Appunti esame Psicologia dell'attività motoria, libro consigliato Neuroscienze

NEUROSCIENZE

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CAPITOLO 1 LE ORIGINI DELLE NEUROSCIENZE

Il campo di studi delle neuroscienze è così vasto da comprendere quasi tutta la

scienza naturale, ponendo il sistema nervoso come punto focale comune.

I nostri antenati preistorici ritenevano il cervello “cruciale” per la nostra vita. Le

testimonianze abbondano di teschi di ominidi recanti segni di lesioni craniche fatali

(fori nei crani un procedimenti chiamato trapanazione, probabilmente su soggetti

vivi per combattere mal di testa o forse per scacciare spiriti maligni). È accertato

che il cuore era ritenuto la sede dell’anima e della memoria, e non il cervello. Dopo

la morte il resto del corpo era preservato mentre il cranio veniva svuotato del

cervello e gettato via.

La concezione del cervello nell’antica Grecia

Ippocrate (460-379 a.C) il padre della medicina occidentale, enunciò la sua

convinzione che il cervello rappresenta la sede dell’intelligenza e organo della

percezione,come la teoria odierna. Questa teoria non venne accettata dal filosofo

che vedeva il cuore come centro dell’intelletto.

greco Aristotele,

La concezione del cervello durante l’impero Romano

La figura più importante fu il medico e scrittore greco Galeno, condivideva la

concezione di Ippocrate secondo la funzione del cervello. Grazie agli esperimenti

l’encefalo,

su animali Galeno affermò che: parte più morbida, era il recipiente delle

sensazioni, mentre, il cervelletto, parte più solida, comandava i muscoli. Si rese

anche conto che per formare la memoria, le sensazioni dovevano rimanere

impresse nel cervello. Le deduzioni di Galeno non erano lontane dell’essere vere.

Galeno poi aprì il cervello e vide che era cavo, in questi spazi chiamati ventricoli,

c’era un fluido. Quindi il corpo funzionava in accordo ad un bilanciamento tra i

quattro fluidi o umori.

Questa visione del cervello prevalse per almeno 1500 anni.

La concezione del cervello dal Rinascimento al 19esimo secolo

Anatomista Andrea Vesalio (1514-1564) aggiunse dettagli alla struttura del

cervello durante il Rinascimento.

Il filosofo e matematico francese Cartesio (1696-1650) fu il principale sostenitore

della teoria fluido-meccanica: i fluidi spinti fuori dai ventricoli attraverso i nervi

fossero “pompati”, inducendo il movimento degli arti (quindi i nervi comunicano con

il corpo attraverso il movimento dei fluidi) Egli credeva che questa teoria

riguardasse solo gli animali e le capacità mentali degli umani non erano nel

cervello, ma fuori, nella “mente”. (falsa)

→Poi nel 17esimo e 18esimo secolo, alcuni scienziati , si staccarono dalla teoria

dei ventricoli e osservarono che il tessuto cerebrale era diviso in due parti:

sostanza bianca e grigia. Inoltre, avevano riconosciuto che il sistema nervoso ha

posizione centrale e comprende il cervello, il midollo spinale e una porzione

periferica.

Un progresso importante in neuroanatomia è stata l’osservazione di protuberanze

(giri) e avvallamenti (solchi e fessure) sulla superficie dell’encefalo.

La concezione del cervello nel 19esimo secolo

Fino a qui conoscenze sul sistema nervoso:

lesioni al cervello possono distruggere pensieri, movimenti, sensazioni e

possono causare la morte

il cervello comunica con il corpo attraverso i nervi (Cartesio)

il cervello è diviso in parti che hanno funzioni differenti (Galeno)

il cervello opera come una macchina

Quattro concetti chiave maturati durante questo secolo:

→ gli scienziati Luigi Galvani e Emilio du Bois-Reymond

1. I nervi come fili

dimostrarono che i muscoli possono essere indotti a contrarsi in modo involontario

quando i nervi vengono stimolati elettricamente e che anche il cervello stesso può

generare elettricità. Nuova scoperta (rimpiazzando quella dei fluidi): i nervi solo “fili”

che conducono segnali elettrici al e dal cervello.

Scienziati Bell e Magendie nel 1810 capirono che prima che i nervi entrino nel

midollo spinale si dividono, le fibre nervose si dividono in due radici:

- radice dorsale: entra dalla parte posteriore del midollo e contengono solo fibre

sensitive

- radice ventrale: entra dalla parte anteriore del midollo e contengono solo fibre

motorie, solo la recisione di queste radici provoca la paralisi muscolare

2. Localizzazione delle funzioni specifiche esistenti in diverse regioni del

cervello → per identificare le funzioni delle varie regioni era necessario

distruggerle e testare i deficit sensitivi e motori, detto metodo di ablazione

sperimentale.

- 1809 Gall propose che la personalità (generosità, riservatezza..) era correlata alle

parti del cranio, questa nuova “scienza” fu chiamata

dimensioni di differenti

Frenologia (mai stata presa in considerazione della corrente scientifica del

momento)

- 1811 Bell propose come origine delle fibre motorie il cervelletto e destinazione

delle fibre sensitive l’encefalo

- 1823 Flourens applicò questo metodo su vari animali (uccelli) con la conclusione

che il cervello è coinvolto nella percezione e sensazione (come Bell e Galeno).

Flourens criticava la Frenologia con i suoi esperimenti, ma credeva che il cervello

agisse come un tutt’uno e non potesse essere suddiviso i regioni con funzioni

diverse.

- Paul Broca, neurologo francese, circa nel 1861, dopo attenti studi compiuti sul

cervello di un uomo che non riusciva a parlare (ma comprendeva il linguaggio) in

seguito ad una lesione cerebrale nel lobo frontale sinistro, concluse che questa

regione del cervello fosse responsabile della produzione del linguaggio parlato.

Broca si convinse che diverse parti dell’encefalo hanno funzioni differenti.

3. Evoluzione del sistema nervoso → nel 1859 Charles Darwin pubblicò la sua

opera “L’origine della specie” in cui spiega la sua teoria dell’evoluzione secondo cui

le specie dei vari organismi (animali,uomini) derivano da un antenato comune e le

differenze tra le specie nascono da un processo chiamato selezione naturale.

Darwin incluse il comportamento tra le caratteristiche ereditabili nell’evoluzione per

esempio tra i mammiferi la reazione alla paura è molto simile: battito cardiaco

accelerato, pupille dilatate ecc che è frutto dell’attività cerebrale. L’ipotesi è che il

diverse ha origine da progenitori comuni. D’altra parte,

sistema nervoso di specie

funzioni del cervello sono specifici e adattati per l’ambiente

molti comportamenti e

in cui vive la specie.

4. Neurone: l’unità fondamentale del cervello → 1839 Theodor Schwann

enunciò la Teoria cellulare: tutti i tessuti sono costituiti da unità microscopiche

chiamate cellule. Nel 1865 fu disegnato da Otto Deiters una cellula nervosa (o

neurone) e le sue proiezioni, detti neuriti. Una volta si pensava che i neuriti

potessero fondersi come i capillari sanguigni del sistema circolatorio, ma in realtà

sappiamo che i neuroni sono entità distinte che comunicano mediante segnali

chimici.

LE NEUROSCIENZE OGGI

I livelli di analisi

Lo studio del funzionamento del cervello (neuroscienze) si divide in parti specifiche

in un sistema chiamato approccio riduzionistico. Ogni parte (in ordine di

complessità crescente) definisce i livelli di analisi:

➢ Neuroscienza molecolare: studio delle varietà di molecole che compongono il

cervello e quindi il sistema nervoso che svolgono ruoli differenti e cruciali per

il funzionamento del cervello

➢ Neuroscienza cellulare: studio del modo in cui queste molecole lavorano

insieme per trasmettere al neurone le sue speciali proprietà

➢ Neuroscienza dei sistemi: studio come insiemi di neuroni, detti circuiti neurali,

possano analizzare le informazioni sensoriali, come formano la percezione

del mondo esterno e come prendono decisioni ed eseguono movimenti

➢ Neuroscienza comportamentale: studio dei comportamenti del cervello in

varie situazioni diverse (dove nascono i sogni? dove agiscono nel cervello le

droghe pesanti e che influenza hanno sull’umore?)

➢ Neuroscienza cognitiva: (la più complessa) è la comprensione dei

meccanismi neurali responsabili di attività complesse della mente umana

come il linguaggio, autocoscienza ecc.

I NEUROSCIENZIATI

Si distinguono due tipi di ricerca in neuroscienze (quindi due tipi di neuroscienziati):

➢ Clinica: condotta da medici specializzati come neurologi, psichiatri,

neurochirurghi e neuropatologi. Studiano le funzioni del cervello da lesioni

cerebrali, come Broca

➢ Sperimentale: si distinguono in base alle competenze, ci sono per esempio i

neuroanatomisti (studia struttura del sistema nervoso), neurofisiologia (studia

gli effetti dei farmaci sul sistema nervoso), neurobiologia dello sviluppo

(analizza lo sviluppo e la maturazione del cervello) ecc..

IL METODO SCIENTIFICO

Consiste in quattro fasi essenziali:

➢ Osservazione

➢ Replicazione: ripetere l'esperimento su soggetti differenti per renderlo valido

➢ Interpretazione: (se l'osservazione è corretta) dipende dalle conoscenze al

momento dell'osservazione e dalle nozioni preconcette ("predisposizione

mentale") dello scienziato

➢ Verifica: questo processo se affermativo stabilisce nuovi fatti scientifici,

replicabile da altri, se negativo suggerisce nuove interpretazioni e studi

L'IMPIEGO DI ANIMALI NELLA RICERCA

Gli animali utilizzati nella ricerca sono sempre stata una piccola frazione rispetto al

totale utilizzato per altri scopi (negli Stati Uniti solo 1%), ma fa sorgere problemi

sull'etica degli animali. Negli esperimenti si utilizzano varie specie, in base al

problema che si vuole investigare, anche se la comprensione per lo studio di

alcune problematiche specifiche umane (basi del movimento..) si necessitano

specie più vicine, come il macaco. Alcuni punti importanti:

1. Gli animali vengono utilizzati solo per esperimenti utili per le conoscenze sul

sistema nervoso

2. Minimizzazione del dolore con anestetici o analgesici

3. Si prendono anche in considerazione altre alternative all'uso di animali

Gli animali impiegati nella ricerca sono tutelati da un Istituto (IACUC) che valuta le

proposte sperimentali prima di avviare e successivamente pubblicare articoli.

PRINCIPALI DISTURBI DEL SISTEMA NERVOSO

→

Morbo di Alzheimer malattia degenerativa progressiva di specifici neuroni del

cervello →

Morbo di Parkinson malattia degenerativa progressiva di specifici neuroni del

cervello che porta a difficoltà nel movimento volontario

→

Schizofrenia grave patologia psicotico caratterizzata da illusioni, allucinazioni e

disturbi comportamentali

→

Depressione Grave disturbo dell'umore caratterizzato da insonnia, mancanza di

appetito, sentimento di scoraggiamento

→

Sclerosi Multipla malattia progressiva che colpisce la conduzione nervosa

caratterizzata da episodi di debolezza, mancanza di coordinazione e disturbi nel

linguaggio parlato

CAPITOLO 2 - I NEURONI E LE CELLULE GLIALI

LA TEORIA DEL NEURONE

Nel 19esimo secolo prende piede l'Istologia, cioè lo studio tramite microscopia della

struttura dei tessuti. Nei primi anni gli scienziati scoprirono come indurire o fissare i

tessuti cerebrali (molto gelatinosi per essere studiati cosÌ) immergendoli nella

formaldeide, poi la svolta avviene con l'introduzione di tinture che colorassero

alcune parti delle cellule. Ancora oggi si usa il colorante di Nissl (scoperto da Franz

Nissl), che colora i nuclei di tutte le cellule e dei gruppi di materiali che lo

circondano, chiamati corpi di Nissl. Questo colorante molto utile per due ragioni:

1. Permette la distinzioni di neuroni e cellule gliali

2. Permette lo studio della disposizione (o citoarchitettura) dei neuroni nel

cervello

IL COLORANTE DI GOLGI

Nel 1873, Camillo Golgi introdusse un nuovo colorante costituito da cromato di

argento, chiamato oggi Colorante di Golgi, con cui alcuni neuroni diventavano più

scuri rispetto ad altri. Si capisce quindi che i neuroni hanno due parti distinte:

1. Una regione centrale che contiene il nucleo, chiamata corpo cellulare, soma

o prericario

2. Numerosi piccoli tubicini che si diffondono dalla regione centrale, chiamati

neuriti e si distinguono in: assoni (che si estendono in lunghezza) e dendriti

(corti e ricevono segnali in arrivo detti input)

Questo colorante venne utilizzato con grande effetto da Cajal per capire i circuiti

cerebrali del cervello. Ma risultarono due teorie ben opposte:

→

1. Golgi i neuriti di differenti cellule nervose sono fusi insieme per formare un

reticolo continuo

→

2. Calaj i neuriti dei differenti neuroni non sono connessi in maniera continua

e devono comunicare per contatto

L'intuizione di Calaj è corretta ed è ricordata come la Teoria del Neurone. La

dimostrazione finale di questa teoria venne effettuata con la scoperta del

microscopio elettronico negli anni 50 del novecento.

IL NEURONE PROTOTIPICO

Il soma - corpo cellulare

È la parte centrale del neurone, forma circa sferica, all'interno ha un fluido acquoso

chiamato citosol, all'esterno è ricoperto da una membrana neuronale. Il corpo

cellulare contiene molte strutture chiamate organuli, i più importanti: nucleo,

reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, apparato del Golgi, mitocondri.

Il nucleo → sferico, posizione centrale, rivestito da una membrana nucleare,

contiene i cromosomi, dove si trova il materiale genetico, DNA. Nei nostri neuroni

Attraverso la “lettura” di questi

sono presenti porzioni di DNA, chiamate geni.

segmenti (il linguaggio utilizzato è chiamato espressione genica) vengono

prodotte le proteine, in un processo detto sintesi proteica, in 2 fasi principali:

1. Fase di trascrizione: un segmento di DNA (non può mai spostarsi dal

nucleo) viene copiato e trascritto da un enzima, l’mRNA polimerasi, che

forma una nuova molecola in grado di trasportare il gene dal nucleo al

citoplasma, l’RNA messaggero (mRNA).

2. Fase di traduzione: questa fase avviene nel citoplasma e la traduzione del

gene inizia quando l’mRNA polimerasi si lega all’estremità iniziale del

e termina quando riconosce l’estremità finale. Nel

segmento (il promotore)

gene sono presenti frammenti di DNA che non sono codificanti per le

proteine e sono detti introni, i frammenti codificanti sono detti esoni. Il

processo che elimina i frammenti non codificanti e unisce quelli rimanenti è

questo nuovo segmento viene letto da un’altra

detto splicing. Nei ribosomi,

molecola, il tRNA, e tradotta in amminoacidi che formano una catena

peptidica, la proteina.

I neurobiologi molecolari usano l’informazione contenuta nei geni per determinare

la struttura e le funzione delle proteine neuronali.

Reticolo endoplasmatico rugoso → (RE rugoso) si estende dal nucleo verso il

citoplasma ed è un insieme di compartimenti intracellulari che presenta sulla

superficie delle strutture dense, che gli danno un aspetto granulare: i ribosomi.

Alcuni ribosomi non sono attaccati al RE rugoso e sono detti ribosomi liberi. Nel RE

rugoso avviene la fase di traduzione della sintesi proteica: l’mRNA si lega ai

letto da un’altra molecola, il

ribosomi e viene tRNA, e tradotta in amminoacidi che

formano una catena peptidica, la proteina.

Se l’mRNA si lega a ribosomi liberi la proteina prodotta è destinata al citosol

1. Se l’mRNA si lega a ribosomi sul RE rugoso la proteina prodotta viene

2. inglobata o inserita nella membrana

Reticolo endoplasmatico liscio e apparato del Golgi → il RE liscio differisce per

l’assenza di ribosomi e non è composto da cisterne, ma principalmente da una rete

di tubuli comunicanti. In alcuni RE lisci non avviene direttamente la sintesi proteica

ma ha la funzione di regolare le concentrazioni interne di alcune sostanze, come il

calcio.

Più lontano dal nucleo troviamo l’apparato del Golgi (scoperto da Camillo

Golgi nel 1898), funzione principale di selezionare certe proteine che sono

destinate a diverse parti del neurone, come l’assone o i dendriti.

Il mitocondrio → forma allungata, presenta membrana esterna (forma regolare) e

membrana interna (forma irregolare) che contiene numerose pieghe, chiamate

creste, tra queste si trova uno spazio interno, detto matrice.

Nei mitocondri avviene la respirazione cellulare:

1. Nel citosol galleggiano ossigeno e acido piruvico (prodotto dalla glicolisi degli

zuccheri) che entrano nei compartimenti interni dei mitocondri

L’acido piruvico entra in un ciclo di reazioni biochimiche chiamate

2. Ciclo di

Krebs, che produce anidride carbonica e molecole energetiche

3. I prodotti biochimici di questo ciclo vengono trasformati in molecole

energetiche (ATP), in un processo chiamato Fosforilazione Ossidativa

Per ogni molecola di acido piruvico che entra, vengono rilasciate 17 molecole di

ATP. L’energia chimica immagazzinata tramite ATP viene usata per gran parte

delle reazioni biochimiche neuronali.

LA MEMBRANA NEURONALE

Questa membrana funziona da barriera per contenere il citoplasma all’interno del

neurone e per escludere alcune sostanze che si trovano nel fluido extracellulare. La

membrana contiene numerose proteine che svolgono diverse funzioni: la

composizione proteica della membrana varia nel soma, nei dendriti e nell’assone.

IL CITOSCHELETRO

Il citoscheletro è un complicato reticolo di proteine fibrose all'interno del neurone, a

cui dà la sua caratteristica forma, situato in particolare nei dendriti e nell'assone,

esso svolge la funzione di rinforzo della struttura ed è costituito da tre varietà di

proteine:

Microtubuli → lunghe catene tubolari di 20 nm di diametro, collocati

longitudinalmente nell'assone e nei dendriti. La parete interna del nucleo è

costituito da cavi più piccoli, ognuno composto da proteina detta tubulina,

intrecciati attorno alla cavità c