Appunti Basi Biologiche, prof. Rusconi

Jimmie G. e la sindrome di Korsakov

La sindrome di Korsakov è causata da una carenza di tiamina (vitamina B1).

Prospettiva evoluzionistica e approccio comparativo

Lo studio di Lester e Gorzalka ha evidenziato l'effetto Coolidge nei criceti, ipotizzando che possa valere anche nelle femmine. È stato osservato che i maschi si affaticano più rapidamente. La variabile dipendente è la lordosi, che si manifesta in misura maggiore per un maschio non familiare.

Sindrome di Gerstmann

La sindrome di Gerstmann include agnosia digitale, difficoltà a scrivere correttamente, acalculia e la confusione tra destra e sinistra. Sebbene inizialmente si ipotizzasse un legame tra deficit e lesione con un caso singolo, successivamente queste ipotesi sono state smentite con altri studi.

Origini della psicobiologia

Nel 1949, "The Organization of Behavior" di Hebb gettò le basi per la psicobiologia. Le branche principali sono:

• Psicologia fisiologica: Manipolazione chirurgica-elettrica diretta su animali, ricerca pura con implicazioni sul comportamento.
• Psicofarmacologia: Sviluppo di farmaci, riduzione dell'abuso di sostanze, ricerca applicata.
• Neuropsicologia: Studi su casi di lesioni, ricerca applicata.
• Psicofisiologia: Registrazioni EEG e altre.
• Neuroscienze cognitive: fMRI, TMS.
• Psicologia comparata: Ricerca in laboratorio o ricerca etologica.

Se i fenomeni non sono osservabili, si utilizzano metodi empirici-osservazionali, come la deduzione scientifica.

Lobotomia prefrontale

Moniz e Lima introdussero la lobotomia prefrontale, che recide le connessioni tra la corteccia prefrontale e il resto dell'encefalo. Freeman sviluppò la lobotomia transorbitale. La psicochirurgia ha origini antiche, risalenti al neolitico (5100 a.C.). Nel 1891, Burckhardt introdusse la pratica, che ebbe un periodo d'oro tra il 1945 e il 1950, con il supporto di governi e popolazioni dopo la Seconda Guerra Mondiale per aiutare i reduci. Moniz ricevette il Nobel nel 1949, ma la pratica declinò tra il 1950 e il 1970 a causa di dubbi e critiche.

Nonostante ciò, oggi la psicochirurgia è utilizzata solo in casi particolari, come la capsulotomia anteriore, la cingolotomia, la trattotomia subcaudata e la leucotomia limbica. È più comune l'uso della neuromodulazione per trattare condizioni come la sindrome di Tourette, il disturbo ossessivo-compulsivo, il dolore cronico e la depressione maggiore.

Storia della frenologia

La frenologia di Gall fu smentita da Flourens, che sostenne la teoria del campo aggregato, ovvero l'equipotenzialità della corteccia, sebbene anch'essa non fosse del tutto corretta. John H. Jackson notò che attacchi epilettici specifici colpivano parti del corpo, e le stimolazioni prima delle operazioni mostrarono una mappa somatotopica, sostenendo un localizazzionismo parziale.

Struttura del corpo calloso

Il corpo calloso è composto da rostro, genu, corpo e splenio e connette regioni omotopiche, eterotopiche e ipsilaterali con circa 200 milioni di assoni.

Scoperte sulla commisurotomia

In esperimenti su gatti con corpo calloso e chiasma ottico sezionati, si è visto che, se imparano la discriminazione con un occhio bendato, non sono più in grado di farlo se la benda è spostata (solo se uno dei due è sezionato). La sezione del chiasma ottico produce uno scotoma che coinvolgeva la porzione mediana di ogni retina. Vogel e Bogen effettuarono commisurotomie su epilettici, riscontrando problemi. Il fenomeno di cross-cueing nel cervello diviso dimostra una comunicazione residua.

Laterizzazione del linguaggio

Absolute pitch è associato allo sviluppo del planum temporale a sinistra. Si osserva meno lateralizzazione per emozioni e compiti complessi. Tre aree del linguaggio importanti per lo studio dell'asimmetria sono l'opercolo frontale, il giro di Heschel (uditiva primaria) e il planum temporale (area di Wernicke). Il legame tra asimmetrie anatomiche e funzionali non è forte.

Teorie dell'evoluzione della lateralizzazione

Esistono diverse teorie sull'evoluzione della lateralizzazione:

• Teoria analitico-sintetica: Due modi di pensare, con il primo evoluto a sinistra e l'altro a destra.
• Teoria motoria: Lateralizzazione del linguaggio a sinistra per movimenti di precisione, ma non spiega altre osservazioni.
• Teoria linguistica: Ruolo primario del linguaggio, con danno a sinistra che causa deficit nell'uso della lingua dei segni americana (ASL), ma non nei gesti della pantomima con significato.

La lateralizzazione del linguaggio si osserva anche in molti vertebrati. La teoria motoria della percezione del linguaggio suppone che per comprendere vengano attivati gli stessi circuiti della produzione; supportata da studi neuroimaging e TMS.

Studi pionieristici e modelli neurologici

Dax e Broca identificarono l'area di Broca nella corteccia prefrontale inferiore sinistra (motoria primaria) BA 44-45. Il test di Wada utilizza l'amital sodico nell'arteria carotidea per anestetizzare un emisfero ipsilaterale. Wernicke suggerì che il deficit nell'area di Broca causasse afasia di Broca (espressiva, buona comprensione ma produzione lenta e sbagliata anche se il senso rimane), mentre le lesioni all'area di Wernicke causano afasia con difficoltà comprensive e produzione con buon ritmo-intonazione ma senza significato (insalata di parole).

Danni al fascicolo arcuato causano afasia di conduzione, con difficoltà a ripetere parole appena sentite. Danni al giro angolare compromettono la comprensione del linguaggio presentato visivamente (alessia, agrafia).

Modello Wernicke-Geschwind

Nel tempo, si è visto che nessun afasico ha danni ristretti alle aree di Broca o Wernicke. Coinvolgimento di danni alla materia bianca, con grandi lesioni anteriori che causano sintomi espressivi e posteriori quelli recettivi (afasia globale se grande estensione). Evidenze contrarie da Penfield e Ojemann.

Le neuroscienze suddividono il linguaggio in costituenti: analisi fonetica, grammaticale e semantica, considerando sovrapposizione di funzioni.

Localizzazionismo

Fritsch e Hitzig stimolarono la parte anteriore superiore dei cani inducendo movimenti specifici (conferma corteccia motoria). Flourens smentì queste teorie, ma H. Jackson le confermò. Bartholow lavorò su pazienti prima della morte, ma fu criticato perché non sani di mente e senza consenso. Ferrier stimolò e ablò la scimmia alla corteccia motoria, dimostrando emiplegia nel 1881 a Londra. Scrisse "The Function of the Brain". Caton registrò attività elettrofisiologica specifica. Florel e Cajal negarono l'anastomosi tra assoni e dendriti.

Penfield e Ojemann

Penfield e Ojemann dimostrarono anche il ruolo dell'insula nel linguaggio.

Equipotenzialità

Willis, von Haller, Swedenborg e Flourens studiarono l'equipotenzialità, osservando anche bambini idrocefalo con funzioni buone. Lashley fece vari studi, proponendo la legge dell'equipotenzialità e la legge dell'azione di massa. Goltz adottò un metodo scientifico ma con bias (specificità mista). Von Monakov propose il concetto di diaschisis: una lesione in un'area ha effetti a distanza.

Sheperd Ivory Franz dimostrò che, se un'area è lesionata, può avvenire un recupero funzionale (safety factor). Golgi e Cajal svilupparono teorie sulle cellule nervose, con Cajal che propose la dottrina del neurone, in cui le cellule sono divise e i segnali elettrici viaggiano sempre nella stessa direzione. Purkinje osservò che le cellule del cervelletto erano diverse e con funzioni diverse.

Dislessia

La dislessia può essere evolutiva o acquisita (lesione) e risulta più comune nei maschi, con un'ereditabilità del 50%. La ridotta esposizione alla lettura potrebbe determinare cambiamenti nel cervello, rendendo difficile capire se la differenza sia causa o conseguenza della dislessia. È stato osservato meno attività nelle aree P e T-O a sinistra nei dislessici a pari quantità di lettura; oggi si concorda che derivi da un disturbo dell'elaborazione fonetica (rappresentazione e comprensione dei suoni linguistici).

Una volta si ipotizzava un'influenza culturale perché il fenomeno era il doppio negli inglesi, ma ciò era dovuto alla complessità fonetica. Esistono due modi per la produzione: procedura lessicale o fonetica. La dislessia superficiale comporta la perdita della procedura lessicale con difficoltà a produrre parole che non seguono le regole comuni; la dislessia profonda implica la perdita della procedura fonetica, rendendo possibile la pronuncia giusta solo di parole comuni.

Funzioni degli emisferi cerebrali

L'emisfero sinistro è responsabile di:

• Visione di parole e lettere.
• Udire suoni linguistici.
• Controllo movimenti complessi e ipsilaterali.
• Memoria verbale e linguaggio.
• Abilità da "interprete".

L'emisfero destro gestisce:

• Visione di volti, pattern geometrici ed espressioni emotive.
• Udire musica e tatto (lettura braille).
• Controllo movimenti globali.
• Memoria non verbale (aspetti percettivi).
• Componente emozionale del linguaggio e abilità spaziali.

Funzioni del sistema nervoso autonomo

I nervi simpatici (ortosimpatici) originano dal midollo toracico-lombare, effettuando sinapsi con neuroni di secondo ordine distanti dagli organi target (recettori adrenergici). I nervi parasimpatici provengono dall'encefalo e dalla regione sacrale del midollo, con i neuroni di secondo ordine vicini agli organi target (recettori muscarinici).

I muscoli radiali dell'iride, controllati dal sistema simpatico, dilatano la pupilla, mentre i muscoli circolari dello sfintere, controllati dal sistema parasimpatico, la restringono. L'acquedotto cerebrale collega il terzo e il quarto ventricolo, lo spazio subaracnoideo e il canale centrale. Il liquido cerebrospinale è prodotto dai plessi corioidei (capillari della pia madre) e riassorbito nello spazio subaracnoideo dai seni durali (dura madre). L'accumulo di questo liquido può causare idrocefalo.

Struttura della corteccia cerebrale

Nella corteccia sono presenti più cellule gliali che neuroni, mentre nel cervelletto è vero il contrario. Gli astrociti, la glia più grande, hanno forma stellata e rivestono la superficie esterna dei vasi sanguigni, prevenendo il passaggio di sostanze dannose nel tessuto cerebrale. Comunicano chimicamente con i neuroni e regolano la dilatazione dei vasi sanguigni. Gli astrociti derivano glucosio-glicogeno dai vasi sanguigni e lo trasformano in lattato, usato dai neuroni. Sono protoplasmatici nella sostanza grigia e fibrosi nella sostanza bianca. La glia ha un ruolo nelle sinapsi e nella morte neuronale; riassorbe K+ e neurotrasmettitori e rilascia fattori di crescita (GF).

La colorazione Golgi non fornisce indicazioni sul numero di neuroni in un'area; invece, la colorazione di Nissl, un violetto di cresile, si lega solo all'mRNA nel corpo cellulare e permette di contarli.

Struttura del midollo spinale e nervi spinali

Nel midollo spinale ci sono 31 paia di nervi, ognuno con radice ventrale e dorsale. Gli assoni della radice dorsale sono sensoriali e provengono dai neuroni unipolari del ganglio della radice dorsale. Gli assoni della radice ventrale sono motori e hanno il corpo cellulare nel corno ventrale; il sistema nervoso somatico proietta ai muscoli, il sistema nervoso autonomo ai gangli e poi agli organi.

Struttura del neocortex

Il neocortex ha sei strati:

• I: Molecolare
• II: Granulare esterno
• III: Piramidale esterno
• IV: Granulare interno (riceve dal talamo, sensoriale)
• V: Piramidale interno (vie efferenti, motore)
• VI: Polimorfo-multiforme

Gli strati II e III sono coinvolti nella comunicazione intracorticale.

Struttura del mielencefalo e metencefalo

Il mielencefalo trasporta segnali da e verso l'encefalo, mentre la formazione reticolare, con circa 100 nuclei, è centrale nel tronco encefalico e ha un ruolo nell'arousal e nei riflessi.

Il metencefalo trasporta segnali e include una parte della formazione reticolare. Contiene il ponte (nuclei pontini sensomotori) e il cervelletto.

Struttura del mesencefalo

Il mesencefalo ha due divisioni:

• Tetto: Parte dorsale, con collicoli inferiori (funzione uditiva) e superiori (funzione visuo-motoria).
• Tegmento: Parte ventrale, con formazione reticolare e tratti nervosi; include sostanza nera e nucleo rosso (sensomotori), e il grigio periacqueduttale (effetti analgesici di oppioidi).

Struttura del diencefalo

Il diencefalo è formato da:

• Talamo: Due lobi ai lati del terzo ventricolo, uniti da massa intermedia, con nuclei di relais sensoriale (NGL vista, NGM udito, NVentraliPost somatosensoriale).
• Ipotalamo: Regola il rilascio di ormoni dall'ipofisi, sopra il chiasma ottico e i corpi mammillari. Ha funzioni omeostatiche, regola la riproduzione, e aiuta a mantenere un comportamento socialmente adeguato.

Struttura del telencefalo

Il telencefalo comprende le funzioni più complesse e la corteccia.

Sistema limbico

Il sistema limbico è situato sulla linea mediana, a formare un anello attorno al talamo; regola comportamenti motivati. Include corpi mammillari, ippocampo, amigdala, fornice, corteccia del cingolo, setto pellucido.

Nuclei della base

I nuclei della base includono amigdala, nucleo caudato, nucleo accumbens, globus pallidus, putamen, nucleo subtalamico, substantia nigra. Caudato e putamen formano il "corpo striato". Questi nuclei sono coinvolti nelle risposte motorie volontarie e nelle decisioni; disfunzioni della dopamina causano il Parkinson, trattato con l-dopa.

Potenziale d'azione e conduzione nervosa

All'interno del neurone, il potenziale è di -70mV con maggiori K⁺, mentre all'esterno prevalgono Na⁺ attratti all'interno da gradiente di concentrazione e pressione elettrostatica (K⁺ non ha questa pressione). A riposo, i canali Na⁺ sono chiusi e quelli K⁺ aperti ma con poco movimento. Le pompe sodio-potassio trasportano attivamente 3Na⁺ fuori e 2K⁺ dentro. Depolarizzazioni causano eccitazione PPSE, mentre iperpolarizzazioni causano PPSI; questi sono passivi per un paio di millimetri.

Il potenziale d'azione non parte dal cono di emergenza ma dal segmento iniziale dell'assone. La soglia di eccitazione è -65mV. Si aprono canali sodio voltaggio-dipendenti fino a +50mV; poi si aprono i canali K⁺ che fuoriescono; successivamente, la chiusura dei canali Na⁺ termina la fase di ascesa e inizia la ripolarizzazione; c'è una lieve iperpolarizzazione. Il potenziale viaggia passivamente e apre via via i canali Na⁺ (al livello dei nodi di Ranvier), ma sembra attivo e continuo. La conduzione ortodromica è nella direzione normale, mentre l'antidromica è nella direzione opposta.

Modelli di Hodgkin-Huxley

Hodgkin e Huxley studiavano motoneuroni di calamari. Esistono anche sinapsi non dirette: da varicosità lungo l'assone (sinapsi a filo di perle).

Neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori possono essere piccoli o grandi (neuropeptidi). I piccoli vengono sintetizzati nel citoplasma del bottone terminale e in vescicole dal complesso di Golgi; i grandi sono sintetizzati dai ribosomi del corpo cellulare e trasportati ai bottoni da microtubuli, dove sono racchiusi in vescicole. L'esocitosi avviene quando entra Ca²⁺: i piccoli vengono rilasciati ogni volta che c'è un potenziale d'azione, i grandi in base a un aumento generale di Ca²⁺ all'interno.

I recettori ionotropi sono associati a canali ionici, mentre i recettori metabotropi sono associati a proteine di segnalazione e a proteine G (sensibili a guanosine trifosfato). Le proteine di segnalazione attraversano la membrana sette volte, con un recettore esterno e una proteina G interna; una subunità della G si dissocia legandosi a un canale ionico o stimola la sintesi di un secondo messaggero.

Gli autorecettori sono metabotropi e hanno un ruolo nel controllo. I piccoli neurotrasmettitori possono legarsi a entrambi i tipi di recettori, mentre i neuropeptidi solo a metabotropi, producendo effetti lenti, diffusi e duraturi.

Giunzioni comunicanti

Le giunzioni comunicanti connettono i citoplasmi delle cellule tramite proteine canale dette connessine; permettono il passaggio di segnali elettrici e piccole molecole (ATP, glucosio). Sono più rapide delle sinapsi e importanti negli astrociti; potrebbero avere un ruolo nel sincronizzare e coordinare l'attività cellulare.