Definizioni per l'esame di neuroanatomia

II anno – I semestre Canale B anatomia II – Prof. Alessandro Vercelli

Neuroanatomia

Generalità

Già nell'antico Egitto si era arrivati ad una buona conoscenza dei processi mentali, la cui localizzazione è stata però scoperta da Alcmeone nel 500 a.C. con la teoria cefalocentrica; altri personaggi, come Empedocle, localizzarono invece i centri funzionali nel cuore (“cuore spezzato”).

Nell'epoca greca, Aristotele sosteneva che la psiche fosse la sede del comportamento, mentre Cartesio ipotizzava un dualismo tra di essi. Successivamente si cercò di localizzare le diverse funzioni cerebrali, mediante studio delle bozze sul cranio.

Il sistema nervoso

Il sistema nervoso si può dividere in:

• Sistema nervoso centrale (SNC)
• Sistema nervoso periferico (SNP)

Il SNC è costituito dall'encefalo, racchiuso nella scatola cranica, e il midollo spinale, racchiuso nel canale vertebrale. A livello dei condili dell'occipitale possiamo immaginare un piano di suddivisione tra encefalo e midollo spinale, anche se in realtà il limite non è netto. Il SNC comunica con i muscoli e le zone periferiche, che costituiscono il SNP, con un sistema di nervi e gangli come quelli cranici e spinali; possiamo distinguere anche un sistema nervoso autonomo (SNA) che presenta sia una componente centrale che coordina le funzioni, sia dei rami periferici che controllano la muscolatura liscia del tubo digerente (sistema nervoso enterico – plessi mioenterico e sottomucoso), dell'apparato respiratorio, dei vasi e la secrezione ghiandolare esocrina.

Possiamo suddividere il tessuto nervoso centrale in una parte più chiara, detta sostanza bianca, e una parte più scura, detta sostanza grigia; esse si dispongono in modo opposto nell'encefalo, in cui la bianca è in superficie e quella grigia in profondità, e nel cervelletto fino al telencefalo, in cui la sostanza grigia è esterna (corteccia) e quella bianca è interna. Immerso nella sostanza bianca sono presenti dei raggruppamenti di cellule dette nuclei.

Neurotrasmettitori

Il midollo spinale

È un cilindro lungo 43-45 cm e arriva fino a L1 (lo sviluppo della colonna vertebrale continua anche dopo il completamento di quello del midollo); a livello cervicale, i nervi spinali sono orientarti in orizzontale rispetto ai neuromeri di provenienza, mentre man mano che si scende, il livello di origine del nervo si allontana dal foro di efferenza. Per questo motivo, al termine del midollo, avremo un fascio di nervi che verrà chiamato Cauda Equina. Il midollo presenta due rigonfiamenti a livello craniale e ventrale, corrispondenti alle zone di innervazione degli arti superiori e inferiori, che necessitano di un abbondante tessuto nervoso.

Per analizzare il liquor si può effettuare un prelievo sotto L1, per non danneggiare il midollo spinale.

I segmenti del midollo spinale si chiamano neuromeri, da cui escono i vari nervi spinali; essi presentano una radice dorsale o posteriore e una ventrale o anteriore. Sulla radice dorsale è presente un rigonfiamento, detto ganglio. Sulla superficie esterna del midollo, anteriormente c'è una fessura mediana che si approfonda (fessura mediana anteriore); è presente lateralmente anche un solco longitudinale anteriore (PS). Posteriormente è presente invece un solco mediano dorsale, le cui metà sono unite da un ponte di glia, che lo rendono meno divaricabile; ove arrivano le radicole posteriori saranno presenti dei solchi longitudinali posteriori.

La sostanza bianca si dispone in superficie, mentre all'interno la sostanza grigia si dispone ad H, con al centro il canale residuo del tubo neurale. Il tessuto che unisce le due metà (sinistra e destra) viene chiamato commessura. I fasci di assoni possono essere distinti, a seconda della forma, vengono chiamati tratto, fascicolo o lemnisco.

L'encefalo

L'encefalo è l'organo superiore del SNC, contenuto nella scatola cranica; il peso totale dell'encefalo è di 1100 g nella femmina e 1260 g nel maschio. Esso si divide in:

• Tronco encefalico
• Cervelletto
• Diencefalo
• Telencefalo
• Emisferi cerebrali

Tronco encefalico

È costituito da:

• Midollo allungato o bulbo
• Ponte
• Mesencefalo
• VI ventricolo
• Fossa romboidale

È largo 4 cm e lungo 7-8 cm; ha la forma di un nodo di cravatta e presenta superiormente la parte mesencefalica, il nodo corrisponde al ponte e la porzione inferiore è il midollo allungato.

Sul midollo allungato è presente una fessura mediana anteriore, che si interrompe nel punto in cui i tratti cortico-spinali (fasci nervosi che dalla corteccia vanno al midollo spinale) si incrociano (o decussano); lateralmente alla fessura mediana ci sono due rigonfiamenti, chiamate piramidi bulbari del midollo allungato. Lateralmente sono presenti due solchi longitudinali laterali che danno origine al XII paio di nervi cranici (ipoglosso), mentre ancora più lateralmente è presente un rigonfiamento detto oliva bulbare. Lateralmente all'oliva è presente il solco laterale dei nervi misti, in cui decorrono i nervi accessorio-spinale, vago e glosso-faringeo (XI, X, IX paio di nervi cranici).

Il solco che separa il bulbo dal ponte è detto bulbo-pontino, da cui emergono (VIII e VII, da laterale a mediale) i nervi stato-acustico e faciale; tra lo stato-acustico e il faciale è presente il nervo intermedio di Wrisberg, contenente delle fibre che convergono nel nervo faciale. Sopra la piramide origina il VI paio di nervi cranici, l'abducente.

Il ponte è orizzontale, con delle fibre sulla superficie e un solco mediano in cui decorre l'arteria basilare del ponte; lateralmente emerge il V paio di nervi cranici, il trigemino. Superiormente è separato dal mesencefalo tramite il solco ponto-mesencefalico.

La faccia anteriore del mesencefalo presenta due strutture dette peduncoli cerebrali, dei fasci di fibre nervose discendenti che arrivano dalla corteccia cerebrale; tra i due peduncoli è presente una zona bucherellata, chiamata sostanza perforata posteriore, contenente dei vasi che entrano nel tessuto nervoso. Medialmente origina il III paio di nervi cranici, l'oculomotore comune.

Nella faccia posteriore del tronco encefalico, visibile asportando il cervelletto, troviamo una cavità centrale chiamato IV ventricolo, il cui pavimento è costituito dal ponte; il pavimento ha una forma a triangolo, la cui parte inferiore corrisponde alla parte alta del bulbo. Dal cervelletto partono tre fasci nervosi, chiamati peduncoli cerebellari (superiore, medio e inferiore), collegando il cervelletto rispettivamente al mesencefalo, al ponte e al bulbo.

Il midollo allungato presenta una parte esterna al IV ventricolo e una parte superiore interna al ventricolo; la prima è la continuazione del midollo spinale, e presenterà un solco mediano e due fasci laterali in salita chiamati fascicolo gracile (mediale) e cuneato (laterale). Questi fascicoli terminano in due rigonfiamenti laterali chiamati tubercolo gracile e cuneato. Il pavimento del IV ventricolo non ha una superficie liscia, ma presenta solchi e rigonfiamenti. Al limite tra il ponte e il mesencefalo emerge il IV nervo cranico, il trochleare, che si dirige poi lateralmente, attorno al peduncolo cerebellare, finendo poi nel seno cavernoso.

La superficie dorsale del mesencefalo presenta quattro rigonfiamenti (due superiori e due inferiori), detti tubercoli (o collicoli) quadrigemelli; i due superiori sono connessi con le vie visive e quelli inferiori con le vie uditive. Lateralmente i tubercoli si continuano con dei fasci di fibre che emergono in superficie, chiamati bracci congiuntivi; quello del tubercolo inferiore termina sul nucleo del diencefalo chiamato corpo genicolato mediale, mentre quello superiore va al corpo genicolato laterale. Sopra ai tubercoli quadrigemelli, in posizione mediale, è presente l'epifisi.

Cervelletto

È formato da due emisferi collegati tra di loro da una struttura detta verme; presenta una corteccia ripiegata su se stessa per essere contenuta in un volume ristretto. Le pieghe trasversali in superficie sono chiamate lamelle o fogliola; il verme e gli emisferi possono essere suddivisi in lobi o lobuli.

Diencefalo

È quasi interamente rivestito dal telencefalo, eccetto una zona scoperta, in cui troviamo il chiasma ottico; subito dietro è presente emergenza mediana, chiamata tuber cinereum, da cui emerge il peduncolo dell'ipofisi. Dietro all'eminenza mediana sono presenti i corpi mamillari; la parte inferiore corrisponde all'ipotalamo, mentre la parte superiore è detta talamo. È presente un'ulteriore area chiamata subtalamo, che è sempre sotto il talamo ma in una posizione diversa e soprattutto con una funzione differente dall'ipotalamo.

Telencefalo

È la porzione più craniale, e contiene i ventricoli laterali; in superficie è presente la sostanza grigia, che costituisce la corteccia cerebrale, mentre al di sotto la sostanza bianca forma il centro semiovale, contenente i gangli della base. Tra questi nuclei sono presenti delle lamine di sostanza bianca chiamate capsula interna, esterna e suprema.

In superficie sono presenti delle circonvoluzioni corticali che costituiscono una superficie di 1800-2800 cm². I 2/3 della superficie è però nascosta all'interno dei solchi; alcuni di questi sono più profondi:

• Scissura centrale di Rolando: davanti troviamo il lobo frontale, il giro pre-centrale e frontale; dietro alla scissura troviamo il giro post-centrale, dove c'è la corteccia sensitiva, mentre nel lobo temporale troviamo i giri temporali inferiore, medio e superiore.
• Scissura laterale di Silvio: separa il lobo frontale e la corteccia parietale dal lobo temporale; è presente il giro sopra-marginale, che gira attorno al margine superiore della scissura di Silvio, e il giro angolare, che gira sotto.
• Scissura calcarina, nel mezzo della corteccia occipitale; ai due lati sono presenti i labbri superiori e inferiori, corrispondenti all'area visiva primaria. Al di sotto troviamo il giro linguale.

Se spostiamo giù la corteccia temporale e in su la corteccia parietale e frontale riusciamo a mostrare dei giri nascosti, detti operecoli, che ricoprono il lobo dell'insula.

All'interno troviamo un enorme fascio di sostanza bianca, il corpo calloso, che unisce i due emisferi, i cui assoni permettono ad un emisfero di trasferire le proprie computazioni all'altro emisfero. Dentro la sostanza bianca ci sono dei nuclei grigi, chiamati gangli della base, sempre di derivazione dalla vescicola diencefalica; tra questi troviamo il:

• Nucleo lenticolare; è costituito da una parte più laterale, il putamen, e una parte più interna di cellule disperse, in cui si insinua la sostanza bianca, chiamato globo pallido.
• Nucleo caudato; è a forma di virgola e gira attorno al putamen arrivando fino al lobo temporale. Il nucleo caudato e il putamen prendono il nome di corpo striato.
• Amigdala; è un nucleo a forma di mandorla, situata sotto il nucleo lenticolare.

Visione anteriore e posteriore dei gangli della base: 1. nucleo lenticolare; 2. nucleo caudato; 4. amigdala; 3. strisce del corpo striato; 9. putamen; 10. globo pallido; 11. claustro.

Nella corteccia dell'insula, in continuità con l'amigdala, troviamo una sottile lamina di sostanza grigia che costituisce il claustro. Dalla corteccia partono delle lamine di sostanza bianca che costituiscono tre capsule: la capsula interna, tra il talamo e il nucleo lenticolare, la capsula esterna, dal claustro al talamo e la capsula estrema, tra il claustro e l'insula.

Microscopia

La corteccia cerebrale è composta da strati diversi, con cellule e caratteristiche microscopiche diverse.

• I. Strato molecolare
• II. Strato granulare esterno
• III. Strato piramidale esterno
• IV. Strato granulare interno
• V. Strato piramidale interno
• VI. Strato multiforme

Possiamo trovare all'interno degli strati degli aggregati di citoplasma, che costituiscono la sostanza di Nissl, e i nucleoli. Anche nel cervelletto troviamo una stratificazione corticale, che compone però solo quattro suddivisioni. In alcune cellule, come quelle della sostanza nera, troviamo degli accumuli di melanina che pigmentano il tessuto.

Per studiare le connessioni si usano dei traccianti retrogradi o anterogradi; in passato invece si basava sulla degenerazione degli assoni di una determinata area. Come tracciante si possono usare la subunità B della tossina colerica (forma non tossica ma affine al SNC), e dei virus neurotropi, che evidenzieranno il passaggio trans-sinaptico dei virus attraverso determinati nervi e gangli, fino ad arrivare ai centri superiori. Usando i virus quindi posso evidenziare l'intera via di connessione e, duplicandosi, si riesce a mantenere una concentrazione adeguata (il colorante invece si diluirebbe).

In passato le tecniche diagnostiche prevedevano un approfondito esame neurologico, i raggi X e EEG; ora vengono impiegate invece TAC (tomografia assiale computerizzata), PET (tomografia ad emissione di positroni), RMN (risonanza magnetica nucleare), fRMN (risonanza magnetica nucleare funzionale), DTI (diffusion tensor imaging) e MEG (magneto-encefalografia).

Una nuova tecnica è l'optogenetica, ovvero l'inserzione di opsine in gruppi cellulari stimolati con radiazioni luminose; in questo modo posso analizzare e manipolare l'attività dei singoli neuroni in vivo e in tempo reale.

29 ottobre 2013

Lo sviluppo del sistema nervoso

All'inizio della III settimana l'embrione è un disco trilaminare, costituito da ectoderma, mesoderma e endoderma, che progressivamente iniziano a formare una estremità craniale e una caudale. Dall'estremità caudale si forma la linea primitiva, un solco che verso l'avanti presenta il nodo primitivo; la linea primitiva si allunga progressivamente verso l'estremità craniale, formando la placca craniale (primo abbozzo del SNC). In fasi successive, l'ectoderma forma dalla placca il solco neurale, i cui margini laterali si alzano sempre più fino a fondersi, formando il tubo neurale. L'embrione inizia ad assumere un aspetto tridimensionale, iniziando a curvarsi longitudinalmente, nella piega craniale e caudale, e trasversalmente, nella piega dell'intestino medio. La doccia e il solco neurale quindi si chiudono originando il tubo, lasciando aperti solo un'apertura superiore e una inferiore chiamati neuropori; nel caso in cui non si chiudano i neuropori si verificano anencefalia nel caso di quello superiore e spina bifida nel caso di quello inferiore.

Inoltre, mentre il tubo neurale si chiude, tra la superficie dell'embrione e il tubo si interpongono delle cellule del mesenchima, derivate dal mesoderma; in assenza del mesenchima interposto si avrà l'encefalocele. Alcune cellule della placca neurale rimangono intrappolate al di fuori del tubo neurale in formazione, originando la cresta neurale; queste cellule migreranno lateralmente, originando i gangli spinali, i gangli del SNA, i gangli del SN enterico e di altri tessuti non nervosi.

Alla IV settimana, se isoliamo il tessuto nervoso in formazione, esso ha già iniziato a fare delle pieghe e a dilatarsi nelle varie vescicole; inizialmente le vescicole sono solo tre, ma si suddividono successivamente in cinque vescicole secondarie.

• Rombo-encefalo → mielencefalo (origina il midollo allungato) → metencefalo (origina il ponte e il cervelletto)
• Mesencefalo
• Pro-encefalo → diencefalo (talamo, ipotalamo, subtalamo e epitalamo – nervo ottico e retina) → telencefalo (emisferi cerebrali, corteccia cerebrale, gangli basali)

Il rombo-encefalo si dilata soprattutto nel metencefalo e al cavità all'interno originerà il IV ventricolo; all'interno del mesencefalo si sviluppa l'acquedotto di Silvio, che rimane poco sviluppato. La cavità presente all'interno del diencefalo diventerà il III ventricolo, mentre quelle nel telencefalo saranno i I e II ventricolo (dette laterali); le cavità ventricolari comunicano tra di loro.

Ci sono due siti di neurocitogenesi, ovvero la zona ventricolare e la cresta neurale, che origineranno cellule di strutture differenti; all'interno rimangono delle cellule staminali che persistono anche nell'adulto. Alcuni neuroni si specializzano, come le cellule di Cajal-Retzius, responsabile della corretta stratificazione della corteccia cerebrale, o le cellule della glia radiale nel cervelletto e nella corteccia cerebrale, che costituiscono un supporto alla migrazione delle cellule di Purkinje verso la loro destinazione definitiva; queste cellule si modificheranno poi in astrociti.

Lo sviluppo delle varie vescicole è indotto dai geni omeobox e da vari geni che delimitano i segmenti trasversali. Sulle future pareti del III ventricolo si trova un'area detta eminenza ganglionare, da cui originano gli interneuroni, mentre a livello dei ventricoli laterali c'è una zona ventricolare, da cui originano soprattutto i neuroni piramidali della corteccia. Gli interneuroni in parte danno origine all'eminenza ganglionare e in parte danno origine alla corteccia.

In fase di sviluppo, delle alterazioni congenite di una piccola area possono modificare l'intero cervello in modo patologico, generando l'epilessia; in questo caso, anche esportando la regione danneggiata, le crisi epilettiche possono comunque verificarsi. Nel caso in cui gli interneuroni inibitori non migrano correttamente, alcune aree avranno un eccesso di interneuroni eccitatori.

L'identità cellulare viene regolata da interazioni cellulari locali e da fattori diffusibili; in realtà, alcune cellule contengono dei fattori di trascrizione, come le cellule che proiettano al corpo calloso.