Fondamenti Anatomo-fisiologici dell'Attività Psichica STP, T2

Fondamenti anatomo fisiologici dell'attività psichica

Professore: Angelo Maravita

Anno accademico: 2019/2020

Origini dello studio mente cervello

• 5000 anni fa osservazione del cadavere con cranio aperto
• Con la nascita della filosofia l’interesse viene spostato a favore delle funzioni del cervello
• Ippocrate constatò che il cervello fosse la sede delle sensazioni ed intelligenza
• Aristotele faceva risiedere l'intelligenza del cuore e il cervello prendeva le parti di un radiatore per raffreddare il sangue
• Nel 200 Galeno esperto nella dissezione anatomica del cervello delle pecore inizia intraprendere quegli studi che si definiscono neuro traumatologici analizzando il cervello e il comportamento delle persone che erano state sottoposte a traumi esempio gladiatori
• Attorno al 500 gli studi si basano su le dissezioni e il disegno
• Vesalio iniziò a disegnare tutto ciò che vedeva partire dai due emisferi passando poi ai diversi strati
• Nel 600 Cartesio applica la grande distinzione tra funzioni corporee e mentali dal punto di vista scientifico, ebbe una grande intuizione riguardo i riflessi di retrazione al dolore ancora oggi è la principale funzione del nostro sistema nervoso
• Il controllo motore era riservata la ghiandola pineale direttamente collegata alla mente = res cogitans
• Fine 700 con la dissezione anatomica del cervello si approfondisce la conoscenza cerebrale arrivando a constatare che tutti i cervelli sono simili. Costanza: ciò che cambia è l'estensione di alcune strutture e le dimensioni del cervello stesso
• Galvani tramite uno studio rigoroso capì che la contrazione del muscolo era data da un passaggio di tipo elettrico, intrinseco alla materia elettricità animale
• Volta ripete gli esperimenti di Galvani sostituendo all’elettricità segnali comandi i messaggi che generavano movimento, aprì la strada a ricerche di epoca moderna
• Inizio 800 si sviluppa l'interesse per la localizzazione cerebrale delle funzioni cognitive il metodo era rigoroso sperimentale, si provocavano diverse lesioni per studiare le funzioni e le strutture cerebrali negli animali

Frenologia

Localizzava le funzioni cognitive es. la cautela, la comprensione della causalità, l’imitazione e lo sviluppo minore o maggiore era deducibile dall'osservazione della scatola cranica. Leggere fortune della frenologia.

Studi di Bell e Magendie

Studiare nel funzionamento delle radici posteriori = dorsali e anteriori = ventrali e la trasmissione delle informazioni sensoriali dal centro alla periferia e info motorie dalla periferia al centro, comandi motori e sensoriali corrono in fibre simili che differiscono funzionalmente per organizzazione.

Contributi di Frith e Ferrier

Frith applica la lesione sperimentale provocando atti motori controlaterali.

Ferrier tramite studi di ablazione ha dimostrato che la rimozione della corteccia motoria provoca emiplegia controlaterale deficit motorio che interessa un emilato.

Contributi di Munk

Munk sperimenta l'ablazione corticale che produce cecità corticale conseguente alla lesione della corteccia visiva primaria rappresenta il primo degli studi di correlazione anatomo-clinica ovvero lesione correlata ad un deficit di funzione.

Studi del 1800

Gli studi correlazionali nel corso della storia si distinsero tra più e meno precisi, soprattutto se ci si riferisce al pensiero astratto tra gli studi più precisi.

Studi animali, studi clinici o lesionali. Studi correlazionali anatomo fisiologici anche se e difficoltosi.

Contributi di Broca e Wernike

Broca scoprì che i pazienti che avevano lesioni sulla parte sinistra del cervello aveva un disturbo del linguaggio caratteristico, area 4 Broca frontale distinto da

Karl Wernike una porzione temporale dell'emisfero sinistro produceva un disturbo del linguaggio relativo al comprendere gli ordini piuttosto che a parlare, area 22 temporale.

Contributi di Golgi e Cajal

Golgi e Cajal, due anatomisti esperti in micro anatomia, capiscono che i neuroni sono delle unità funzionali scollegate dall’albero vascolare e che rappresentano il cuore pulsante del sistema nervoso centrale.

Contributi di Harrow e Sherrington

Harrow caso di Phineas Gage subì una lesione alla corteccia frontale a seguito della quale cambiò radicalmente il comportamento.

Sherrington appassionato del SNP studia il comportamento del neurone e il passaggio di informazione tramite connessione tra fibre nervose muscolare. conia il termine unità motoria e sinapsi ha studiato i riflessi spinali con dimostrazioni scientifiche ripetibili.

Contributi di Brodmann

Brodmann pietra miliare SNC studio la corteccia cerebrale a partire da quella frontale esegue delle sezioni cito architettoniche rappresentandole su una mappa e assegnando un nome a ciascuna, riporta anche i tipi di cellule contenute e con quale frequenza, rappresentandole con diversi pattern di riempimento notò che vi erano diversi tipi cellulari che seppur comuni avevano una disposizione quantitativa differente.

Metodi di studio del sistema nervoso

Studi di correlazione anatomo fisiologica su animali

Darwin pilastro teoria dell’evoluzione basata sulla comparazione strutture animali e umane, analogie e differenze tra uomo e macaco.

Metodi invasivi di ricerca fisiologica su animali

• Registrazione dell'attività dei singoli neuroni tramite microelettrodi che si inseriscono nella corteccia e che registrano gruppi di neuroni o singole cellule andando a vedere i picchi = attività
• Inattivazione reversibile di aree cerebrali = piccole aree con lo scopo di indagare le funzioni più puntiformi, a seguito dell’inibizione noteremo una differenza nel comportamento che cesserà una volta terminata inibizione = attraverso un muscimolo es gaba antagonista, un inibitore

Metodi di ricerca fisiologica sul cervello umano in vivo

Misurazione dell'attività cerebrale

• Produzione di immagini strutturali
  • Radiografia
  • TAC, Tomografia Assiale Computerizzata ricostruisce la struttura del sistema nervoso in sezioni virtuali attraverso i raggi X tessuti più densi appaiono più scuri mentre altri più chiari si usa in clinica per fare diagnosi vedere ictus
  • Risonanza Magnetica tramite campi magnetici e radiofrequenze tutte le particelle di acqua contenute nei tessuti vibrano restituendo energia che viene registrata da sensori, si può ottenere qualunque sezione con maggiore risoluzione rispetto alla TAC
• Produzione di immagini funzionali riproducono le stesse strutture ma in azione
  • fMRI Risonanza Magnetica Funzionale può essere un’aggiunta della Risonanza Magnetica il soggetto inizialmente viene inserito in uno scanner per studiare l'anatomia del cervello dopodiché tramite sensori vengono studiate le attivazioni delle diverse aree attraverso la rilevazione di quanto sangue ossigenato è presente attivazione è correlata all’assorbimento dell'ossigeno
  • PET Tomografia ad emissione di positroni parallelamente alla TAC ma con aggiunta di info funzionali, prevede l’iniezione di traccianti radioattivi che rilasceranno positroni I quali si legano al glucosio, il sangue circolando si concentrerà nelle zone che stanno lavorando di più perché assorbiranno maggiormente glucosio

Studi di attivazione cognitiva

Metodo della sottrazione misura l'attività durante un compito A poi misura l'attività durante un compito B sottraggo e vedo quale e sono stati attivati con diversi stimoli e più corretto e utile usare due compiti cognitivi rispetto che utilizzare un compito neutro nel secondo caso.

Metodi elettrofisiologici non invasivi

Registrazione segnali elettrici

• Indici elettrofisiologici
  • SN centrale EEG-Potenziali Evocati- Es elettroencefalografia/elettroencefalogramma EGG Si attaccano degli elettrodi sullo scalpo si registra l'attività spontanea dei neuroni al di sotto di un elettrodo il cervello produce diversi potenziali con diversi ritmi
  • Si può associare un’indagine funzionale tramite potenziali evocati = attività modulata da uno stimolo, per raccogliere i potenziali evocati si usa una metodica di Overaging si danno diversi stimoli in un tempo definito dopodiché si tagliano le diverse epoche, Estraendo la risposta allo stimolo dal rumore di sottofondo ovvero la normale attività cerebrale, si sommano e si sovrappongono le diverse epoche per controllare l'attività nel tempo. In ogni punto del tracciato si avrà un risultato della somma algebrica dell’attivazione cerebrale delle epoche che stiamo esaminando, avremo attività correlata al potenziale ed attività casuale. Ricostruendo il pattern di risposta se la forma d'onda si altera potremmo ipotizzare correlate l'altezza, la frequenza, la latenza e la topografia patologie si studiano infatti dell’onda il punto forte rispetto alla fMRI è la risoluzione temporale dei potenziali colgono le differenze in millisecondi mentre la risonanza magnetica funzionale in alcuni secondi
• SN Somatico Movimenti oculari, contrazione muscolare
• SN autonomo Conduttanza Cutanea, attività cardiovascolare

Interferenza con attività cerebrale

Metodi che ci permettono di vedere cosa succede quando una parte della corteccia non funziona

• TMS stimolazione magnetica transcranica attraverso un impulso magnetico di forte intensità e breve durata focalizzato in una porzione limitata dello scalpo, somministrato attraverso una bobina di stimolazione coil, composta da cavi di rame arrotolati all'interno di un involucro di plastica. La TMS Si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica, producendo corrente elettrica per mezzo di variazione di un campo magnetico. I neuroni sono attivati dalla corrente elettrica mediante la depolarizzazione di Inter neuroni corticali. La TMS induce una modificazione temporanea delle prestazioni comportamentali, inducendo facilitazione o inibizione della prestazione comportamentale del soggetto, questo perché modifica l'attività di quell'area del cervello consentendo di valutare come il cambiamento dell'attività neuronale influenza la funzione in esame.
• TDCS stimolazione transcranica a correnti continue Comporta l'applicazione di deboli correnti elettriche per alcuni minuti direttamente sul cuoio capelluto attraverso una coppia di elettrodi questi sono: l’anodo, positivo da cui è erogata la corrente e catodo, negativo che corrisponde all’elettrodo di ritorno; queste correnti generano un campo elettrico che modula l'attività neuronale.

Studiare i pazienti cerebrolesi, metodi comportamentali

Neuropsicologia studio del funzionamento cognitivo conseguente alla lesione cerebrale scopo:

• Diagnostico esaminare il paziente e capirne il deficit
• Riabilitativo mettere in atto procedure e verificare se hanno un risvolto positivo
• Conoscitivo

Associazione e dissociazione dei sintomi di fronte a una vasta lesione per capire la zona implicata si osservano pazienti diversi e - quali deficit ricorrono in un campo e non in un altro accumulando evidenze si possono dedurre diagnosi cliniche basate sul comportamento del soggetto.

Stimolazione intracraniche nel corso di interventi chirurgici

Metodi invasivi

• Wada test si inietta nella carotide un anestetico che inattiva temporaneamente territorio irrorato cerca un emisfero dal comportamento del paziente si può capire quali deficit sono correlati utilizzato soprattutto per il linguaggio
• Registrazione intracorticale si applicano elettrodi sulla corteccia si lasciano qualche giorno per monitorare l'attività spontanea utilizzato per epilessia scariche anomale si traducono in crisi epilettiche occorre trovare il punto per intervenire
• Stimolazione durante interventi chirurgici prima di rimuovere un’area per assicurarsi che non sia vitale il chirurgo stimola creando una mappa con delle etichette le stimolazioni possono produrre afasia per cui si deduce che quel punto è intoccabile

Metodi neurobiologici

Fanno luce su come le cellule cerebrali crescono grazie all'apprendimento

Kandel studiò un piccolo organismo cellulare, aplisia come si modificava in base a stimoli esterni producendo risposte semplici apprendimento cellulare ha pensato che anche la psicoterapia possa indurre modificazioni delle strutture cellulari. Studi sui macachi nell’imparare ad utilizzare un rastrello esempio di plasticità le cellule della corteccia sensoriale acquisiscono le risposte di modali se quindi sensoriali visive che via via modificano l’ampiezza dell’apprendimento se si misura la quantità di alcune proteine si nota che particolari proteine vengono prodotte solo in fase di apprendimento che sono in grado di modificare la struttura della cellula per elargire una risposta.

Neuroni e cellule gliali

Componenti principali del sistema nervoso

• Neuroni = cellule capaci di dare origine e trasmettere segnali di natura elettrica cellule eccitabili
• Cellule gliali = circondano e sostengono i neuroni Funzione di: supporto / nutritiva / immunitaria

Contributi di Golgi e Cajal

Golgi fu uno dei teorici che studiò il neurone come unità base costituente il SNC, pensava fossero cellule unite attraverso una rete teoria reticolare

Cajal individuò i neuroni come unità distinte tra loro, formulo la teoria del neurone in cui la cellula neuronale viene concepita come unità funzionale con funzioni precise derivate dalla sua struttura e dalle specifiche connessioni con le cellule vicine ed avente una polarizzazione dinamica. Affermò che la sinapsi comprende tre elementi essenziali: terminale presinaptico, bersaglio postsinaptico e spazio sinaptico.

Metodologie per studiare i neuroni

Istologia, metodi di colorazione

• Colorazione di Golgi colora solo alcune cellule del tessuto nervoso mettendo in evidenza il corpo e le estensioni
• Colorazione di Nissl mette in evidenza il nucleo delle cellule nervose

Visualizzazione microscopica

• Microscopio confocale utilizza dei marcatori fluorescenti assorbiti dai neuroni, in modo tale che si possano cogliere le unità neuronali e i relativi rapporti spaziali con le altre cellule
• Immunoistochimica vengono iniettati anticorpi a cui poi si legano dei marcatori, si evidenziano delle fibre sensoriali nella loro sede di inizio

Il neurone

Nel sistema nervoso sono 100 miliardi, sono connessi tra loro e formano dei circuiti anatomici

Corpo cellulare, soma

• Essenziale per la sintesi proteica, contiene il nucleo dove inizia la sintesi proteica che termina nel citoplasma dove ci sono RER, apparato di Golgi, mitocondri

Neuriti

• Prolungamenti da qui si distinguono: dendriti prolungamenti più corti
• Assone prolungamento più evidente, termina prendendo contatto con altri neuroni o con fibre muscolari, può essere ricoperto dalla guaina mielinica, ci possono essere assoni con collaterali ovvero un pezzo di assone che ritorna verso il corpo cellulare, servono al neurone per autoregolarsi, nel terminale assonico possono essere contenuti i mitocondri

Membrana plasmatica o membrana cellulare

Costituita da un doppio strato fosfolipidico, molecole anfipatiche con testa apolare e code polari, le teste sono rivolte verso il liquido acquoso della matrice extracellulare e del citoplasma le code invece sono rivolta all'interno nello spazio intracellulare. Nella membrana sono immerse molecole proteiche:

• Proteine di superficie adagiate sulle superfici intra ed extracellulare
• Proteine transmembrana che attraversano la membrana in tutto il suo spessore costituite da 4 o 5 subunità un canale al centro dove possono passare sostanze cariche o idratate definite canali. Fungono da recettore alcuni sono ione-specifici, i canali attivi sono modulatori del voltaggio, possono variare la permeabilità azioni in risposta a segnali di diversa natura, la variazione di permeabilità rende possibile un cambiamento della concentrazione ionica ai due lati della membrana generando segnali elettrici che verranno poi trasmessi. Pompe ioniche e trasportatori di membrana trasportano in modo attivo le molecole utilizzando l’ATP.

Nucleo

Struttura sferica situata nel soma circondato da membrana nucleare, qui si trovano i cromosomi formati da lunghi filamenti di acido desossiribonucleico contenente il patrimonio genetico, vi sono alcuni segmenti i geni la cui attivazione porta alla sintesi proteica, che inizia con la trascrizione genica in cui, a partire dai geni, viene prodotto l’acido ribonucleico messaggero che attraverso la membrana nucleare e passa al citoplasma dove avviene la sintesi proteica.

Assone

Connesso al soma tramite il cono di emergenza, prolungamento specializzato deputato alla trasmissione dell'informazione all’interno del SN, tramite potenziali di azione segnali di natura elettrica = generati da canali voltaggio dipendenti = canali attivi che, quando attivati, variano la loro permeabilità agli ioni sodio e potassio. No ribosomi = no sintesi proteine ma contiene molti mitocondri = alto consumo energetico, soprattutto nel punto in cui viene rilasciato il neurotrasmettitore utile per inviare il messaggio alla cellula successiva.

Collaterali assoniche

Diramazioni che prendono contatto con altri neuroni formando le sinapsi, sono formate da una porzione presinaptica costituita dal terminale assonico e una porzione postsinaptica: regione del neurone con cui l'assone prende contatto di solito dendriti o fibra muscolare. Possono essere alla fine bottone terminale o lungo l’assone bottone sinaptico. All’interno dei bottoni si trovano delle vescicole sinaptiche dove sono immagazzinati i neurotrasmettitori rilasciati nella fessura sinaptica nel momento in cui arriva un segnale.