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Psicobiologia: Disturbi d'ansia_disturbo autistico_disturbo da deficit dell'attenzione_disturbi da stress, Sonno, Visione, L'udito, i sensi corporei e i sensi chimici, Abuso di sostanze

Appunti di Psicobiologia: Disturbi d'ansia_disturbo autistico, disturbo da deficit dell'attenzione, disturbi da stress, Sonno, Visione, L'udito, i sensi corporei e i sensi chimici, Abuso di sostanze. Appunti basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. De Gennaro dell’università degli Studi La Sapienza - Uniroma1. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Psicobiologia docente Prof. L. De Gennaro

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ESTRATTO DOCUMENTO

Lo stress prenatale può causare malfunzionamenti a lungo termine dell'apprendimento e della

memoria interferendo con lo sviluppo normale dell'ippocampo.

Stress in età precoce può causare il deterioramento delle normali funzioni ippocampali in età

successive. La compromissione della neurogenesi ippocampale sembra giocare un ruolo nello

sviluppo di depressione.

Lo stress prenatale incrementa la risposta di paura negli ambienti nuovi. Presumibilmente, le

aumentate dimentsioni dell'amigdala contribuiscono a questo atteggiamento timoroso.

Le esperienze che si verificano in età precoce possono ridurre la reattività a reazioni stressanti in

età adulta. Parte degli effetti dello stress prenatale sul feto appare mediata dalla secrezione di

glucocorticoidi.

Selye: Reazione di allarme + Fase di adattamento + Fase di esaurimento

Risposta da stress

1. Attivazione dell’asse ipotalamo- ipofisi-surrene

2. Attivazione del sistema nervoso simpatico

3. Comportamento di Evitamento (o fronteggiamento)

4. Aumento della vigilanza e dell’attivazione mentale

La risposta di coping

Ratti che apprendono a minimizzare uno shock elettrico sviluppano meno ulcere gastriche di quelli

che non hanno alcun controllo sullo shock .

Esercitare un controllo su una situazione avversiva riduce la risposta di stress

Disturbo post-traumatico da stress

Le conseguenze di eventi tragici e traumatici come quelli che accompagnano le guerre e i disastri

naturali, spesso includono sintomi psicologici che persistono dopo la fine delle situazioni stressanti.

I sintomi prodotti da tale situazione includono sogni o ricordi ricorrenti dell'evento, sensazioni che

l'evento traumatico si stia ripresentando e disagio psicologico intenso.

Sebbene gli uomini siano esposti a eventi traumatici più spesso delle donne, queste hanno una

probabilità circa quattro volte maggiore di sviluppare PTSD.

I fattori genetici sono implicati nella suscettibilità individuale allo sviluppo di PTSD.

Alcuni studi hanno identificato specifici geni come possibili fattori di rischio di sviluppo di PTSD

come quelli responsabili della produzione dei recettori dopaminergici D , dei trasportatori della

2

dopamina e dei traportatori della 5-HT condivisi.

Il rischio di PTSD sembra dipendere sia da fattori genetici sia da fattori ambientali.

Anche le persone con un particolare allele responsabile della produzione di COMT (enzima che

distrugge le catecolamine presenti nel liquido interstiziale), hanno maggiori probabilità di

sviluppare PTSD. La prolungata esposizione allo stress può causare un danno cerebrale, in

particolare a carico dell'ippocampo e dell'amigdala.

Ruolo dell'ippocampo nella suscettibilità individuale a sviluppare PTSD

Una possibilità è che l'ippocampo, che gioca un ruolo nell'apprendimento contestuale, partecipi al

riconoscimento del contesto in cui si è verificato l'evento traumatico.

La corteccia prefrontale può esercitare un'effetto inibitorio sull'amigdala e sopprimere le reazioni

emozionali. La corteccia prefrontale mediale gioca un ruolo essenziale nell'estinzione delle risposte

emozionali condizionate. Diversi studi hanno raccolto prove empiriche secondo cui l'amigdala è

responsabile delle reazioni emotive nelle persone con PTSD e per cui la corteccia prefrontale gioca

un ruolo in queste reazioni, nelle persone che non hanno PTSD, inibendo l'attività dell'amigdala.

Sintomi intrusivi + Sintomi di evitamento + Sintomi da iperattivazione (SNA)

60% delle persone sarà soggetto a un evento traumatico e il 20% di esse svilupperà disturbo post-

traumatico da stress. Fattori predisponenti:

Essere stati allevati in famiglie con difficoltà economiche

• Storia di abuso o dipendenza da stupefacenti

• Storia di disturbi dell’umore

• Disturbo della condotta durante l’infanzia

Sintomi più marcati di PTSD sono associati con un minore volume ippocampale, sia in chi era stato

esposto a situazioni di stress da combattimento che nel gemello non esposto a tali situazioni .

Alti livelli di CRH (ormone rilascio corticotropina) in pazienti con PTSD

Possibile efficacia della TMS sulla corteccia prefrontale dorsolaterale

Psicofarmacologia:

SSRI

• Venlafaxina

• Nefazodone

• Benzodiazepine

• Stabilizatori dell'umore (Litio)

Psiconeuroimmunologia

Ramo delle neuroscienze che studia le interazioni tra stimoli ambientali, sistema nervoso e sistema

immunitario. Lo stress a lungo termine può essere nocivo alla salute e può persino causare un danno

cerebrale. La causa principale sono elevati livelli di glucocorticoidi e l'ipertensione indotta da

adrenalina e noradrenalina. La risposta di stress può ridurre la funzione del sistema immunitario.

Sistema immunitario

La funzione del sistema immunitario è proteggerci dalle infezioni.

Il sistema immunitario deriva dai leucociti che si sviluppano nel midollo osseo e nel timo.

Tre tipi di risposta:

Linfociti B secreti a livello di midollo spinale => immunità vascolare.

• Rilasciano immunoglobuline che riconoscono proteine/antigeni su superficie batteri.

Linfociti T (ghiandola endocrina Timo) => via diretta

• Natural killer => leucociti che distruggono agenti estranei (cellule tumorali).

• Distruzione per fagocitosi.

Le risposte immunitarie a mediazioni chimica prevedono l'azione degli anticorpi.

I microrganismi infettivi presentano particolari proteine di superficie denominate antigeni che ne

permettono il riconoscimento da parte del sistema immunitario. Tramite l'esposizione ai

microrganismi il sistema immunitario impara a riconoscere tali proteine. Il risultato è lo sviluppo di

speciali linee cellulari che producono anticorpi specifici, cioè proteine che riconoscono l'antigene e

aiutano ad uccidere il microrganismo invasore.

Un tipo di anticorpi è messo in circolo dai linfociti B. Questi anticorpi detti immunoglobuline sono

costituiti da catene proteiche. Ciascuna immunoglobulina è identica, ad eccezione di un'estremità in

cui è presente un recettore particolare che la distingue dalle altre e si unisce all'antigene

corrispondente. Qundo la linea adeguata di linfociti B rileva la presenza di particolari batteri, le

cellule rilasciano i propri anticorpi che si legano con gli antigeni presenti sulla superficie die

microrganismi invasori. Gli anticorpi uccidono gli invasori direttamente oppure richiamano altri

globuli bianchi che li distruggono.

La reazione cellulare-mediata è dovuta ai linfociti T che si sviluppano originariamente nel timo.

Anche queste cellule producono anticorpi che però restano attaccati all'esterno della loro membrana.

L'immunità a mediazione chimica e quella cellula mediata implicano diversi tipi di cellule. La

comunicazione tra queste cellule è garantita dalle citochine, sostanze chimiche che stimolano la

divisione cellulare. Le citochine rilasciate da certi leucociti quando si rileva la presenza di un

microrganismo invasore (interleuchina-1 e interleuchina-2) inducono la proliferazione degli altri

globuli bianchi e dirigono l'attacco contro l'invasore.

Controllo neurale del sistema immunitario

Le risposte di stress possono aumentare la possibilità di contrarre malattie infettive.

Lo stress incrementa il rilascio di glucocorticoidi che riducono direttamente l'attività del sistema

immunitario. I soggetti che si prendono cura dei familiari con il morbo di Alzheimer, sottoposti a

notevole stress, dimostrano una debolezza maggiore del sistema immunitario. Mantengono livelli

bassi di anticorpo IgG dopo essere stati sottoposti al vaccino antipneumococcico.

Stress e malattie infettive

Un'ampia varietà di eventi stressanti possono aumentare la suscettibilità a contrarre malattie.

L'effetto è dovuto alla minore produzione di una particolare immunoglobulina presente nelle

secrezioni delle membrane mucose . Questa immunoglobulina, l'IgA rappresenta la prima linea di

difesa contro i microrganismi infettivi che entrano attraverso naso e bocca. Quando i soggetti sono

infelici o depressi i livelli di IgA risultano inferiori alla norma. Questi risultati suggeriscono che lo

stress causato da eventi indesiderabili può aumentare la possibilità di infezioni delle vie respiratorie

riducendo la sintesi di IgA.

Stress acuto: aumento risposta immunitaria

Stress cronico (3-5 settim.): depressione risp. immunitaria

Disturbo da deficit dell'attenzione/iperattività (ADHD)

Alcuni bambini hanno difficoltà a concentrarsi, restare fermi, lavorare a un compito.

Difficoltà a reprimere le risposte, agiscono senza riflettere, comportamento irrequieto e impetuoso e

permettono ad attività inferenti di intrudere nei compiti che stanno eseguendo.

La condizione colpisce il 4-5% degli alunni delle elementari. I bambini hanno una probabilità dieci

volte superiore rispetto alle bambine di ricevere una diagnosi ma nell'età adulta il rapporto diventa

circa 2:1. Poichè i sintomi possono variare, la maggiorparte dei ricercatori ritiene che l'ADHD abbia

più di una causa. Il 60% dei bambini con ADHD continua a mostrare i sontomi in età adulta; a

questo punto un numero sproporzionalmente elevato sviluppa un disturbo antisociale di personalità

e disturbo da abuso di sostanze.

Il trattamento più comune è il metilfenidato (ritalin) un farmaco che inibisce la ricaptazione della

dopamina. Anche l'amfetamina, un altro agonista dopaminergico, riduce i sintomi.

I principali sistemi classificatori forniscono criteri precisi per porre la diagnosi di ADHD ma

differiscono tra loro in quanto Il DSM IV (American Psychiatric Association) permette di

distinguere tre forme cliniche: iperattiva-impulsiva + inattentiva + combinata

I sintomi caratteristici : Iperattività motoria + Impulsività + Inattenzione

Cause potenziali

I fattori familiari giocano un ruolo importante nel determinare le probabilità individuali di

sviluppare ADHD. Ereditarietà del 75-91%.

I comportamenti impulsivi e iperattivi che si osservano nei bambini con ADHD sono il risultato

dell'intervallo nella contingenza del rinforzo che è più breve del normale.

Carenze di trasmissione dopaminergica aumentano la rapidità dell'intervallo nella contingenza del

rinforzo: in questi bambini il rinforzo immediato è molto efficace ma un lieve ritardo gli fa perdere

la sua potenza. Per le persone con rapida contingenza, il rinforzo dopo un brave intervallo è perfino

più efficace: produce cioè iperattività. D'altro canto queste persone sono meno propense ad

impegnarsi in comportamenti seguiti da un rinforzo ritardato (attività scolastiche).

I sintomi somigliano a quelli prodotti dal danneggiamento della corteccia prefrontale: distraibilità,

dimenticanza, impulsività, scarse capacità di pianificazione e iperattività.

La corteccia prefrontale gioca un ruolo critico nella memoria a breve termine/memoria di lavoro che

utilizza per guidare pensieri e comportamento, regolare l'attenzione, monitorare gli effetti delle

azioni e organizzare piani per le azioni future.

Il fatto che il metilfenidato, un agonista dopaminergico, diminuisca i sintomi di ADHD ha

suggerito l'ipotesi secondo cui il disturbo è causato da ipoattività della trasmissione dopaminergica.

L'effetto dei livelli di dopamina nella corteccia prefrontale sulle funzioni di questa regioni seguono

una curva a U invertita (come i grafici di molte funzioni comportamentali).

Livelli moderati di motivazione aumentano la performance nella maggiorparte dei compiti ma

livelli molto bassi non riescono a indurre il comportamento nella persona mentre livelli molto alti

tendono a rendere gli individui molto nervosi interferendo con il loro livello di prestazione.

Anche la curva dose-risposta degli effetti del metilfenidato segue una funzione a forma di U

invertita. In pazienti affetti da ADHD dose troppo basse sono inefficaci e dosi alte producono un

incremento del livello di attività che compromette attenzione e cognizione dei bambini.

Il fatto che i livelli di dopamina nella corteccia prefrontale dell'uomo hanno effetti sul

comportamento, vengono da studi su persone con due differenti varianti del gene che codifica per

un enzima che i livelli dopaminergici cerebrali. La COMT è un enzima che scinde le catecolamine

nel liquido extracellulare. La COMT gioca un ruolo anche nella disattivazione di questi

neurotrasmettitori dopo il rilascio.

In alcune persone, l'amfetamina aumenta l'umore positivo e facilita la prestazione ai compiti

cognitivi mentre in altre ha l'effetto opposto. Sono stati valutati gli effetti dell'amfetamina su

compiti basati sulla memoria di lavoro in persone con diverse varianti del gene COMT.

Le persone con la variante val-val che hanno livelli cerebrali inferiori di catecolamine presentano

un miglioramento della prestazione in associazione alla somministrazione di bassi dosaggi di

amfetamina. Al contrario la somministrazione di amfetamina a individui con la variante met-met

che hanno livelli cerebrali più elevati di catecolamine finisce per compromettere la loro

performance.

Il metilfenidato aumenta il livello sia di dopamina sia di norepinefrina a livello della corteccia

prefrontale. Sembra che entrambi questi effetti migliorino i sintomi di ADHD. I farmaci che

bloccano i recettori α compromettono la performance delle scimmie su compiti di memoria di

2

lavoro e producono i sintomi di ADHD. Al contrario, le sostanze che stimolano questi recettori

migliorano la performance.

La crescita corticale risulta ritardata nei bambini con ADHD, lo spessore della corteccia all'età di

10,5 anni è lo stesso di quello di bambini normali di 7,5 anni.

La maggiorparte dei ricercatori ritiene che l'ADHD sia causato da anomali in una rete di regioni

cerebrali che implica lo striato e la corteccia prefrontale.

Autismo

I sintomi di disturbo autistico includono la capacità di sviluppare relazioni sociali normali con altre

persone, compromissione dello sviluppo di abilità comunicative e la presenza di un comportamento

ripetitivo stereotipato. La maggiorparte delle persone con disturbo autistico mostra compromissioni

cognitive. L'incidenza dello sviluppo autistico nella popolazione è pari allo 0,6-1% . Il disturbo è

quattro volte più frequente nel genere maschile.

Il disturbo autistico è uno dei disturbi generalizzati dello sviluppo che hanno sintomi simili.

Disturbo di Aspenger => sintomi non includono il ritardo dello sviluppo, delle capacità

• linguistiche e la presenza di deficit cognitivi importanti. I sintomi principali sono interazioni

sociali carenti o assenti, comportamenti ripetitivi stereotipati e interesse ossessivo per una

ristretta cerchia di persone.

Il disturbo di Rett => una sindrome neurologica genetica che si osserva nelle bambine e che

• accompagna un arresto dello sviluppo cerebrale normale durante l'infanzia.

Disturbo disintegrativo della fanciullezza => sviluppo intellettuale sociale normale, poi

• tra i 2 e i 10 anni regrediscono gravemente verso l'autismo.

La diagnosi di disturbo autistico richiede la presenza di tre categorie di sintomi: compromissione

delle interazioni sociali (primi sintomi) + abilità comunicative assenti o deficitarie + comportamenti

stereotipati.

I sintomi del disturbo autistico potrebbero essere dovuti ad anomalie cerebrali che impediscono

all'individuo di sviluppare la teoria della mente.

Lo sviluppo del linguaggio è anormale o inesistente. Spesso ripetono ciò che gli viene detto o

possono riferirsi a se stessi come fanno gli altri in seconda o terza persona.

Talvolta imparano parole e frasi meccanicamente ma non riesono a usare in modo produttivo e

creativo. Quelli che acquisiscono buone capacità di liguaggio, parlano delle loro preoccupazioni

senza preoccuparsi degli ainteressi degli altri. Di solito prendono alla lettera ciò che gli viene detto.

Solitamente mostrano interessi e comportamenti anomali. Talvolta mettono in atto movimenti

stereotipati (oscillare la mano o dondolarsi). Talvolta si attaccano ad un oggetto particolare e se lo

portano dietro ovunque. Possono assorbirsi completamente nell'attività di allineare oggetti per

formare specifiche configurazioni. Frequentemente insistono nel seguire abitudini precise e possono

sviluppare attacchi di ira violenta se è loro impedito di farlo. Non sviluppano alcun tipo di gioco

come se e sono disinteressati alle storie di fantasia. Alcuni presentano talenti isolati.

Ereditarietà

Le prove empiriche indicano che l'autismo è fortemente ereditario. La percentuale di concordanza

nei gemelli monozigoti è del 70% mentre nei dizigoti del 5%. La percentuale di concordanza per

quelli che sono definiti disturbi dello spettro autistico (DSA) è pari al 90% nei gemelli monozigoti e

al 10% nei dizigoti.

Il disturbo autistico può essere causato da un'ampia varietà di mutazioni rare, specie quelle che

interferiscono con lo sviluppo e la comunicazione tra i neuroni.

Patologia cerebrale

Il fatto che l'autismo sia altamente ereditario potrebbe indicare che il disturbo è il risultato di

anomalie strutturali o biochimiche del cervello. In oltre una varietà di condizioni patologiche non

genetiche specie quello che si si verificano durante lo sviluppo prenatale, può produrre sintomi

autistici. Il 10% di tutti i casi di autismo ha cause biologiche definibili come la rosolia durante la

gravidanza, l'assunzione pranatale di talidomide, encefalite causata da herpes virus e la sclerosi

tubercolosa.

Le prove empiriche raccolte negli ultimi anni indicano significative anomalie di sviluppo del

cervello di bambini autistici. Il cervello autistico è leggermente più piccolo alla nascita poi

comincia acrescere in modo anormalmente veloce e all'età di 2-3 anni è il 10% più grande di un

cervello normale. A seguito di questo scatto precoce, la crescitò del cervello autistico rallenta,

sicchè al momento dell'adolescenza è solo 1-2% più largo del normale.

Le regioni che sembrano essere maggiormente implicate nelle funzioni compromesse dall'autismo

mostrano la crescita più veloce in fase precoce e la più lenta tra la prima infanzia e l'adolescenza.

La corteccia frontale e la corteccia temporale crescono velocemente nei primi due anni di vita e

incrementi di dimensioni scarsi nei successivi due anni.

Anche l'amigdala segue un pattern di crescita anomalo durante lo sviluppo. Per l'età di 4 anni è più

larga nel cervello autistico mentre nell'età adulta ha le stesse dimensioni delle persone non

autistiche ma contiene meno neuroni.

I cervelli autistici mostrano anche anomalie della sostanza bianca. Il volume della sostanza bianca

contenente assoni corti è maggiore contrariamento a quello della sostanza bianca contenente assoni

lunghi che connettono regioni distanti del cervello.

La produzione di una quantità eccessiva di neuroni nelle fasi precoci di sviluppo può indurre la

crescita di un così elevato numero di assoni corti mentre lo sviluppo di assoni lunghi è inibito.

Difficoltà a costruire una teoria della mente. Attività normale dei primi livelli della corteccia visiva

ma l'attivazione del solco temporale superiore (STS) e della corteccia prefrontale mediale è

risultata molto inferiore. STS gioca un ruolo molto importante negli stimoli che indicano le azioni

di un altro individuo.

L'area fusiforme della faccia (FFA) localizzata in una regione della corteccia visiva di

associazione alla base del cervello è implicata nel riconoscimento dei singoli volti e ha una bassa

attivazione nei pazienti autistici. Questi sono carenti nel riconoscimento delle espressioni facciali

delle emozioni o della direzione dello sguardo di un'altra persona ed hanno basse percentuali di

contatto oculare con gli altri.

Anche le persone con lesione all'amigdala non sono in grado di guardare gli altri negli occhi. Lo

sviluppo anomalo dell'amigdala nei soggetti affetti da autismo potrebbe essere responsabile delle

basse percentuali di contatto oculare con le altre persone e delle difficoltà di valutazione dell'altrui

stato emozionale.

L'ossitocina, un peptide che serve da ormone e neuromodulatore, facilita i legami di coppia e

aumenta la fiducia e l'intimità con gli altri. Livelli inferiori di questo peptide negli autistici.

I deficit sociali osservati nell'autismo potrebbero essere conseguenti allo sviluppo anomalo del

sistema dei neuroni specchio. Gli autistici non riescono a sbadigliare quando osservano un filmato

di altre persone che sbadigliano.

Le caratteristiche comportamentali di persone con disturbo dello spettro autistico sembrano essere

un'esagerazione dei tratti tendenzialmente associati al genere maschile. Questi disturbi possono

essere il risultato di un cervello estremamente mascolinizzato. Il genere maschile di solito esibisce

un interesse maggiore nel lavorare con oggetti fisici e sistemi logici piuttosto che con le relazioni

sociali. La differenziazione sessuale del cervello è i gran parte controllata dall'esposizione prenatale

agli androgeni. Le bambine con iperplasia surrenalica congenita che sono esposte a livelli

anormalmente elevati di androgeni durante lo sviluppo fetale, presentano un numero maggiore di

tratti autistici. Un cervello estremamente mascolinizzato potrebbe essere il risultato di anomalie

genetiche che incrementano la sensibilità agli androgeni del cervello in evoluzione.

La presenza di comportamento stereotipato ripetitivo e di preoccupazioni ossessive per particolari

soggetti, ricorda il DOC. I sintomi di DOC sembrano essere correlati all'incremento dell'attività al

livello del nucleo caudato. La stessa cosa può essere vera per i sintomi comportamentali di autismo.

Diversi studi hanno osservato l'aumento di volume del nucleo caudato dei soggetti autistici.

Autismo savan (1/10) => Temple Grandin

Condivisi sintomi di:

Sindrome da x fragile

• Sindrome di Tourette

• Phenylketonuria

Incidenze perinatali

Rosolia, idrocefalo

• Farmaco Talidomide

Una descrizione fisiologica e comportamentale del sonno

In un laboratorio del sonno il ricercatore prepara il soggetto sperimentale per le misurazioni

elettrofisiologiche montando elettrodi sullo scalpo per l'elettroencefalogramma (EEG) e sul mento

per controllare l'attività musculare registrata come elettromiogramma. Gli elettrodi attaccati intorno

agli occhi controllano i movimenti oculari registrati come elettro-oculogramma.

L'attività alfa consiste in onde regolari di frequenza media comprese tra 8 e 12 HZ (anche se si

tengono occhi chiusi).

L'attività beta consiste in onde irregolari di solito di ampiezza elevata, comprese tra 15 e 30 Hz.

L'attività beta mostra desincronizzazione: molti circuiti neurali diversi del cervello stanno

attivamente elaborando le informazioni.

Stadio 1 del sonno

Caratterizzato dalla presenza di attività theta (3,5 – 7,5 Hz) che indica che le scariche dei neuroni

nella neocorteccia stanno divenendo più sincronizzate. Transizione tra la veglia e il sonno.

Stadio 2 del sonno

L'EEG è generalmente irregolare ma contiene periodi di attività theta , fusi del sonno (brevi salve

di 12-14 Hz che si verificano da due a cinque volte al minuto negli stadi 1-4 del sonno) e complessi

K (rapide e improvvise deflessioni verso l'alto e verso il basso che, contrariamente ai fusi del

sonno, si rilevano quasi esclusivamente durante lo stadio 2. Insorgono spontaneamente alla velocità

di uno al minuto ma possono anche essere indotti da rumori improvvisi).

I complessi K potrebbero consistere in periodi isolati di inibizione neurale. I complessi K sembrano

essere i precursori delle onde delta che appaioni nei livelli più profondi del sonno.

Stadio 3 del sonno

Caratterizzato dal prodursi di attività delta di elevata ampiezza (frequenza inferiore a 3,5 Hz).

La distinzione tra gli stadi 3 e 4 non è netta: lo stadio 3 contiene dal 20% al 50% di attività delta

mentre lo stadio 4 più del 50%. Lo stadio 4 è quello del sonno più profondo.

La caratteristica più importante del sonno ad onde lente è la presenza di oscillazioni lente inferiori a

1 Hz. Ciascun oscillazione consiste in un unica onda bifasica di elevata ampiezza. La prima parte

dell'onda indica lo stadio down (neuroni della neocorteccia silenti) mentre la seconda parte indica

uno stato up (periodo di eccitazione in cui i neuroni della neocorteccia scaricano brevemente ad

alta velocità).

Sonno REM

Circa 90 minuti dopo l'addormentamento, 45 minuti dall'inizio dello stadio 4, notiamo una brusca

modificazione di molte delle misure fisiologiche. L'EEG diviene più desincronizzato con scariche a

onde theta simili a quelle dello stadio 1. Gli occhi saettano avanti e indietro sotto le palpebre chiuse.

Si verifica una profonda perdita di tono muscolare, le persone sono paralizzate.

Durante il sonno REM il soggetto può non reagire ai rumori ma è facilmente risvegliato da stimoli

significativi come il suono del proprio nome. Inoltre se svegliata in fase REM la persona sembra più

attenta e dirà che stava sognando.

Durante la notte si alternano periodi di sonno REM e NREM ciascun ciclo dura 90 minuti e

contiene da 20 a 30 minuti di sonno REM. Quindi 8 ore di sonno conterranno 4 o 5 periodi di sonno

REM. La maggiorparte del sonno ad onde lente (stadi 3 e 4) si verifica durante la prima metà della

notte. I successivi periodi di sonno NREM sono sempre più caratterizzati dallo stadio 2 mentre di

prolunga progressivamente la durata del sonno REM.

In fase REM diventiamo paralizzari: la maggiorparte dei nostri motoneuroni centrali e spinali è

fortemente inibita. Nel contempo il cervello è molto attivo. Il flusso ematico cererbale e il consumo

di ossigeno sono molto accelerati. Inoltre durante la maggiorparte dei periodi di sonno REM il pene

maschile divengono parzialmente eretti e le le secrezioni vaginali femminili aumentano.

Negli uomini le modificazioni genitali non indicano lo sviluppo di sogni a contenuto erotico.

Abbiamo un'attività mentale anche mentre dormiamo. I ricervatori hanno rilevato che la velocità del

flusso ematico nel cervello umano durante il sonno REM risulta elevata al livello della corteccia

visiva associativa (allucinazioni visive che si verificano durante i sogni) e bassa nella corteccia

visiva primaria (occhi non stanno ricevendo un imput visivo) e in quella prefrontale.

La corteccia frontale inferiore è implicata in attività di piannificazione e organizzazione

sequenziale degli eventi nel tempo oltre che a distinguere tra illusione e realtà.I sogni sono

caratterizzati da buone immagini visive ma sono scarsamente organizzati rispetto al tempo.

I movimenti oculari effettuati durante il sonno REM sono correlati alle immagini visive che

accompagnano i sogni. Le aree motorie corticali e sottocorticali si attivano durante i sogni che

contengono movimento come se la persona si stesse veramento muovendo.

Alcuni degli incubi più terrificanti si verificano durante il sonno profondo, specie lo stadio 4.

Disturbi del sonno

Insonnia

Problema occasionale per circa il 25% della popolazione e persistente nel 9% dei casi. L'insonnia è

definita come la difficoltà ad addormentarsi dopo essere andati a letto o a seguito di un risveglio

durante la notte.

Per molti anni l'obbiettivo dei farmaci ipnotici è stato agevolare l'addormentamento. Tuttavia

l'obiettivo finale di questi farmaci dovrebbe essere aiutare la persona a sentirsi più riposata il giorno

successivo. Se una sostanza induce immediatamente l'addormentamento ma lascia una sensazione

di ubriachezza e difficoltà di concentrazione il giorno seguente è peggio che inutile. Solo in tempi

recenti i ricercatori hanno riconosciuto che la vera valutazione di un farmaco ipnotico deve essere

effettuata durante la vegllia, il giorno dopo.

La deprivazione di sonno cronica può portare allo sviluppo di gravi problemi di salute incluso

l'aumento del rischio di obesità, diabete e patologie cardiovascolari.

Una particolare forma di insonnia è causata dall'impossibilità di dormire e respirare allo stesso

tempo. I pazienti con questo disturbo denominato apnea morfeica quando si addormentano

smettono di respirare.

Narcolessia

Disturbo neurologico caratterizzato da sonno in momenti inadeguati. Il sintomo principale è

l'attacco di sonno. Si tratta di un bisogno incontrovertibile di dormire che può vericarsi in qualsiasi

momento ma si verifica più frequentemente in condizioni monotone e noiose. Il sonno dura

generalmente 2/5 minuti e la persona si sveglia sentendosi riposata.

Un altro sintomo è la cataplessia.

Durante un attacco di cataplessia l'individuo sviluppa debolezza muscolare di varia entità. In certi

casi,la persona diviene completamente paralizzata e cade in terra. La persona giace immobile,

completamente cosciente per un periodo di pochi secondi o minuti. La cataplessia è molto diversa

dagli attacchi narcolettici di sonno, è di solito precipitata da un'emozione forte o da uno sforzo

fisico improvviso specie se il paziente è colto alla sprovvista.

La paralisi del sonno REM talvolta intrude nella veglia ma in momenti in cui non rappresenta un

pericolo fisico, appena prima o appena dopo un sonno normale, quando la persona è a letto. Questo

sintomo narcolettico è definito paralisi del sonno.

Talvolta le componenti mentali del sonno REM intrudono nella paralisi del sonno, cioè la persona

sogna mentre giace sveglia, paralizzata. Questi episodi denominati allucinazioni ipnagogiche sono

spesso allarmanti.

La narcolessia nell'uomo è un disturbo relativamento raro con un'incidenza di una persona su 2000.

Questo disturbo ereditario sembra implicare un gene situato sul cromosoma 6 ma è anche

fortemente influenzato da fattori ambientali. La mutazione di un gene specifico è responsabile della

narcolessia canina. Il prodotto di questo gene consiste nel recettore di un neurotrasmettitore

peptidico denominato ipocretina o orexina.

Esistono due recettori dell'orexina, A e B. L a mutazione responsabile della narcolessia canina

riguarda il recettore dell'orexina B. Anche nell'uomo le anomalie del sistema orexinergico

sembrano essere la causa della narcolessia. I ricercatori hanno ipotizzato che la causa della

narcolessia si un disturbo ereditario che causa l'attacco e la distruzione dei neuroni che secerneno

orexina da parte del sistema immunitario. La maggiorparte dei pazienti affetti da narcolessia nasce

con neuroni orexinergici ma durante l'adolescenza il sistema immunitario attacca questi neuroni con

il conseguente sviluppo di sintomi narcolettici. La narcolessia osservata nei pazienti con elevati

livelli di orexina potrebbere essere stata causata dalla mutazione del gene che codifica il recettore B

dell'orexina.

I sintomi narcolettici possono essere trattati efficacemente con appositi farmaci. Gli attacchi di

sonno sono ridotti da stimolanti come il metilfenidato (ritalin) agonista delle catecolamine.

I fenomeni connessi al sonno REM possono essere allleviati da farmaci antidepressivi che facilitano

l'attività serotoninergica e noradrenergica. Negli individui affetti da depressione si osservano

anomalie dei pattern di sonno REM.

Attualmente la narcolessia è trattata con il modafinil un farmaco stimolante il cui sito d'azione è

ancora sconosciuto. Il modafinil aumenta l'espressione della proteina Fos nei neuroni orexinegici il

che ne indica l'attivazione. Il farmaco agisce anche su altri target poichè è in grado di trattare

sintomi di persone narcolettiche prive di neuroni orexinergici.

Disturbo comportamentale del sonno REM

Il sonno REM è accompagnato dalla paralisi. Sebbene la corteccia motoria e i sistemi motori

sottocorticali siano estremamente attivi durante il sonno REM le persone sono incapaci di muoversi.

Il fatto che le persone siano paralizzate mentre sognano suggersisce l'ipotesi che se non fosse per la

paralisi metterebbero in atto i loro sogni.

Il disturbo comportamentale da sonno REM sembra essere un disturbo neurogenerativo con almeno

una componente genetica. Si associa spesso a disturbi neurodegenerativi (morbo di Parkinson).

Queste condizioni sono dette α-sinucleinopatie poichè implicano l'inclusione della proteina α-

sinucleina nei neuroni in degenerazione.

Il disturbo comportamentale del sonno REM può essere causato da lesioni cerebrali: in alcuni casi,

dei circuiti neurali del tronco enefalico che controllano i fenomeni del sonno REM.

I farmaci utilizzati per trattare i sintomi di cataplessia aggravano questo disturbo. La terapia

d'elezione consiste nella somministrazione di clonazepam (tranquillante benzodiazepinico).

Problemi associati con il sonno ad onde lente

Alcuni comportamenti disadattivi possono verificarsi durante il sonno ad onde lente specie nella

fase più profonda (stadio 4). Questi comportamenti includono bagnare il letto (enuresi notturna),

camminare nel sonno (sonnambulismo) ed esperire terrori notturni (pavor nocturnus).

Nessuno di questi fenomeni è correlato al sonno REM.

Sono stati rilevati casi di individui che si alimentano durante la notte, mentre dormono. I ricercatori

hanno denominato questa condizione disturbo dell'alimentazione correlato al sonno. Questo

disturbo di solito risponde bene agli agonisti dopaminergici o al topiramato, un farmaco

antiepilettico e può essere indotto da zolpidem, un agonista delle benzodiazepine che è stato

utilizzato nel trattamento dell'insonnia.

Perchè dormiamo?

La principale funzione del sonno ad onde lente è permettere al cervello di riposare.

Il sonno ad onde lente e il sonno REM sembrano promuovere diversi tipi di apprendimento.

Il sonno REM agevola lo sviluppo cerebrale.

Funzioni del sonno ad onde lente

Il sonno è un fenomeno universale tre i vertebrati e solo i vertebrati a sangue caldo esibiscono uno

stadio indubbio di sonno REM.

Il sonno sembra essere essenziale alla sopravvivenza. Le prove di questa affermazione sono fornite

dal fatto che il sonno si riscontra anche in alcune specie di mammiferi per cui sarebbe meglio non

dormire. Alcuni mammiferi marini dormono un emisfero cerebrale alla volta mentre l'occhio

controlaterale all'emisfero attivo resta aperto.

Gli studi di deprivazione del sonno sull'uomo non hanno fornito prove persuasive che il sonno sia

necessario a mantenere normale il funzionamento del corpo. La deprivazione di sonno non

interferisce con l'abilità di eseguire eserizi fisici. Non sono state riscontrate prove di risposte

fisiologiche di stress in conseguenza alla deprivazione di sonno

Tuttavia le abilità cognitive individuali sono influenzate: alcune persone riportano distorsioni

percettive o allucinazioni ed hanno difficoltà a concentrarsi sui compiti mentali.

Cosa succede nei soggetti deprivati di sonno quando hanno il permesso di dormire?

La maggiorparte di essi dorme più a lungo per una o due notti successive, sebbene non si recuperi

mai del tutto il sonno perso.

Sebbene il cervello rappresenti solo il 2% del peso corporeo totale esso consuma il 20% dell'energia

disponibile durante la veglia quieta. Il metabolismo e il flusso ematico cerebrale diminuiscono

entrambi durante il sonno ad onde lente riducendosi di circa il 75% rispetto ai livelli di veglia nel

corso dello stadio 4. Le regioni che sostengono i più alti livelli di attività durante la veglia,

mostrano le percentuali più elevate di onde delta (e i livelli minori di attività metabolica) nel sonno

ad onde lente. Quindi la presenza di onde delta in una particolare regione cerebrale sembra indicare

che quell'area sta riposando.

Il cervello ha bisogno di riposarsi periodicamente per riprendersi dagli effettti collaterali negativi

della sua attività di veglia. Uno dei prodotti di rifiuto conseguenti l'elevato tasso metabolico

associato all'attività di veglia del cervello è costituito da radicali liberi: sostanze chimiche che

contengono almeno un elettrone non appaiato. I radicali liberi sono agenti ossidanti altamente

reattivi. Possono legarsi agli elettroni di altre molecole e danneggiare le cellule che li ospitano

(stress ossidativo). Durante il sonno ad onde lente, il metabolismo rallentato permette ai

meccanismi restaurativi delle cellule di distruggere i radicali liberi e prevenire i loro effetti nocivi.

Un disturbo neurologio ereditario, insonnia familiare fatale, causa il danneggiamento di porzioni

talamiche. I sintomi di questa condizione che è correlata alla malattia di Creuzfeldt-Jacob e

all'encefalopatia spungiforme bovina, includono deficit di attenzione e memoria seguiti da uno stato

confusionale e sognante, perdita di controllo del SNA e del sistema endocrino, aumento della

temperatura corporea e insonnia. I primi segnali del disturbo del sonno consistono nella riduzione

dei complessi K e dei fusi del sonno. Quando la patologia progredisce il sonno ad onde lente

scompare del tutto e restano solo brevi episodi di sonno REM non accompagnati dalla consueta

paralisi muscolare.

E' stata progettata una procedura per tenere svegli i ratti senza forzarli all'esercizio continuo.

La deprivazione del sonno ha effetti gravi. I ratti hanno assunto un aspetto malato, interrompendo

l'attività di pulizia della loro pelliccia. Sono diventati deboli, privi di coordinazione e incapaci di

regolare la temperatura. Sebbene si siano gradualmente alimentati più del normale, il loro

metabolismo è diventato così accellerato da indurre un progressivo alo ponderale. Infine questi ratti

sono morti.

Effetti dell'attività mentale sul sonno ad onde lente

I compiti che richiedono vigilanza e attività mentale incrementano il metabolismo cerebrale del

glucosio. Gli aumenti più significativi riguardano i lobi frontali, dove l'attività delta è più intensa

durante il sonno ad onde lente.

Gli sperimentatori chiedevano ai soggetti sperimentali di eseguire un compito di apprendimento

motorio appena prima di andare a dormire. Durante il sonno il soggetti hanno dimostrato un

incremento dell'attività ad onde lente nelle regioni della neocorteccia che erano divenute attive

mentre eseguivano il compito sperimentale.

L'immobilizzazione di un braccio per 12 ore fa in modo che durante il sonno le persone mostrino

meno attività ad onde lente nelle regioni della neocorteccia che ricevono le informazioni

somatosensoriali da quel braccio e ne controllano i movimenti.

Funzioni del sonno REM

Il sonno REM rappresenta un periodo di intensa attività fisiologica. Uno dei primi rapporti sulla

deprivazione selettiva di sonno REM osservava che con il progressivo aumentare della deprivazione

la pressione ad entrare in fase REM aumentava. Dopo diversi giorni di deprivazione selettiva di

REM, i soggetti sviluppavano un fenomeno di rebound quando gli era permesso di dormire

normalmente: durante la notte di recupero, trascorrevano una percentuale di tempo molto superiore

del normale in sonno REM. Questo fenomeno suggerise che c'è bisogno di una certa quantità di

REM e che questo è controllato da un meccanismo di regolazione.

Le più elevate proporzioni di REM si osservano nel corso della fase più attiva dello sviluppo

cerebrale. Gli animali che nascono con un cervello ben sviluppato trascorrono meno tempo in REM

rispetto ai coetanei di altre specie che nascono con cervelli immaturi. Ma se la funzione del sonno

REM consiste nel promuovere lo sviluppo cerebrale, perchè questo stadio del sonno è presente

anche negli adulti? Una possibilità è che il REM faciliti le modificazioni cerebrali massicce che si

verificano in età evolutiva ma anche quelle più modeste responsabili dell'apprendimento in età

successive.

Sonno e apprendimento

Esistono due principali categorie di memoria a lungo termine: la memoria dichiaratva/esplicita e la

memoria procedurale/implicita.

Durante il sonno REM le persone hanno un livello di coscienza elevato. Se le svegliamo in questo

stadio del sonno sono vigili, lucide e in genere capaci di descrivere i dettagli del sogno che stavano

facendo. Al contrario se svegliamo le persone durante il sonno ad onde lente tendono ad essere

intontite e confuse e in genere riferiscono un'attività mentale sarsa o assente.

Il sonno REM facilita il consolidamento della memoria procedurale mentre il sonno ad onde lente

facilita il consolidamento della memoria diachiarativa.

Meccanismi fisiologici del sonno e della vegli

Il sonno come processo passivo

Bremer, Preparato cerveau isolé

Sezione mesencefalica completa tra i collicoli superiori ed inferiori => il proencefalo isolato mostra

attività EEG di sonno.

Sezione più caudale tra la parte caudale del bulbo e il midollo spinale => il proencefalo mostra

normali cicli sonno-veglia

Lesioni intercollicolari all'altezza della linea mediana, che interrompono le proiezioni della

formazione reticolare ma non quelle sensoriali, provocano attività EEG delta permanente

Il sonno come processo attivo Moruzzi

Lesioni medio-pontine provocano insonnia

L'iniezione di anestetico nella parte caudale del troncoencefalo provoca desincronizzazione EEG

L'iniezione di anestetico nella parte rostrale del ponte e del troncoencefalo provoca il sonno

Il sonno è regolato; cioè se un organismo è deprivato di sonno ad onde lente o REM tende a

recuperare almeno una parte del sonno perduto non appena gli è possibile.

Esiste quindi un meccanismo fisiologico che controlla la quantità di sonno totale di un organismo.

Il corpo produce sia sostanze che promuovono il sonno durante la veglia sia sostanza che

promuovono la veglia durante il sonno. Più a lungo una persona resta sveglia più a lungo deve

successivamente dormire per disattivare la sostanza in questione. In oltre dal momento che la

deprivazione di REM produce un debito indipendente di questo tipo di sonno dovrebbero esistere

almeno due sostanze. Ciascun emisfero cerebrale contrae il proprio debito di sonno.

E' stato ipotizzato che un neurotramettitore nucleosidico, l'adenosina, possa giocare un ruolo

primario nel controllo del sonno. Gli astrociti mantengono una piccola riserva di nutrimento in

forma di glicogeno. Nei momenti di incremento dell'attività cerebrale, questo glicogeno è convertito

in nutrimento per i neuroni; perciò la veglia prolungata causa una riduzione del livello di glicogeno

nel cervello. La caduta del livello di glicogeno causa l'incremento del livello extracellulare di

adenosina che ha effetti inibitori sull'attività neurale. Questo accumulo di adenosina serve da

sostanza promotrice del sonno. Durante il sonno ad onde lente i neuroni del cervello si riposano e

gli strociti rinnovano la loro riserva di glicogeno.

Il bisogno individuale di sonno è molto soggettivo. Prove empiriche suggeriscono l'influenza di

fattori genetici sulla durata tipica del sonno ad onde lente di ciascuna persona. Uno di questi fattori

è la variabilità del gene che codifica per un enzima, l'adenosina deaminasi, implicato nel

catabolismo dell'adenosina. Gli individui con l'allele G/A per questo gene, che codifica una forma

dell'enzima che catabolizza l'adenosina più lentamente, trascorrono 30 minuti di più in sonno ad

onde lente delle persone con il più comune allele G/G. I livelli di adenosina negli individui con

l'allele G/A si riducono più lentamente durante il sonno ad onde lente, con un conseguente

prolungamento di questo stadio.

Controllo neurale dell'arousal

La veglia non è uniforme. I circuiti di neuroni che secernono almeno cinque neurotramettitori

giocono un ruolo in alcuni aspetti del livello di vigilanza e veglia del soggetto cioè l'arousal.

Acetilcolina

Due gruppi di neuroni acetilcolinergici, uno a livello del ponte e un altro localizzato nel

proencefalo basale, producono attivazione e desincronizzazione corticale se stimolati. Un terzo

gruppo di neuroni, localizzati a livello del setto mediale, controlla l'attività dell'ippocampo.

I livelli di acetilcolina in queste regioni sono elevati in stato di veglia e durante il sonno REM,

periodi in cui l'EEG mostra attività desincronizzata.

Norepinefrina

Gli agonisti delle catecolamine, come l'anfetamina, producono arousal e aboliscono il sonno.

Questi effetti sembrano mediati dal sistema noradrenergico del locus coeruleus (LC) situato nel

ponte dorsale. I neuroni del LC inviano assoni riccamente ramificati che rilasciano norepinefrina a

livello di neocorteccia, ippoampo, talamo, corteccia cerebellare, ponte, bulbo.

L'attività di scarica dei neuroni noradrenergici del LC è risultata elevata durante la veglia, bassa

durante il sonno a onde lente e quasi azzerata nel REM.

Serotonina

Quasi tutti i neuroni serotoninergici cerebrali si trovano nei nuclei del rafe, localizzati nelle aree

bulbari e pontine della formazione reticolare. Gli assoni di questi neuroni inviano proiezioni in

molte parti del cervello incluso il talamo, l'ipotalamo, i gangli della base, l'ippocampo, la

neocorteccia. Un contributo specifico dei neuroni serotoninergici all'attivazione consiste nella

facilitazione dei movimenti automatici continui. Quando gli animali sono impegnati in risposte di

orientamento a stimoli nuovi, l'attività dei neuroni serotoninergici si riduce.

I neuroni serotoninergici sono più attivi durante la veglia. La loro velocità di depolarizzazione

declina nel corso del sonno NREM e si azzera in fase REM. Tuttavia alla fine del periodo di sonno

REM i neuroni tornano ad essere temporaneamente molto attivi.

Istamina

L'istamina è un composto sintetizzato dall'aminoacido istidina. Gli antistaminici utilizzati nel

trattamento delle allergie inducono sonnolenza: ciò accade in conseguenza al blocco dei recettori

istaminici H nel cervello.

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I corpi cellulari dei neuroni istaminergici sono loalizzati nel nucleo tuberomammillare (NTM)

dell'ipotalamo. Gli assoni di questi neuroni proiettano principalmente alla corteccia cerebrale, al

talamo, ai gangli della base, al proencefalo basale e all'ipotalamo. Le proiezioni corticali

aumentano direttamente l'attivazione e l'arousal della neocorteccia, mentre le proiezioni al

proencefalo basale e al ponte dorsale esplicano lo stesso effetto in modo indiretto, eccitando i

neuroni aceticolinergici lì localizzati. L'attività dei neuroni istaminergici risulta elevata durante la

veglia e ridotta durante l'NREM e REM.

Orexina

I corpi cellulari dei neuroni che secernono orexina sono localizzati nell'ipotalamo laterale.

Gli assoni di questi neuroni terminano in quasi ogni parte del cervello, inclusa la corteccia

cerebellare e tutte le regioni implicate nell'arousal e nella veglia come il LC, i nuclei del rafe, il

NTM, i neuroni acetilcolinergici del ponte dorsale e proencefalo basale. I

neuroni orexinaergici scaricano a velocità elevata durante la vigilanza o la veglia attiva e a velocità

bassa nel corso della veglia quieta, sonno NREM e REM. Velocità di scarica più elevata quando i

soggetti sono occupati in attività esploratoria. La narcolessia viene trattata con il modafinil i cui

effetti di allerta sono dovuti alla stimolazione del rilascio di orexina nel NTM che attiva i neuroni

istaminergici lì localizzati.

Controllo neurale del sonno ad onde lente

Il sonno è regolato da tre fattori: omeostatico + allostatico + circadiano.

Se non dormiamo per un tempo prolungato alla fine svilupperemo sonnolenza e una volta

addormentati tenderemo a dormire più a lungo del solito recuperando almeno parte del nostro debito

di sonno. Questo meccanismo di controllo del sonno è di nature omeostatica e segue gli stessi

principi che regolano l'alimentazione e l'assunzione di liquidi.

In determinate circostanze è importante riuscire a rimanere svegli (pericolo), questo meccanismo di

controllo del sonno è di natura allostatica, un termine che si riferisce alle reazioni agli eventi

ambientali stressanti.

I fattori circadiani che sono quelli che dipendono dal momento del giorno, tendono a restringere il

nostro periodo di sonno in particolari momenti del ciclo giorno/notte.

Il fattore omeostatico primario che controlla il sonno è la presenza/assenza di adenosina, una

sostanza chimica che si accumula nel cervello durante la veglia e viene distrutta durante il sonno ad

onde lente.

Il controllo allostatico è mediato principalmente da risposte ormonali e neurali a situazioni

stressanti e dai neuropeptidi (orexina) implicati nei meccanismi della fame e della sete.

Ma cosa controlla l'attività dei neuroni implicati nell'arousal?

I pazienti affetti da encefalite letargica per la maggiorparte dei casi dormono eccessivamente e si

svegliano solo per mangiare e bere. Secondo gli studiosi questi pazienti avevano una lesione

cerebrale a livello della giunzione tra il tronco encefalico e il proencefalo in una localizzazione che

dovrebbe distruggere gli assoni dei neuroni deputati all'arousal.

Alcuni pazienti tuttavia mostrano esattamente i sintomi opposti: dormivano soltanto per poche ore.

Questi pazienti presentano una lesione della regione ipotalamica anteriore. Quasta regione, l'area

preottica, è una delle più implicate nel controllo del sonno. L'area preottica contiene i neuroni i cui

assoni formano connessioni sinaptiche inibitorie con i neuroni cerebrali responsabili dell'arousal.

Quando i neuroni preottici divengono attivi essi sopprimono l'attività dei neuroni deputati

all'arousal e quindi ci addormentiamo.

La maggiorparte dei neuroni del sonno è localizzata nell'area preottica ventrolaterale (APVL).

Inoltre alcuni sono localizzati nel vicino nucleo preottico mediano (NPMn). La lesione dei neuroni

dell' APVL sopprime il sonno.

I neuroni del sonno secernono il neurotramettitore inibitorio GABA e inviano i loro assoni alle 5

regioni cerebrali implicate nell'arousal.

I neuroni del sonno dell'area preottica ricevono impulsi inibitori da alcune delle regioni che

inibiscono perciò sono inibiti da istamina, serotonina e norepinefrina. Questa mutua inibizione

potrebbe fornire le basi per stabilire i periodi di sonno e veglia.

L'inibizione reciproca caratterizza anche un circuito elettronico noto come flip-flop.

Il flip-flop può assumero uno di due stati: on o off. Perciò i neuroni del sonno possono essere attivi

e inibire le regioni che promuovono la veglia oppure le regioni che promuovono la veglia possono

essere attive e inibire i neuroni del sonno. Poichè queste strutture si inibiscono reciprocamente, è

impossibile che i neuroni di entrambe siano attivi nello stesso momento. Un flip-flop ha un

vantaggio importante: quando passa da uno stato all'altro lo fa in modo estremamente veloce.

Tuttavia i flip-flop hanno un problema: posono essere instabili. Infatti gli individui affetti da

narcolessia e gli animali con un danneggiamento del sistema dei neuroni orexinergici esibiscono

proprio questa caratteristica.

Un'importante funzione dei sistemi orexinergici consiste nel contribuire a stabilizzare in flip-flop

sonno/veglia attraverso le loro connessioni eccitatorie con i neuroni che promuovono lo stato di

veglia.

Dal momento che i neuroni orexinergici aiutano a mantenere il flip-flop sonno/veglia in stato di

vegla è ovvio domandarsi quali siano i fattori che controllano l'attività di questi neuroni.

Durante la parte di veglia del ciclo giorno/notte, i neuroni orexinergici ricevono un segnale

eccitatorio dall'orologio biologico che controlla i ritmi sonno/veglia. Questi neuroni ricevono anche

segnali dai meccanismi cerebrali che controllano lo stato nutrizionale dell'animale. I segnali

correlati alla fame attivano i neuroni orexinergici mentre quelli correlati alla sazietà li inibiscono.

Quindi i neuroni orexinergici mantengono l'arousal nei priodi in cui l'animale dovrebbe cercarsi da

mangiare.

Infine i neuroni orexinergici ricevono impulsi inibitori dall'APVL il che significa che i segnali di

sonno dovuti all'acumulo di adenosina possono finire per superare l'impulso eccitatorio diretto ai

neuroni orexinergici permettendo il sonno.

Quindi i neuroni orexinergici sonno coinvolti in tutti i fattori che controllano il sonno e la veglia:

omeostatici + allostatici + circadiani.

Controllo neurale del sonno REM

Il sonno REM è controllato da un meccanismo di flip-flop simile a quello che controlla i cicli di

sonno e veglia.Una volta addormentati il flip-flop del sonno REM controlla i cicli di REM e

NREM. I neuroni acetilcolinergici giocano un ruolo importante nell'attivazione cerebral edurante

la veglia vigile. Sono implicati nell'attivazione neocorticale che accompagna il sonno REM.

I neuroni acetilcolinergici nel ponte dorsale scaricano a velocità elevata sia durante il sonno REM

sia durante la veglia.

Ricerche più recenti suggerisono che il sonno REM è controllato dall'attività di flip-flop i cui

elementi con includono i neuroni acetilcolinergici.

Una regione del ponte dorsale, appena ventrale al locus coeruleus, contiene i neuroni REM-ON.

Nei ratti questa regione è nota come nucleo sottolaterodorsale (SLD).

Una regione del mesencefalo dorsale, la sostanza grigia periacquedottale ventrolaterale (PAGvl)

contiene neuroni REM-OFF.

L e regioni REM-ON e REM-OFF sonno interconnesse da neuroni inibitori GABAergici.

Durante la veglia la regione REM-OFF riceve impulsi eccitatori dai neuroni orexinergici

dell'ipotalamo laterale e questa attivazione spinge il flip-flop del REM in stato off.

Con l'approfondirsi del sonno l'attività dei neuroni noradrenergici e serotoninergici si riduce

gradualmente. Quindi possiamo comprendere perchè la degenerazione dei neuroni orexinergici

causa narcolessia. La sonnolenza diurna e la frammentarietà del sonno si verificano perchè, senza

l'influenza dell'orexina, il flip-flop sonno/veglia diventa instabile.

I ricercatori hanno suggerito che la perdita di neuroni orexinergici rimuove l'influenza inibitoria

dell'ipotalamo sull'amigdala. L'aumento dell'attività dell'amigdala potrebbe spiegare almeno in parte

l'incremento dell'attività dei neuroni REM-ON che si verifica persino durante la veglia nelle persone

con cataplessia.

I pazienti con disturbo del comportamento in sonno REM non sviluppano paralisi durante questa

fase e di conseguenza mettono in atto ciò che sognano.

I neuroni responsabili della paralisi muscolare sono localizzati appena ventralmente all'area della

regione REM-ON.

Orologi biologici

I ritmi giornalieri del comportamento e dei processi fisiologici esistono nel mondo animale come in

quello vegetale. Questi cicli sono generalmente chiamati ritmi circadiani.

Alcuni di questi ritmi consistono in risposte passive alle variazioni di luminosità. Tuttavia altri ritmi

sono controllati da meccanismi interni dell'organismo cioè da orologi interni.

Esiste un orologio interno free running con un ciclo di circa 25 ore che controlla alcune funzioni

biologiche: in questo caso il sonno e la veglia. Le variazioni giornaliere regolari del livello di

luminosità normalmente mantengono tale orologio regolato sulle 24 ore. La luce serve da zeitgeber

(datore di tempo) sincronizzando il ritmo endogeno. Se i soggetti sperimentali vengono mantenuti

constantemente al buio, un breve periodo di luce intensa basta a modificare la regolazione

dell'orologio interno, producendo un avenzamento o un ritardo di fase in base al momento in cui si

somministra la luce.

Nucleo sovrachiasmatico

Il ruolo nei ritmi circadiani

Il principale orologio biologico nel ratto è localizzato nel nucleo sovrachiasmatico (NCS).

La lesione di questa zona compromette il ritmo circadiano ma non influisce sulla quantità totale di

sonno.Dal momento che la luce è il principale zeitgeber della maggiorparte dei cicli di attività nei

mammiferi, è ovvio attendersi che il NCS riceva proiezioni dal sistema visivo. Esiste una via diretta

dalla retina al NCS denominata via retinoipotalamica.

I fotorecettori retinici che inviano informazioni al NCS non sono nè coni nè bastoncelli. Esiste uno

specifico fotorecettore, responsabile della sincronizzazione dei ritmi circadiani in base al livelo

ambientale di luce. La sostanza chimica responsabile di questi effetti è la melanopsina.

La melanopsina è presentenelle in cellule gangliari: neuroni i cui assoni trasmettono informazioni

dagli occhi al resto del cervello. Le cellule gangliari che contengono melanopsina sono sensibili alla

luce e i loro assoni terminano nel NCS. Essi terminano anche nelle regioni mesencefaliche che

controllano la risposta delle pupille alle modificazioni del livello di illuminazione.

Gli assoni efferenti del NCS responsabili dell'organizzazione dei ritmi di sonno e veglia terminano

nella zona sopraventricolare (ZSP), una regione appena dorsale al NCS.

La ZSP invia proiezioni al nucleo dorsomediale dell'ipotalamo (IDM) che a sua volta è connesso

con diverse regioni del cervello incluse due che giocano un ruolo critico nel controllo del sonno e

della veglia: l'APVL e i neuroni orexinergici dell'ipotalamo laterale.

Le proiezione all'APVL sono inibitorie mentre le proiezioni ai neuroni orexinergici sono eccitatori.

La natura dell'orologio

Anche il NCS deve contenere un meccanismo fisiologico che divida il tempo in unità.

Diversi studi hanno dimostrato la presenza di ritmi giornalieri di attività all'interno del NCS

indicativi che la struttura è la sede dell'orologio circadiano.

Uno studio ha rilevato l'esistenza di fluttuazioni giorno-notte dell'attività del NSC. Il "ticchettio"

dell'orologio biologico del NSC è intrinseco ai singoli neuroni.

A cosa è dovuta la scansione del tempo intracellulare? I ritmi circadiani sono il risultato della sintesi

di una proteina, il cui accumulo intracellulare oltre un certo livello ne inibisce l'ulteriore

produzione. Ciò comporta la progressiva riduzione della concentrazione, eliminando l'inibizione

della sintesi proteica con la conseguente ripresa del ciclo produttivo.

Il sistema coinvolge almeno 7 geni e le loro proteine e due cicuiti interagenti a feedback.

Quando una delle proteine prodotte dal primo circuito raggiunge un livello sufficiente, si attiva il

secondo circuito che alla fine inibisce la produzione delle proteine del primo, e il ciclo si ripete.

La mutazione del cromosoma 2 di un gene di una delle proteine coinvolte nei circuiti a feedback

(proteina per2) è responsabile della sindrome di avanzamento di fase del sonno. Questa sindrome

causa un anticipo medio di quattro ore nei ritmi dei cicli di sonno e temperatura.

Il disturbo opposto ovvero la sindrome di ritardo di fase del sonno, può essere causato dalla

mutazione del gene per3, situato del cromosoma 1. Questa sindrome consiste nel ritardo medio di

quattro ore nei ritmi di sonno-veglia.

Controllo dei ritmi stagionali: ghiandola pineale e melatonina

Sebbene il NSC abbia un ritmo intrinseco di circa 24 ore, esso è implicato nella regolazione di

ritmi molto più lunghi. Le lesioni del NSC aaboliscono i cicli annuali di accoppiamento.

Il controllo dei ritmi stagionali coinvolge un'altra struttura stagionale: la ghiandola pineale, situata

sulla sommità del mesencefalo di fronte al cervelletto. La ghiandola pineale secerne un ormone

denominato melatonina che nei mammiferi controlla i ritmi stagionali.

I neuroni del NSC formano connessioni indirette con quelli del nucleo paraventricolare (NPV)

dell'ipotalamo. Gli assoni di questi neuroni arrivano fino al midollo spinale dove si connettono con

i neuroni pregangliari del sistema nervoso simpatico. I neuroni postgangliari innervano la ghiandola

pineale e controllano la secrezione di melatonina.

In risposta all'impulso del NSC la pineale secerne melatonina durante la notte. La sostanza agisce a

sua volta su diverse strutture cerebrali e controlla gli ormoni, i processi fisiologici e i

comportamenti che esibiscono variazioni stagionali.

Alterazioni dei ritmi circadiano: sindrome dei turnisti e jet lag

Quando le persone modificano bruscamente i loro ritmi giornalieri di attività, i ritmi circadiani

interni, controllati dal NCS, si desincronizzano rispetto a quelli dell'ambiente esterno.

Questa desincronizzazione tra i ritmi interni e l'ambiente esterno causa disturbi del sonno e

alterazioni dell'umore interferendo con il funzionamento individuale nelle ore di veglia.

La sindrome da jet lag è un fenomeno temporaneo; dopo qualche giorno le persone che hanno

attraversato diversi meridiani si addormentano con maggiore facilità al momento appropriato e il

loro stato di vigilanza giornaliera migliora.

I turnisti possono sviluppare un problema più persistente se il ambiamento del turno è frequente.

Il modo più ovvio per risolvere questi problemi consiste nell'esposizione dell'individuo ad intensi

zeirgeber al momento giusto.

Alcuni studi recenti suggeriscono che la melatonina è coinvolta anche nella regolazione dei ritmi

circadiani. Questo ormone è secreto durante la notte che nei mammiferi diurni è il periodo deputato

al sonno. Ma sebbene la nostra specie non presenti forti ritmi stagionali, il ciclo giornaliero di

secrezione della melatonina persiste.

La melatonina che agisce sui recettori del NCS può influenzare la sensibilità dei neuroni

sovrachiasmatici agli zeitgeber e può di per sè alterare i ritmi circadiani.

La secrezione di melatonina normalmente raggiunge i livelli più elevati all'inizio della notte più o

meno al momento di andare a letto. La somministrazione di melatonina al momento adeguato riduce

significativamente gli effetti collaterali di jet lag e sindrome da turnisti.

Noi riceviamo informazioni sull'ambiente mediante i recettori sensoriali: neuroni specializzati nella

rilevazione di una vasta gamma di eventi fisici. Gli stimoli arrivano ai recettori e, attraverso alcuni

meccanismi, alterano il loro potenziale di membrana. Questo processo è chiamato trasduzione

sensoriale poichè gli eventi sensoriali sono tradotti (trasformati) in modificazioni del potenziale di

membrana della cellula. Tali cambiamenti elettrici sono chiamati potenziali di recettore.

La maggiorparte dei recettori sensoriali è priva di assoni: una porzione di membrana del corpo

cellulare forma sinapsi con i dendridi di altri neuroni. I potenziali di recettore influenzano il rilascio

di neurotrasmettitore e così facendo modificano la frequenza di scarica dei neuroni con cui

stabiliscono sinapsi. Alla fine l'informazione raggiunge il cervello.

Il 20% della corteccia cerebrale gioca un ruolo diretto nell'analisi dell'informazione visiva.

Gli occhi captano la presenza della luce. Per gli esseri umani la luce consiste di una ristretta banda

dello spettro delle radiazioni elettromagnaetiche: radiazione con lunghezza d'onda compresa tra 380

e 760 nm.

La gamma di lunghezze d'onda che chiamiamo luce non è qualitivamente differente dal resto dello

spettro elettromagnetico, è solo una parte del continuum che riusciamo a vedere.

Il colore della luce che vediamo è determinato da tre dimensioni: tinta + saturazione + luminosità

La luce viaggia a una velocità costante di 300000 km/s, quindi se varia la frequenza di oscillazione

dell'onda, la distanza tra i picchi delle onde varierà altrettanto ma in maniera inversa.

Tinta => lunghezza d'onda dominante

• Luminosità => intensistà della radiazione elettromagnetica

• Saturazione => purezza relativa della luce percepita.

Anatomia del sistema visivo

Gli occhi

Gli occhi si trovano indovati nelle orbite, cavità ossee nella parte anteriore del cranio.

Essi sono tenuti al loro posto e mossi grazie all'azione di sei muscoli extraoculari attaccati allo

spesso rivestimento biancastro dell' occhio chiamato sclera.

Non possiamo guardare dietro i nostri globi oculari e vedere questi muscoli perchè i loro punti di

attacco all'occhio sono mascherati dalla congiuntiva. Questa membrana mucosa delinea le palpebre

e si ripiega all'indietro per attaccarsi all'occhio.

Gli occhi possono compiere vari tipi di movimenti :

Movimenti di vergenza: movimento coordinato degli occhi che assicura che l'immagine di

• un oggetto cada su porzioni identiche di entrambe le retine.

Movimenti saccadici : movimento rapido e improvviso dell'occhio impiegato nell'esame

• accurato di una scena visiva.

Movimento di inseguimento : il movimento compiuto dall'occhio per mantenere sulla fovea

• l'immagine di un oggetto in movimento.

Lo strato esterno che ricopre gran parte dell'occhio, la sclera, è opaco e quindi non permette

l'ingresso della luce. Tuttavia la cornea, lo strato più esterno situato sulla parte anteriore dell'occhio

è trasparente e lascia passare la luce.

La quantità di luce che entra nell'occhio è regolata dalle dimensioni della pupilla che è un'apertura

dell'iride, un anello pigmentato di muscoli posti dietro la cornea.

Il cristallino, che si trova immediatamente dietro l'iride, consiste di una serie di strati trasparenti. La

forma del cristallino può essere alterata dalla contrazione dei muscoli ciliari, questi cambiamenti di

conformazione permettono all'occhio di mettere a fuoco sulla retina le immagini degli oggetti vicini

e lontani, processo chiamato accomodazione.

Dopo aver oltrepassato il cristallino, la luce attraversa la parte principale dell'occhi che è piena di

umor vitreo. Infine la luce colpisce la retina lo strato interno della parte posteriore dell'occhio.

Sulla retina sono localizzate le cellule recettrici, i coni e i bastoncelli ovvero i fotorecettori.

Coni

Visione diurna + Visione dei colori

Raccolgono informazioni riguardo le più minute caratteristiche dell'ambiente (acuità visiva)

La fovea,regione centrale della retina, che consente la visione più precisa e acuta contiene solo coni.

Bastoncelli

Non sensibili a colori + bassa acuità

Più sensibili alla luce: in un ambiente poco illuminato usiamo la visione consentita da bastoncelli.

Un'altra sezione della retina è il disco ottico, il punto dove gli assoni che veicolano l'informazione

visiva si raccolgono per uscire dall'occhio e formare il nervo ottico. Il disco ottico produce una

macchia cieca perchè in esso non ci sono foto recettori.

La retina è composta da numerosi strati che contengono i corpi cellulari dei neuroni, i loro assoni e

dendridi e i fotorecettori.

La retina può essere suddivisa in tre strati principali:

Strato dei fotorecettori (fondo retina)

• Strato delle cellule bipolari

• Strato delle cellule gangliari

I fotorecettori formano sinapsi con le cellule bipolari che formano sinapsi con le cellule gangliari,

neuroni dotai di assoni che decorrono lungo il nervo ottico e trasportano l'informazione visiva fino

al resto del del cervello. La retina contiene anche:

Cellule orizzontali : neurone della retina che mette in connessione tra loro fotorecettori

• adiacenti e i processi più esterni delle cellule bipolari

Cellule amacrine : neurone della retina che mette in connessione tra loro le cellule gangliari

• adiacenti e i processi più interni delle cellule bipolari

I fotorecettori

Ciascun fotorecettore consiste di un segmento esterno, connesso per mezzo di un ciglio a un

segmento interno che contiene il nucleo. Il segmento esterno contiene diverse centinaia di lamelle

(sottili superfici di membrana).

I fotopigmenti sono speciali molecole inglobate nella membrana delle lamelle.

Tali molecole consistono di due parti:

Opsina (proteina)

• Retinale (lipide) sintetizzato a partire da vitamina A

Esistono diverse varietà di opsina: il fotopigmento dei bastoncelli umani, la rodopsina, consiste di

rodopsina legata a retinale. Se una molecola di rodopsina è esposta alla luce essa si scinde nei suoi

due constituenti: rodopsina e retinale. Quando ciò avviene la rodopsina perde il suo colore rosato e

diventa gialla. La scissione del fotopigmento produce il potenziale di recettore (iperpolarizzazione

della membrana del fotorecttore).

I fotorecettori forniscono l'input alle cellule bipolari e a quelle orizzontali.

I fotorecettori e le cellule bipolari non producono potenziali d'azione. Il rilascio di

neurotrasmettitore ( glutammato ) da parte loro è regolato dal valore del potenziale di membrana

della cellula (depolarizzazione aumenta il rilascio).

Al buio i fotorecettori rilasciano constantemente il loro neurotrasmettitore.

La luce iperpolarizza il fotorecettore che diminuisce la quantità di neurotrasmettitore rilasciata

quindi si depolarizza la cellula bipolare la quale rilascia una maggior quantità di neurotrasmettitore

che depolarizza la membrana della cellula gangliare e la induce ad aumentare la sua sua frequenza

di scarica.

Le connessioni tra occhio e cervello

Gli assoni delle cellule gangliari della retina trasportano l'informazione verso il resto del cervello,

essi viaggiano attraverso i nervi ottici e raggiongono il nucleo genicolato dorsolaterale (NGL) del

talamo. Esso contiene sei strati di neuroni ciascuno dei quali riceve input da un occhio soltanto.

I neuroni che si trovano negli strati più interni (strati magnocellulari ) possiedono corpi cellulari

più grandi di quelli che si trovano nei quattro strati più esterni strati parvicellulari. Esiste anche un

terzo insieme di neuroni localizzati nei sottostrati coniocellulari, ventralmente rispetto a strati

magnocellulari e parvicellulari.

I neuroni del NGL inviano i loro assoni lungo una via nervosa chiamata radiazione ottica verso la

corteccia visiva primaria (o corteccia striata)

I nervi ottici si uniscono insieme alla base del cervello formando il chiasma ottico. In questo punto

gli assoni provenienti dalle cellule gangliari che innervano le due metà interne della retina

(emiretine nasali) si incrociano al livello del chiasma e procedono verso il NGL del lato opposto

del cervello. Gli assoni provenienti dalle altre due metà della retina (emiretine temporali) invece

rimangono nello stesso lato del cervello. Il cristallino capovolge l'immagine del mondo proiettata

sulla retina.

La codifica dell'informazione visiva nella retina

La codifica della luce e del buio

Alcune cellule gangliari si attivano quando la luce colpisce i fotorecettori con cui comunicano.

Il campo recettivo di un neurone del sistema visivo è quella parte di campo visivo i cui deve cadere

la luce affinchè il neurone ne sia stimolato. Le coordinate spaziali del campo visivo di un dato

neurone dipendono dalla posizione dei fotorecettori che gli forniscono le informazioni visive.

Alla periferia della retina parecchi recettori convergono ciascuno su una singola cellula gangliare,

riportando le informazioni provenienti da un area della retina relatiamente vasta e quindi da una

porzione relativamente ampia del campo visivo.Tuttavia la fovea contiene approssimativamente lo

stesso numero di cellule gangliari e coni. Questa relazione tra recettori e assoni spiega perchè la

visione foveale (centrale) è così acuta mentre quella periferica è poco precisa.

La retina di rana contiene tre tipi di cellule gangliari.

Le cellule ON rispondono quando la luce viene accesa

• Le cellule OFF rispondono quando la luce viene spenta

• Le cellule ON/OFF rispondono in entrambi i casi

Registrando l'attività delle cellule gangliari della retina di gatto è stato scoperto che i loro campi

recettivi consistono di un centro approssimativamente cicolare, circondato da una zona periferica ad

anello.

Le cellule ON si eccitano quando la luce cade nel campo recettivo centrale e sono inibite qundo la

luce colpisce il campo corcostante, mentre le cellule OFF rispondono in maniera opposta.

Le cellule gangliari ON/OFF sono appena stimolate quando la luce si accende o si spegne.

Nei primati le cellule ON/OFF proiettano principalmente al collicolo superiore che è coinvolto nei

riflessi oculari in risposta agli stimoli in movimento o che appaiono improvvisamente.

Un effetto di rimbalzo si verifica quando la luce viene spenta . I neuroni la cui scarica è inibita

quando la luce è accesa mostrano una breve raffica eccitatoria quando questa viene spenta e al

contrario quando la luce è è spenta, quei neuroni la cui scarica è aumentata mostreranno un breve

periodo di inibizione.

Numerosi studi hanno dimostrato che le cellule ON e quelle OFF di fatto segnalano categorie

diverse di informazioni. Iniettando a delle scimmie una sostanza che blocca selettivamente la

trasmissione sinaptica delle cellule bipolari ON, gli animali non riuscivano più a percepire dei punti

proiettati in modo da essere più luminosi dello sfondo. Quindi è stato concluso che le cellule

bipolari dei bastoncelli devono essere di tipo ON .

L'organizzazione centro-periferia delle cellule gangliari aumenta la nostra capacità di rilevare i

bordi degli oggetti quando il contrasto tra l'oggetto e lo sfondo è basso.

La codifica del colore

Gli oggetti del nostro ambiente assorbono selettivamente alcune lunghezze d'onda e ne riflettono

altre, questo ai nostri occhi fa si che essi acquistino colore.

I fotorecettori: la codifica tricromatica

Tre diversi tipi di fotorecettori sono responsabili della visione dei colori.

Gli studiosi hanno analizzato le proprietà di assorbimento di singoli fotorecettori ed hanno

determinato la quantità di luce a varie lunghezze d'onda che è assorbita dai fotopigmenti..

I coni sensibili alle lunghezze d'onda corte, medie e lunghe sono chiamati coni blu, verde, rosso.

La visione tricromatica dei colori è stata resa possibile dalla duplicazione del gene dell'opsina rossa

e della mutazione di una delle copie nel gene che produce l'opsina verde.

Difetti genetici della visione dei colori sembrano la conseguenza di anomalie dei tre tipi di coni.

Le prime due forme di visione dei colori difettosa riguardano geni collocati sul cromosoma X

quindi più comuni nei maschi.

Le persone affette da pronatopia confondono il rosso e il verde che appaiono entrambi

• giallastri. Acuità visiva normale. Presenza del'opsina dei coni verdi all'interno dei coni rossi.

Le persone affette da deuteranopia confondono rosso e verde e hanno un acuità visiva

• normale. Presenza dell'opsina dei coni rossi all'interno dei coni verdi.

Nella trinatopia il gene difettoso non è collocato sul cromosoma X. I pazienti hanno

• difficoltà con le tinte di lunghezza d'onda corta e quindi vedono il mondo in verde e rosso.

Le cellule gangliari della retina: la codifica secondo il modello di opponenza

A livello delle cellule gangliari della retina, il codice a tre colori è tradotto nel sistema a opponenza

cromatica. La retina contiene due gruppi di cellule gangliari sensibili al colore, le cellule rosso-

verde e quelle giallo-blu.

Alcune cellule gangliari sensibili al colore hanno un campo recettivo distinto in centro e periferia:

per esempio una cellula potrebbe essere eccitata dal rosso e inibita dal verde se questi colori

cadono al centro del suo campo recettivo ma mostrare una risposta contraria se i colori cadono

nella periferia del campo recettivo.

Altre cellule gangliari che ricevono input dai coni non rispondono in modo differenziato a diverse

lunghezze d'onda, bensì codificno semplicemente la luminosità relativa presente al centro e alla

periferia del loro campo recettivo. Funzionano come rilevatori del bianco e del nero.

La luce rossa eccita i coni rossi il che provoca l'eccitazione delle cellule gangliari rosso-verdi.

La luce verde eccita i coni verdi e quindi provoca l'inibizione delle cellule gangliari rosso-verdi.

La lunghezza d'onda che produce la sensazione del giallo è intermedia tra quella rossa e verde

quindi essa stimola sia i coni rossi che quelli verdi. Le cellule gangiari giallo-blu sono eccitate sia

dai coni rossi che da quelli verdi.

La luce blu inibisce semplicemente l'attività delle cellule gangliari giallo-blu.

Il sistema di opponenza cromatica realizzato dalle cellule gangliari spiega perchè non possiamo

prcepire un verde rossastro o un giallo bluastro.

Le immagini postume negative

L'immagine che viene percepita dopo che una porzione della retina è esposta a uno stimolo visivo

intenso e che è composta da colori complementari a quelli presenti nello stimolo reale.

I colori complementari sono quelli che producono il bianco se miscelati insieme.

La causa principale delle immagini postume negative consiste nell'adattamento della frequenza di

scarica delle cellule gangliari retiniche. Quando tali cellule sono eccitate o inibite per un lungo

periodo, in seguito sviluppano un effetto rimbalzo: cioè scaricano in modo più rapido o più lento del

normale.

L'analisi dell'informazione visiva: i ruolo della corteccia striata

L'anatomia della corteccia striata

La corteccia striata consiste di sei strati principali disposti in bande parallele alla superficie.

Questi strati contengono i nuclei cellulari e gli alberi dendritici e somigliano a strisce chiare e scure

di tessuto quando sono colorati istologicamente.

Quasi il 25% della corteccia striata è dedicata all'analisi dell'informazione proveniente dalla fovea

che in realtà rappresenta solo una piccola parte del campo visivo.

I circuiti neuronali della corteccia visiva combinano informazioni provenienti da numerose fonti in

modo da rilevare caratteristiche più cospicue del campo percettivo di una singola cellula del NGL.

L'orientamento e il movimento

Quasi tutti i neuroni della corteccia striata sono sensibili all'orientamento.

Alcuni neuroni rispondono meglio ad una linea verticale, alcuni ad una linea orizzontale, e altri a

linee orientate secondo angoli intermedi.

Cellule semplici => neuroni sensibili all'orientamento possiedono campi recettivi

• organizzati in aree con effetti opposti.

Cellule complesse => rispondono bene a una linea orientata in modo particolare ma non

• possiedono una periferia inibitoria. Aumentano la loro frequenza di scarica quando la linea è

spostata perpendicolarmente al suo angolo di orientamento: spesso solo in una direzione. In

tal modo svolgono un ruolo anche di rilevatrici del movimento . Inoltre rispondono

altrettanto bene a linee scure su fondo bianco e a linee bianche su sfondo scuro.

Cellule ipercomplesse => rispondono sempre a linee con un orientamento specifico ma

• possiedono una regione inibitoria all'estremità della linea il che significa che la cellula

percepisce la posizione delle estremità di una linea orientata secondo un angolo definito.

La frequenza spaziale

Sebbene i primi studi suggerissero che i neuroni della corteccia visiva rispondevano a linee e bordi,

le ricerche successive hanno stabilito che essi rispondono meglio a griglie sinusoidali.

Una griglia sinusoidale consiste in una serie di bande parallele la cui luminosità varia in modo

continuo secondo una funzione sinusoidale lungo una linea che cade perpendicolarmente alla

lunghezza delle bande. Le proprietà di una griglia sinusoidale sono definite dalla sua frequenza

spaziale (variazione luminosità della griglia sinusoidale misurata in cicli per grado di angolo visivo)

Molti neuroni possiedono numerose regioni inibitorie ed eccitatorie che circondano il centro del

campo recettivo e il profilo delle regioni inibitorie ed eccitatorie somiglia ad un'onda sinusoidale.

Nel maggiorparte de casi il campo recettivo di un neurone è largo abbastanza da comprendere dagli

1,5 ai 3,5 cicli della griglia .

A cosa serve possedere circuiti neuronali che analizzano la frequenza spaziale?

Gli oggetti piccoli o i dettagli all'interno di un oggetto più grande o i grandi oggetti con bordi sottili

rappresentano uno stimolo ricco di frequenze spaziali alte, laddove vaste aree di luce e buio

consistono di basse ferquenze.

Un'immagine che offre scarse informazioni ad alta frequenza sembra sfocata e confusa ma offre

molte informazioni riguardo le forme e gli oggetti dell'ambiente: perciò l'informazione visiva più

importante è quella contenuta nelle frequenze spaziali basse.

Disparità retinica

Esistono molti modi per percepire la profondità, la gran parte dei quali implica indizi monoculari.

Tuttavia la visione binoculare consente una vivida percezione della distanza grazie al processo di

stereopsi o di visione stereoscopica. La visione stereoscopica è importante soprattutto per la guida

visiva dei movimenti fini delle mani e delle dita.

I neuroni della corteccia striata sono per lo più binoculari: rispondono alla stimolazione visiva di

entrambi gli occhi. Molte di queste cellule binoculari soprattutto quelle che si trovano nello strato

che riceve informazioni dal istema magnocellulare mostrano pattern di risposta che sembrano

contribuire alla percezione della profondità.

Nella maggiorparte dei casi queste cellule rispondono più vigorosamente quando ciascun occhio

vede uno stimolo da una prospettiva leggermente diversa. Ovvero i neuroni rispondono alla

disparità retinica (uno stimolo che produce immagini su parti leggermente differenti della retina di

ciascun occhio). Questa è proprio l'informazione necessaria per la visione stereoscopica: ciascun

occhio vede una scena tridimensionale da prospettive leggermente diverse e la presnza della

disparità retinica indica le differenze nella distanza degli oggetti dall'osservatore.

Il colore

Nella corteccia striata l'informazione proveniente dalle cellule gangliari sensibili al colore è

trasmessa passando per gli strati parvicellulari (informazini da coni rossi e verdi )e coniocellulari

(informazione da coni blu)del nucleo genicolato dorsolaterale del talamo, a speciali gruppi di cellule

inclusi nei blob di citocromo ossidasi.

Un colorante isologico sensibile alla citocromo ossidasi (enzima presente nei mitocondri) assume

una distribuzione a macchie se distribuito sulla corteccia striata.

E' stata rilevata la presenza di un pattern di pois a colonne scure che si estende attravers gli strati

2 e 3 e gli strati 5 e 6.

Un colorante per la citocromo ossidasi rivela la presenza di blob nell'area V1 e tre differnti tipi di

bande nell'area V2 (spesse, sottili, pallide).

L'organizzazione modulare della corteccia striata

La corteccia striata è suddivisa in moduli ciascuno dei quali contiene neuroni deputati all'analisi di

varie proprietà contenute in ogni piccola parte del campo visivo.

Gli input provenienti dagli strati parvicellulari, coniocellulari e magnocellulari del nucleo

genitcolato dorsolaterale del talamo sono trasmessi a strati specifici della corteccia striata:

input parvicellulare => strato 4Cβ

• input magnocellulare => strato 4Cα

• input coniocellulare => strati 2 e 3

I moduli della corteccia visiva primaria consistono di due segmenti che circondano ciascuno un

blob di CO.

1. I neuroni che si trovano all'interno del blob sono quasi tutti sensibili al colore e tutti alle

basse frequenze spaziali. Sono però insensibili alle altre caratteristiche dello stimolo e i loro

campi recettivi sono monoculari.

2. I neuroni che si trovano all'esterno del blob sono sensibili a orientamento, movimento,

frequenza spaziale e disparità retinica. Non rispondono al colore.

Ciascuna metà del modulo riceve input da un solo occhio ma i circuiti presenti all'interno del

modulo integrano l'informazione proveniente da entrambi gli occhi, il che significa che neuroni dei

moduli sono in gran parte binoculari.

Se registriamo l'attività elettrica da singoli neuroni all'interno di un modulo, possiamo osservare che

tutti i loro campi recetttivi si sovrappongono, dunque tutti i neuroni di un dato modulo analizzano le

informazioni provenienti dalla stessa regione del campo visivo.

L'analisi dell'informazione visiva: il ruolo della corteccia visiva associativa

Ciascuno dei migliaia di moduli del sistema della corteccia striata vede solo una piccola parte di ciò

che avviene nel campo visivo; quindi per percepire completamente scene visive, bisogna integrare

le informazioni provenienti da questi moduli separati . Tale integrazione avviene nella corteccia

visiva associativa.

I due canali dell'analisi visiva

L'informazione prodotta dalla corteccia striata è analizzata dalla corteccia associativa.

I neuroni della corteccia striata inviano assoni alla corteccia extrastriata, la regione della corteccia

visiva associativa che circonda quella striata.

La corteccia extrastriata dei primati consiste di numerose regioni ciascuna delle quali contiene una o

più mappe indipendenti del campo visivo. Ciascuna regione è specializzata nelle sue funzioni e

contiene neuroni che rispondono a una particolare caratteristica dell'informazione visiva.

Queste regioni sono organizae gerarchicamente a cominciare dalla corteccia striata. Gran parte

dell'informazione aumenta di complessità man mano che si sale nella gerarchia: ciascuna regione

riceve gli input da quelle localizzate a livello inferiore, elabora questi input e li trasmette alle

regioni superiori affinchè li elaborino uteriormente.

Una certa quota di informazioni è anche trasmessa in direzione opposta.

La percezione della distanza apparente non può avere luogo nella nella corteccia striata ma richiede

i circuiti neurali rilevati nella corteccia visiva associativa. Ciò significa che le computazioni

effettuate a livelli più alti del sistema visivo possono tornare indietro alla corteccia striata e

modificarne l'attività.

La maggiorparte degli output della corteccia striata (area V1) raggiunge l'area V2 (una regione

della corteccia extrastriata). Un colorante per la citocromo ossidasi rivela la presenza di blob

nell'area V1 e tre differnti tipi di bande nell'area V2 (spesse, sottili, pallide).

I neuroni blob dell'area V1 inviano proiezioni alle bande sottili mentre i neuroni fuori dal

• blob dell'area V1 inviano proiezioni alle bande spesse e alle bande pallide.

I neuroni delle bande sottili dell'area V2 ricevono informazioni relative al colore mentre

• quelli delle bande spesse e delle bande pallide ricevono informazioni su orientamento,

frequenza spaziale, movimento e disparità retinica.

I campi recettivi dei neuroni dell'area V2 hanno un diametro diverse volte maggiore di quelli

• nella corteccia striata il che suggerisce che le cellule dell'area V2 ricevono informazioni da

più cellule dell'area V1.

Esistono nella corteccia visiva associativa due canali di analisi: la via dorsale e la via ventrale.

Le due vie iniziano a divergere dopo l'area V2.

La via ventrale comincia con con i neuroni delle bande pallide e delle bande sottili dell'area

• V2, prosegue verso l'area V4 e quindi proietta a diverse sottoaree della corteccia temporale

inferiore. Cos'è un oggetto e che colore ha

La via dorsale comincia con i neuroni delle bande spesse dell'area V2 e scende nelle regioni

• della corteccia parietale posteriore. Dov'è l'oggetto, se si muove, a che velocità e verso dove.

Alcuni assoni che veicolano informazioni ricevute dal sistema magnocellulare oltrepassano l'area

V2 e proiettano direttamente dall'area V1 all'area V5 (regione della corteccia extrastriata impegnata

nell'analisi del movimento).

Il sistema parvicellulare , coniocellulare e magnocellulare veicolano tipi diversi di informazione:

1. Sistema parvicellulare (solo primati) => cellule ricevono informazioni su lunghezza d'onda

dai coni + elevata risoluzione spaziale e bassa risoluzione temporale

2. Sistema coniocellulare (solo primati) => cellule ricevono informazioni su lunghezza d'onda

dai coni solo blu + non rileva informazioni relative ai dettagli.

3. Sistema magnocellulare (tutti i mammiferi) => neuroni insensibili al colore e non sono in

grado di rilevare dettagli + possono rilevare il più piccolo contrasto tra luce e buio +

sensibili al movimento.

Canale dorsale => input magnocellulare + percezione spaziale + i neuroni sensibili alla

• disparità binoculare rispondono a superfici visive ampie ed estese

Canale ventrale => input magnocellulare, parvicellulare, coniocellulare + percezione degli

• oggetti + i neuroni sensibili alla disparità binoculare rispondono ai contorni degli oggetti

tridimensionali

La percezione del colore

Nel cervello di scimmia i neuroni sensibili al colore del blob di CO della corteccia striata inviano le

informazioni sul colore alle bande sottili dell'area V2 che a loro volta inviano le informazioni

all'area V4 (corteccia extrastriata).


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DETTAGLI
Esame: Psicobiologia
Corso di laurea: Corso di laurea in psicologia e processi sociali
SSD:
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher AliceDP97 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Psicobiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof De Gennaro Luigi.

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