Riassunto esame Psicobiologia, Prof. Berchicci Marika, libro consigliato Neuroscienze esplorando il cervello, Bear

Capitolo 1

La corteccia cerebrale e gli emisferi

La corteccia cerebrale è costituita da due emisferi all'interno dei quali ci sono due lobi per ciascuno (lobo frontale, lobo parietale, lobo temporale e lobo occipitale); i due emisferi interagiscono tra loro perché sono collegati dal corpo calloso.

Roger Sperry è un neurofisiologo americano, ha ricevuto nel 1981 il Premio Nobel per ricerche sullo split brain: patologia associata alla disconnessione dei due emisferi. Il termine neuroscienze è un termine recente. In passato per misurare le funzioni cognitive, esecutive, percettive, ecc., si faceva riferimento a misure di tipo comportamentale come la psicofisica e tendenzialmente gli studi sul cervello erano studi post mortem.

L'approccio multidisciplinare delle neuroscienze

"Neuroscienze" perché si fa riferimento a un ambito di ricerca che accoglie una serie di discipline, fisica, biologia, chimica, fisiologia, approcci legati all'ingegneria, matematica, filosofia: questo approccio multidisciplinare è una sintesi che detta le basi per una nuova prospettiva di studio del cervello che appunto non è recente. L'obiettivo principale delle neuroscienze è indagare il funzionamento e la struttura del sistema nervoso centrale: il quale serve ad elaborare le informazioni, codificarle. Inoltre, sono presenti anche il sistema nervoso periferico, muscolo scheletrico e autonomo.

Il cervello nel passato

Il cervello è un oggetto di studio molto antico: le prime testimonianze risalgono a circa 7000 anni fa e sono relative alle trapanazioni chirurgiche, eseguite su soggetti ancora vivi e praticate anche per problemi come il mal di testa o disturbi mentali, che erano collegati all'epoca alla presenza di spiriti malvagi. Da una serie di testimonianze si è notato che gli ominidi sopravvivevano a queste trapanazioni, cosa visibile dalla rigenerazione dei tessuti, grazie allo studio della paleopatologia.

• Il cervello quindi era importante; tuttavia c'era la convinzione che il cuore fosse la sede della coscienza e del pensiero: infatti quando una persona moriva il cervello veniva esportato dalle narici e buttato via, mentre il cuore era conservato: questo è stato vero fino al IV secolo a.C. In questo periodo nell'antica Grecia Ippocrate, padre della medicina occidentale, era convinto che il cervello non fosse solo la sede della sensazione e della percezione ma anche dell'intelligenza perché in quel periodo era stata proposta la correlazione tra struttura e funzione: es. la struttura tra mano e piedi è differente perché svolgono funzioni diverse.

• Così anche in filosofia, Aristotele (filosofo greco) nel III secolo a.C. si contrappone a Ippocrate: sostiene che la sede dell'intelligenza sia il cuore e il cervello servisse a raffreddare il sangue surriscaldato dal cuore in ebollizione (origine del temperamento). Si sostiene come il temperamento sia un tratto innato della persona. Uomini con temperamento razionale potevano raffreddare il sangue; esisterebbero poi persone con temperamento flemmatico in cui prevale la linfa, il temperamento sanguigno in cui prevale il sangue (irrazionale), il temperamento bilioso in cui prevale la bile gialla, e quello melanconico in cui prevale la bile nera.

Quindi non c'è solo il sangue, perché il cuore pompa una serie di liquidi (linfa, bile, sangue, bile nera) e in base alla proporzione dei liquidi, possiamo stabilire il temperamento. Quindi anche il pensiero fondamentalmente è dato da liquidi.

Le scoperte di Galeno

Un passo in avanti avvenne nell'Impero Romano nel 130-200 d.C. con Galeno, medico dei gladiatori, che curava persone con lesioni, e iniziò a pensare che le conseguenze delle lesioni fisiche portassero disfunzioni e inabilità differenti. Si appassiona alla correlazione tra struttura e funzione e cerca di esportare quello che aveva intuito attraverso i gladiatori, sugli animali.

• Separò il cervello dal cervelletto e dal midollo spinale; ipotizza che nel cervello c'è la sede delle sensazioni e nel cervelletto la sede dei muscoli. Separa queste parti attraverso il tatto, inseriva le dita nel cervello bisezionato e si rende conto che avevano consistenze diverse: il cervelletto era di consistenza più solida e il cervello più liquido; per cui ipotizzò che il cervello era il recipiente delle sensazioni mentre il cervelletto più solido poteva reggere gli organi più solidi e quindi reggeva i muscoli.

• Si accorge inoltre che nel cervello c'è del liquido al cui interno propone l'esistenza di cavità, ovvero i ventricoli riempiti dal liquido: 2 laterali in entrambi gli emisferi, un 3 centrale e un 4 che va verso il midollo allungato, sono riempiti da un liquido: cefalospinale, cefalorachidiano, liquor. Questa struttura era molto simile al cuore che conteneva dei ventricoli. Galeno conferma la scoperta fatta dagli alessandrini che dividono il nervo dal vaso sanguigno, in cui i nervi hanno origine nel cervello e nel midollo spinale e i vasi sanguigni hanno origine nel cuore e nel fegato, ed erano assimilabili a dei tubi vuoti.

Galeno attraverso le lesioni spinali e cerebrali, fornisce anche una classificazione di nervi cranici e nervi spinali e distingue al loro interno la parte motoria e sensoriale. Inoltre, Galeno conferma la tripartizione delle funzioni: colloca la parte razionale nel cervello (grande intuizione in quel periodo), la parte emotiva nel cuore, perché aumenta la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna, e la parte nutritiva nel fegato che si allaccia all'ipotesi fatta da Platone nel Timeo. Infine, la memoria era il risultato di sensazioni impresse nel cervello. La filosofia era molto presente nelle scoperte. Le scoperte di Galeno permangono per quasi 1500 anni.

Le teorie del Rinascimento

Un grande passo in avanti viene fatto nel XVI secolo (1500) da Vesalio il quale riprende le fila di Galeno e si riallaccia alla teoria ventricolare e rafforza queste ipotesi; ma a questo si fanno dei passi in avanti perché nel Rinascimento è in voga la teoria fluido dinamica in cui si propone che il cervello sia simile a una macchina e che quindi il fluido dei ventricoli nel cervello fosse pompato all'interno dei nervi e che i nervi inducessero il movimento degli arti grazie ai liquidi derivanti dal cervello.

Uno dei principali sostenitori di questa teoria fluido dinamica fu Cartesio, il padre del dualismo nel quale mente e cervello sono separati e distinti. Si appoggia a questa teoria per spiegare il comportamento, siccome noi uomini abbiamo molto in comune con gli animali, c'era qualcosa che ci mettesse in comune con gli animali: il cervello che controlla il comportamento degli umani è lo stesso che controlla quello degli animali. Ma noi esseri umani siamo anche dotati di capacità mentali, mentre gli animali no, per cui la sede del pensiero per Cartesio era la mente, la quale era un'entità spirituale che riceve sensazioni che portano ad agire; quindi in qualche modo è collegata al cervello e quindi ai comportamenti. Quindi mente e cervello erano collegate dalla ghiandola pineale/epifisi così potevano comunicare tra loro. (Ci sono tutt'oggi i dualisti)

Scoperte tra il XVII e XVIII secolo

Tra XVII e XVIII secolo grazie a sviluppi tecnici avanzano molte idee. Permane l'idea di Galeno ma si comincia ad osservare che il nostro cervello è colorato e che quindi abbia una sostanza bianca e una sostanza grigia. (Le quali si chiamano così perché nella sostanza grigia sono contenuti i corpi dei neuroni, mentre in quella bianca gli assoni che sono avvolti dalla mielina, che è una sostanza bianca = Diversi per struttura e funzione). La stessa struttura nel cervello è presente nel midollo spinale, dove c'è sostanza bianca e grigia.

Il corpo calloso è una struttura costituita da fasci di fibre che collega emisfero destro con quello sinistro. Lo split brain deriva dall'interruzione delle fibre di questo corpo calloso in cui i due emisferi non comunicano più.

Il XIX secolo e le nuove scoperte

Nel XIX secolo, si scopre che il cervello e il corpo non comunicano più attraverso il liquido, ma attraverso dei nervi sensitivi/sensoriali che sono afferenti: portano info al SNC e la parte efferente costituita da neuroni motori che costituiscono il SNP.

Il SNC è costituito da encefalo e midollo spinale e SNP che comporta la contrazione dei muscoli scheletrici. Il cervello è costituito da aree differenti: lobo frontale, parietale, occipitale, temporale dell'emisfero sinistro e destro, che hanno funzioni diverse per ciascuna parte. (Scoperte avute grazie alle lesioni).

Nervi come fili

Un'altra importante informazione in questi anni viene fornita da Galvani, riallacciandosi alle scoperte del XIX secolo, secondo cui non c'è più il liquido che passa attraverso i nervi. Ma i nervi sono dei fili che contengono fibre nervose, al cui interno passa corrente elettrica, quindi egli propone come il cervello e corpo comunicano attraverso segnali elettrici e NON dei liquidi:

Riesce ad avanzare questa ipotesi attraverso la stimolazione muscolare, dimostrando che i muscoli si possono contrarre senza la volontà del soggetto, attraverso una stimolazione elettrica anche solo esterna; a quel punto intuisce che anche il cervello è in grado da solo di generare elettricità per far contrarre i muscoli. (Elettrostimolatore oggi)

Un'altra dimostrazione a conferma di questa tesi era data dai pazienti clinici, dalle lesioni si intuì che all'interno del nervo ci fossero fibre nervose, responsabili della sensibilità e del movimento (fibra sensitiva afferente - fibra motoria efferente).

Sempre attraverso casi clinici a cui veniva recisa una parte del nervo, si accorsero che ci fossero sia nervi fibra spinali che fibra nervi motori: una resezione delle radici della parte nervosa che entra nelle radici posteriori, può indurre un'interruzione solo nelle sensazioni / una resezione della radice anteriore comportava invece problemi solo ai movimenti = questo fa dedurre che ci sia una separazione netta strutturale e poi funzionale all'interno dei nervi stessi.

Scoperta fatta alla fine del '700 da Bell e Magandie. Bell approfondì la ricerca e scoprì l'esistenza di 2 radici ventrale e dorsale a livello del midollo spinale che portano info dentro e fuori quindi funzioni diverse (sensitiva o motoria) localizzate in strutture/radici diverse quando entrano nel midollo spinale (radice dorsale radice ventrale).

Il localizzazionismo

Così anche funzioni diverse nel cervello sono localizzate in specifiche diverse regioni; grazie al metodo dell'ablazione sperimentale: sistematicamente si altera una porzione del sistema nervoso centrale per valutare gli effetti che causa quest'alterazione, quindi per capire che funzione fosse alterata. In particolare, Flourens attraverso l'ablazione su uccelli, sostiene l'ipotesi che il cervello fosse responsabile delle sensazioni e il cervelletto responsabile del controllo motorio, quindi le fibre sensitive arrivavano al cervello e fibre motorie al cervelletto.

Così facendo si arriva al localizzazionismo: in cui si voleva localizzare specifiche funzioni all'interno di specifiche strutture. Uno dei massimi esponenti di questo movimento è Gall padre della frenologia: studio che ritiene che le protuberanze craniche (forma del cranio) siano associate a specifici tratti di personalità; suppone questo agli inizi dell'800 attraverso una raccolta di informazioni di persone di tipo eterogeneo.

Gall e Flourens erano in contrasto:

• Flourens faceva riferimento alla forma del cervello, Gall alla forma del cranio: ablationi di strutture e dall'altra ablationi di tessuto corticale.
• Secondo Flourens la forma del cranio non è in relazione con la forma del cervello;
• Flourens dimostrò che tratti della personalità non fossero limitati alle porzioni del cervello indicate dalla frenologia;
• Una cosa su cui Flourens pecca è nel sostenere che non ci fosse una specializzazione di aree all'interno del cervello ma che invece tutte le regioni del cervello partecipassero a tutte le funzioni.

Una delle prime aree del cervello rappresentate fu grazie a Broca alla fine del 1800: una lesione nella porzione del lobo frontale sinistro induce difficoltà di articolazioni linguistiche. (Lesione nel lobo temporale superiore: difficoltà della comprensione del linguaggio = Afasia di Broca, Afasia di Wernike separazione di funzione e struttura).

Evoluzione del sistema nervoso

Darwin ci dà utili informazioni: obiettivo dell'uomo è quello di adattarsi all'ambiente per sopravvivere, per cui succede che vengono ereditate le funzioni e strutture vantaggiose dalla generazione successiva per la sopravvivenza della specie, portando alla cosiddetta selezione naturale. Darwin incluse il comportamento tra le caratteristiche ereditabili e non solo i tratti somatici. Anche il sistema nervoso si è evoluto e si è specializzato.

Ciò che distingue l'uomo dall'animale è 'solo' il pensiero: problem solving, pianificazione, orientamento, sono tutte funzioni esecutive che rappresentano processi cognitivi di ordine superiore, sono sotto il controllo della corteccia prefrontale (29% della corteccia totale nell'uomo, scimpanzé 17%, cani 7%) dunque per l'adattamento della specie le stesse strutture cerebrali sono andate in corso ad uno sviluppo differente in animali diversi. Lobo temporale e parietale sono importanti per l'orientamento nello spazio infatti nei delfini è più sviluppata.

Fine 1800 e la teoria cellulare

Alla fine del 1800 ormai esiste il microscopio. Schwann propone la teoria cellulare: ovvero non c'è solo il filo in sé, ma esso è parte di una cellula e la cellula del SN viene chiamata neurone, unità fondamentale del sistema nervoso. La teoria cellulare dice che tutti i tessuti siano costituiti da cellule, che sono unità microscopiche del tessuto. (Egli è anche il padre delle cellule di Schwann).

Presente delle neuroscienze

Le neuroscienze oggi sono in continuo divenire perché tutto è neuro. Rita Levi Montalcini, Nobel per la scoperta della possibilità che i neuroni potessero crescere, impiegando un approccio riduzionistico, per rispondere a domande importanti, bisogna scomporre un concetto importante in tanti tasselli e sperimentalmente, utilizzando delle tecniche, andare a indagare sistematicamente tutte le parti che compongono questo grande sistema. L'approccio usato ad oggi è proprio quello riduzionistico attraverso un'analisi sperimentale sistematica.

Le neuroscienze hanno diverse specializzazioni: riducendo l'oggetto di studio; prima di tutto ci sono le molecole e cellule; l'insieme delle molecole conferiscono alle cellule le proprie proprietà, quindi tipi di cellule diverse tra loro cellule messaggere, sentinelle, neuroni: oggetto di neuro scienze = Neuroscienze molecolari, Neuroscienze cellulari, Neuroscienze dei sistemi; i neuroni del SNC insieme formano circuiti cerebrali che danno diverse funzioni (sistema esecutivo sistema sensoriale), Neuroscienze comportamentali sistemiche ci permettono di studiare i comportamenti, alterazioni che possono condurre a disfunzioni, Neuroscienze cognitive studio della mente: studio di meccanismi neuronali responsabili di funzioni cognitive di ordine superiore come la coscienza, linguaggio, memoria. Ecco perché ci sono diversi tipi di ricerca neuroscientifica.

• Ricerca clinica vede i pazienti
• Sperimentale, fa riferimento agli esperimenti che partono dall'osservazione. Qui le tecniche impiegate sono i microscopi o l'attività elettrica, genetica dei neuroni.
• Teorica, fa riferimento all'impiego di modelli matematici e computazionali per predire il funzionamento del sistema nervoso.

Galileo è stato il padre del metodo scientifico, sperimentale:

• Osservazione del fenomeno,
• Replicazione dell'osservazione su soggetti diversi,
• Interpretazione dei dati recepiti sulla base delle conoscenze di articoli scientifici; e anche dalla predisposizione mentale,
• Verificare, dare agli altri ricercatori la possibilità di replicare il protocollo sperimentale e quindi ottenere gli stessi risultati.

2 Capitolo

Il tessuto nervoso

Tutti i tessuti e gli organi sono costituiti da cellule, sono specializzate in determinate funzioni; esiste una buona correlazione tra struttura come morfologia e funzione.

La mente è nel cervello, le funzioni cerebrali sono il prodotto dell'organizzazione funzionale e strutturale del cervello. Il tessuto nervoso è presente tanto nel sistema nervoso centrale quanto in quello periferico. Nel tessuto nervoso ci sono tipi di cellule diverse: neuroni e neuroglia (cellule gliali o glia), al loro interno sono diversi: queste cellule cambiano per struttura, funzione e cambiano perché comunicano informazioni diverse o si basano su principi di comunicazione diversi.

Il neurone e la neuroglia

Il neurone è la cellula per eccellenza del sistema nervoso: è in grado di elaborare il messaggio, trasportarlo ed immagazzinarlo. D'altra parte, la neuroglia: è la colla che serve a tenere insieme i neuroni, li sostiene, li nutre e funge da isolante per essi.

Per visualizzare questi neuroni, si è aspettato la creazione di un microscopio composito ottico, a risoluzione ottica. Il microscopio elettronico è ancora più recente. Il tessuto cerebrale ha una consistenza molto gelatinosa, lo strumento che permette di ottenere sezioni sottili di campioni di tessuto o altri materiali è il microtomo: è uno strumento che può produrre sezioni spesse circa 4 micrometri.