Neuroanatomia - Appunti

Cenni di filogenesi

Lo sviluppo è legato soprattutto a una spinta di natura evolutiva. Gli imperativi

biologici sono la sopravvivenza della specie e la sopravvivenza dell’individuo. Per

sopravvivere una specie deve garantire la sopravvivenza dei suoi membri fino al

momento della procreazione. È importante la capacità di percepire le condizioni

esterne ed avere una risposta appropriata agli stimoli esterni.

Un neurone rispetto alle altre cellule è perfezionato nell’eccitabilità di membrana e

nella comunicazione. Le cellule nervose si sviluppano durante la filogenesi

specializzandosi nella comunicazione. Diventano quindi cellule iperspecializzate e

perenni, quindi hanno il problema della rigenerazione.

Sono presenti solo negli organismi pluricellulari in cui si differenziano dei tessuti

(eumetazoi).

Nelle spugne (pluricellulari marini) compaiono elementi mioidi con capacità

contrattili ed eccitabili in risposta a uno stimolo di natura meccanica. Negli cnidari si

hanno elementi nervosi sensoriali che si differenziano negli epiteli. Sono in grado di

rispondere a uno stimolo esterno e sono legate a elementi contrattili. La situazione si

evolve nei cnidari superiori quando compare l’arco riflesso semplice (stimolo—>

attività riflessa): oltre agli elementi neurosensoriali compaiono cellule nervose

motorie. Compare la sinapsi, una specializzazione della comunicazione. All’inizio

sono di tipo elettrico bidirezionali, poi si hanno quelle di tipo chimico generalmente

unidirezionali con un elemento presinaptico ed uno postsinaptico. Un altro salto

evolutivo è la comparsa degli interneuroni, cellule nervose con nessun tipo di contatto

con la periferia (esterno dell’organismo). Gli interneuroni si trovano tipicamente fra

gli elementi sensoriali e gli elementi motori. Man mano si sale nella scala filogenetica

il numero di neuroni aumenta moltissimo fino a arrivare al 99,9% dei neuroni nel

nostro caso. I sistemi nervosi primitivi non sono come il nostro: si organizzano come

una rete nervosa diffusa al di sotto dello strato più superficiale dell’organismo con

molte sinapsi elettriche bidirezionali.

Sinapsi: termine coniato da lord Sherrington, prevede un elemento presinaptico e uno

postsinaptico, un neurotrasmettitore di tipo chimico. Sono quasi tutte unidirezionali e

portano a una depolarizzazione o un’iperpolarizzazione della membrana

postsinaptica. L’azione inibitoria o eccitatori dipende dai recettori postsinaptici. Ci

sono anche dei neuromodulatori che modulano l’azione dei neurotrasmettitori. Ci

sono anche neurotrasmettitori per volume legati alla liberazione di gas nell’intorno e

trasmissioni di tipo elettrico.

Le sinapsi possono terminare in punti diversi di un neurone: sul soma, sull’assone,

sull’albero dendritico in posizione più prossimale o più distale.

Interneuroni: sono una conquista evolutiva perché permettono di liberarsi dall’arco

riflesso semplice e una gamma di comportamenti (circuiti più complessi). Possono

essere sia eccitatori sia inibitori a seconda del circuito. Il 99,9 % dei neuroni del

nostro SNC sono interneuroni. Le uniche del centrale che hanno un contatto con la

periferia sono i motoneuroni perché i neuroni pseudounipolari sono nei gangli

sensitivi del SNP.

!

! 1

Trasmissione:

Diretta semplice

• Indiretta semplice (ritardo sinaptico per un interneurone)

• Trasmissione divergente: un interneurone permette di divergere lo stimolo con un

• ritardo sinaptico su più neuroni

Ridistribuzione temporale: l’elemento sensoriale invia un input a un motoneurone e

• con una sinapsi contatta un interneurone che agisce successivamente dopo un

tempo sinaptico sul motoneurone (anche attività di attivazione-inibizione).

Convergenza

•

Circuiti riverberanti: circuiti di controllo in cui il neurone si autoregola con uno

stimolo che, attraverso una serie di elaborazioni più o meno complessi, torna alla sede

originaria si partenza.

È avvenuto il progressivo raggruppamento in gangli e una progressiva

centralizzazione rispetto all’asse di simmetria. C’è anche una polarizzazione

(encefalizzazione): se ne mettono numerosi in un punto (testa) dell’organismo

funzionale alle funzioni dell’organismo. Si forma quindi un polo cefalico e delle

strutture recettoriali specifiche. Nei cefalocordati si ha un’organizzazione di tipo

assiale ben visibile (anfiosso, archetipo del SN dei vertebrati). Compaiono delle

vescicole e infine si ha la formazione di organi sovrassiali separati dalla periferia.

L’ultimo passo è lo spostamento dei neuroni sensitivi al di fuori del SNC.

Gli organismi bilaterali tendono ad essere più attivi e quindi necessitano di organi di

senso e di strutture con cui alimentarsi. Le cellule nervose che si organizzano nella

porzione più anteriore ricevono input sensoriali e si sviluppa una sorta di cervello

primitivo.

A partire dai vermi piatti il sistema nervoso si polarizza.

Il polipo ha il sistema nervoso più sofisticato tra gli invertebrati.

Nel sistema nervoso dei vertebrati il cervello diventa più grande e complesso e

compaiono dei rigonfiamenti (vescicole) nella porzione anteriore. Il midollo spinale è

protetto dalle vertebre e connesso alla periferia da una via a doppio senso. Le fibre

nervose sono segregate in vie ascendenti e vie discendenti. L’archetipo è quello

dell’anfiosso con sistema nervoso tubulare localizzato dorsalmente.

Il sistema nervoso si suddivide in sistema nervoso centrale (parti localizzate nelle

cavità dorsali dell’organismo) e periferico (insieme di fibre nervose e gangli che

connettono il SNC con la periferia). Il periferico è fatto sia da fibre nervose sia da

gangli, alcuni di natura sensitiva localizzati molto vicino al SNC e altri

visceroeffettori appartenenti al SNA.

Vescicole encefaliche: romboenceflica (posteriore), mesencefalica (intermedia),

prosencefalica (anteriore). Nel cervello più complesso di altri vertebrati il sistema

nervoso si sviluppa attraverso 5 vescicole, perché alcune delle 3 primitive vanno

incontro a suddivisione: la romboencefalica si suddivide in mielencefalica più sudale

e metencefalica. La prosencefalica si suddivide in due telencefaliche e una diencefali

durante l’ontogenesi. L’ontogenesi ripercorre la filogenesi.

Nei mammiferi compaiono due strutture: la neocorteccia e il neocerebellum. Il

cervello aumenta di dimensioni relativamente all’aumento i dimensioni del corpo

solo a partire da uccelli e mammiferi. 2

I neuroni sensitivi primari si spostano fuori dal SNC nei gangli sensitivi (fanno parte

del sistema nervoso periferico). Si formano gli organi sovrassiali con molti neuroni

che si localizzano nelle cortecce. Durante lo sviluppo del sistema nervoso si

sviluppano diverti tipi di cervello, circuiti nervosi che devono svolgere diversi tipi di

funzione. C’è il “cervello rettile” più semplice che si occupa delle risposte base. Poi

c’è il “cervello limbico” dei mammiferi più vecchi che ha più a che fare con la parte

emotivo-instintiva e il neocortex con la funzione cognitiva complessa.

Nel sistema nervoso dell’uomo ci sono:

12

10 neuroni (99,9% interneuroni)

• 15

10 contatti sinaptici

•

Organizzazione in:

Sostanza bianca (assoni): cordoni, tratti, funicoli, fasci

• Sostanza grigia: nuclei (enclavi fenotipiche), cortecce

•

Permangono le regole fondamentali di convergenza e divergenza e si aggiungono

circuiti riverberanti e di feedback.

Il sistema nervoso funziona come una singola cellula nervosa: ha una parte

recettoriale dove riceve delle informazioni, processa e integra queste informazioni ed

emette un output.

Raccolta di informazioni: deve reagire ed adattarsi in continuazioni a modificazioni o

stimoli provenienti dall’ambiente esterno o dall’ambiente interno (mantenimento

dell’omeostasi dell’ambiente interno). Gli stimoli sono forme di energie che devono

arrivare al centro tramite la componente afferente del sistema nervoso periferico che

porta le informazioni al sistema nervoso centrale. Servono delle strutture recettoriali

semplici o complessi che sono dei trasduttori di energia. I recettori sono innervati da

neuroni sensitivi primari localizzati in gangli sensitivi che sono o a livello dei nervi

spinali o dei nervi cranici.

Il sistema nervoso centrale è contenuto nelle cavità dorsali (neurocranio e canale

vertebrale). Elabora, integra e genera risposte.

Le risposte devono essere portate alla periferia, grazie a una componente efferente del

sistema nervoso periferico con attività di tipo volontario o involontario (riflesse).

Determinano la contrazione della muscolatura liscia o striata o una modificazione

della secrezione ghiandolare.

Sviluppo della sfera psichica: funzioni cerebrali complesse non necessariamente

mirate alla sopravvivenza della specie e dell’individuo.

Per il SNC è periferia tutto quello che non è SNC (ambiente esterno e ambiente

interno). Le afferenze si distinguono in base alla loro origine:

Afferenze somatiche: ossa, muscoli striati, articolazioni, cute (interfaccia con il

• mondo esterno)

Afferenze viscerali: muscolatura liscia, modificazioni del sangue (pH, pressione

• osmotica), pressione sanguigna

Afferenze speciali: vista, udito, olfatto, gusto, equilibrio

• Nel SNC: vie della sensibilità somatica, vie della sensibilità viscerale, vie della

• sensibilità special (vie ascendenti)

Efferenze somatiche: muscoli striati

• Efferenze viscerali: muscolatura liscia, muscolatura cardiaca, ghiandole

• 3

Nel SNC: vie somatomotrici, vie visceroeffettrici (vie discendenti)

•

!

SVILUPPO DEL SISTEMA NERVOSO

Durante la 3° settimana di sviluppo embrionale si ha la gastrulazione, un processo

con cui si passa da un embrione bilaminare a uno trilaminare, poiché si forma il

mesoderma intraembionale. Si possono riconoscere:

-­‐ Un asse anteroposteriore (rostro-caudale)

-­‐ Un asse dorsoventrale

-­‐ Un asse mediolaterale

Il disco embrionale ha una simmetria bilaterale.

Sulla regione mediana si rileva un solco, la linea primitiva cranio-caudale, che si

arresta al nodo cefalico o nodo di Hensen. Lungo la linea primitiva ‘scendono’ delle

cellule in senso cefalico, separando endoderma da ectoderma, tranne nella sulla

membrana buccofaringea e sulla membrana cloacale. (Ricorda che supera la

membrana buccofaringea e va a formare la lamina cardiogenica).

Il mesoderma sotto alla linea basale forma una struttura nella regione rostrale

importante per la formazione della testa e per la parte rostrale del sistema nervoso, la

placca precordale o endoderma viscerale anteriore.

Caudalmente alla placca precordale si ha la formazione della notocorda; mentre la

notocorda si allunga la stria primitiva regredisce fino alla membrana cloacale.

La placca precordale e la notocorda producono una serie di fattori che hanno una

funzione induttiva rispetto al mesoderma sovrastante e all’ectoderma sovrastante, con

una sequenza temporale e una sequenza rostro-caudale. Un fattore importante in

questo processo è il fattore BMP4, che mantiene l’ectoderma come tale. Nel

momento in cui si forma la notocorda produce un fattore che a sua volta inibisce il

fattore BMP4 e lo induce a differenziarsi in placca neurale.

La placca neurale è una zona ispessita perché quelle zone dell’ectoderma si

allungano, diventano cilindriche. Si vede che c’è già una porzione più rostrale più

estesa e una posizione caudale allungata. Inoltre c’è un territorio al limite tra placca

neurale e ectoderma, il territorio della cresta neurale, che non viene incorporata nel

tubo neurale. (Le cellule delle creste neurali andranno incontro a dei cambiamenti,

acquisiscono capacità migratoria.)

Accanto alla posizione più caudale dell’ectoderma compaiono i somiti del

mesoderma parassiale. (Nella regione della testa c’è il mesoderma parassiale ma non

è segmentato).

Nel territorio della placca neurale si forma un solco, le regioni più laterali si

sollevano, poi si chiudono e si forma il tubo neurale. Anche le creste neurali si

separano dalla placca neurale e rimangono momentaneamente lì vicine. La fusione

inizia dal 4°-5° somite e poi continua sia in senso rostrale che in senso caudale. Prima

si chiude il neuroporo anteriore (24° giorno) e due giorni dopo (26° giorno) quello

posteriore.

Riassumendo lo sviluppo del SN:

-­‐ Formazione della placca neurale e del tubo neurale

-­‐ Proliferazione prima generalizzata (aumenta in toto la quantità di cellule) e poi

localizzata, formazione di nuclei 4

-­‐ Differenziazione di neuroblasti e glioblasti

-­‐ Trasformazione dei glioblasti in cellule gliali

-­‐ Trasformazione dei neuroblasti in neuroni

-­‐ Costituzione di connessioni sinaptiche

-­‐ Ridimensionamento numerico della popolazione neuronale: i neuroni vengono

prodotti in eccesso, ma dopo si ha un riadattamento, i neuroni muoiono per

morte cellulare programmata, inizia una competizione per fattori trofici dal

punto di vista delle sinapsi.

-­‐ Ridimensionamento delle connessioni sinaptiche e stabilizzazione sinaptica.

!

IL TUBO NEURALE

Da un epitelio cilindrico semplice mentre la placca neurale si sta chiudendo si passa a

un epitelio colonnare pseudostratificato mitoticamente attivo. (Nuclei ad altezze

diverse, tutte poggiano su membrana basale). Nella parte basale si vedono parecchi

fusi mitotici. Questo passaggio avviene perché il processo di proliferazione avviene

attraverso un processo particolare chiamato migrazione nucleare intercinetica.

1. Divisione simmetrica nel piano dell’epitelio che genera due cellule figlie uguali,

che estendono due prolungamenti, uno basale e uno apicale. Il fuso mitotico è

orientato nel piano lungo il quale si sviluppa l’epitelio. I suoi nuclei sono mobili e

vanno a disporsi a diverse altezze, a seconda delle fasi del ciclo cellulare. Il nucleo

inizia a andare incontro a un processo di migrazione lungo lo spessore

dell’epitelio entrando in fase G1, arrivano superficialmente e poi durante la fase S

si sposta nello spessore dell’epitelio, e infine il nucleo viene rispostato in regione

apicale, dove va incontro a divisione mitotica. La migrazione del nucleo è dovuta

al fatto che in zone diverse nello spessore del tubo neurale ci sono fattori

regolatori diversi che fanno sì che soltanto in un certo territorio possa avvenire la

fase di sintesi, la G2, la mitosi, ecc… Se non avviene il movimento del nucleo non

si ha un aumento numerico delle cellule nervose.

2. Perché le cellule entrino in un processo di differenziazione occorre una divisione

asimmetrica che avviene in un piano perpendicolare al piano dell’epitelio.

Soltanto una delle due cellule rimarrà in contatto con la zona adiacente al lume del

futuro tubo neurale entrerà nel ciclo, mentre la cellula che ha perso il contatto

entrerà nel processo differenziativo. Alcune cellule neuroepiteliali perdono il

contatto con il margine interno del tubo neurale e contemporaneamente cessano di

sintetizzare DNA. In questo modo si differenziano in neuroblasti, precursori dei

neuroni multipolari. Questi neuroni si iniziano a ‘arrampicarsi’ sulla glia radiale

(indifferenziata) e vanno a raggiungere la porzione prestabilita dello spessore del

tubo neurale e da lì si staccano e iniziano a spostarsi tangenzialmente. Quando le

cellule neuroepiteliali hanno smesso di produrre neuroblasti iniziano a

differenziarsi in cellule che formano la neuroglia: gli astrociti (funzione di

rifornimento nutritivo) e gli oligodendrociti (producono la mielina).

Il meccanismo di divisione simmetrica e asimmetrica è molto usato in generale negli

epiteli, non solo nel sistema nervoso.

Durante questo processo di proliferazione e differenziazione la parete del tubo

neurale si organizza in tre zone: 5

-­‐ Una zona ventricolare: strato ependimale dove avvengono le mitosi, lo strato di

cellule proliferanti (non più nell’adulto)

-­‐ Zona intermedia: strato mantellare: sostanza grigia, si accumulano i corpi dei

neuroni

-­‐ Zona periferica: strato marginale: sostanza bianca, assoni

Questa organizzazione si ritrova nel midollo spinale e in parte nel tronco encefalico.

Nella parte più rostrale (prosencefalo) del tubo neurale: i neuroni man mano che

lasciano la zona di replicazione invece di portarsi nella zona mantellare vanno nello

strato marginale (più superficiale), formando una corteccia, una placca precorticale.

Sotto alla zona precorticale, che poi diventerà la corteccia, si forma la sostanza

bianca. Abbiamo anche una zona di proliferazione più profonda di sostanza grigia che

forma i nuclei profondi del telencefalo.

!

La genesi dei neuroni

Un neuroblasto per diventare neurone deve andare incontro a una serie di

modificazioni: aumento delle dimensioni del corpo cellulare, formazione di un albero

dendritico complesso in base al tipo di neurone, i dendriti si allungano, assumono un

orientamento particolare nello spazio, poi avviene l’allungamento dell’assone.

Preparati di Golgi fatti sulla corteccia motoria umana: si vede come evolve la

struttura dei neuroni nella stessa area in momenti diversi della vita dell’individuo. La

maturazione è molto lunga e la ramificazione dendritica è massima a 2-3 anni, l’età in

cui si apprende molto velocemente.

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Mielinizzazione

Dopo la nascita c’è poca mielinizzazione nella via corticospinale, a livello delle radici

motorie e in misura minore delle radici sensitive (bambino gira solo la testa, la

maggior parte dei movimenti sono riflessi). Nel primo anno dopo la nascita si

sviluppa tantissimo (Il bambino inizia a sollevare la testa volontariamente,