• VI strato: lo strato polimorfo contiene cellule piramidali modificate che proiettano al talamo.

Afferente da cosa ricevono → dal talamo allo strato IV, i cui neuroni distribuiscono gli input agli altri strati.

Efferente a che mandano → dagli strati II, III, V, VI.

Sistema nervoso somatico

Trasmette i segnali ai muscoli scheletrici, in particolare quando c’è da attuare una risposta veloce ad uno stimolo di pericolo, come una scossa o una scottatura: sono i riflessi. Comunque, gran parte degli stimoli del sistema somatico sono volontari (afferenze somatiche e motilità volontaria).

Negli ultimi anni si è rivolta particolare attenzione ad una terza divisione del sistema nervoso: il Sistema Nervoso Enterico formato da una rete di neuroni nelle pareti del tratto digerente.

Il sistema ortosimpatico e parasimpatico sono antagonisti.

• Orto: eccitazione, emergenza, fuga e paura.
• Para: quiete, rilassamento, digestione e riposo.

Sono entrambi collegati alle emozioni.

Negli ultimi anni si è rivolta particolare attenzione ad una terza divisione del sistema nervoso: il Sistema Nervoso Enterico formato da una rete di neuroni nelle pareti del tratto digerente.

Quindi, il sistema nervoso è costituito da una serie di organi che servono a:

• Percepire gli impulsi (informazioni) che vengono dal mondo esterno.
• Elaborare le informazioni.
• Trasmettere gli impulsi.