Riassunto esame psicobiologia, docente Moro, libro consigliato Il Cervello, Matelli

Psicobiologia, neuroscienze e contesti educativi

Valentina Moro

(Riprendere appunti e testo di Mirta Florio di psicobiologia della triennale). Laboratorio “disabilità e corporeità”, possibilità di attività psicomotoria su di sé e messi a contatto con esperienze dirette con la realtà virtuale, dal semestre II a.

Modalità d'esame

L'esame sarà effettuato in forma scritta con domande aperte, relative alle diverse parti del corso. Per la parte relativa alle conoscenze di base ci saranno dei quesiti relativi ai fondamenti e all'organizzazione dei sistemi percettivi e cognitivi. In riferimento alla capacità di applicare le conoscenze all'agire pedagogico, verranno valutati i lavori di gruppo relativi alle neuroscienze come supporto alla pratica educativa. L'esame sarà lo stesso per frequentanti e non frequentanti per la prima parte. Per i non frequentanti, la seconda parte dell'esame sarà svolta con domande aperte. Potremmo fare un piccolo compito in itinere solo per frequentanti per gli argomenti trattati a lezione e a gennaio solo una piccola parte. L’esposizione del gruppo nelle ultime due lezioni. Chi non fa lavoro di gruppo fa il volume per intero all’esame di gennaio.

Programma

• Introduzione alla psicobiologia
• Le basi biologiche del comportamento: dal neurone ai circuiti neuronali
• La plasticità cerebrale e l’educazione: è per la prof. fondamentale, è l’insieme dei processi per cui se è vero che ciò che noi siamo sono frutto della nostra attività biologica (ed è vero), però si deve considerare che ciò che noi viviamo possono modificare la nostra biologia:
  • Il caso della lettura
  • Dell’invecchiamento
  • Delle intelligenze multiple

Parte monografica

• Memorie ed apprendimenti
• Le neuroscienze a supporto dell’educazione. La tratteremo in lavori di gruppo di approfondimento ed esposizione a fine corso:
  • 1 gruppo I, II capitolo con Elisabetta, Marta, Ilaria, Elena, Federica.
  • 2 gruppo III, IV capitolo
  • 3 gruppo V capitolo
  • 4 gruppo VI capitolo
• Per il lavoro: leggere tutto il testo “Le neuroscienze a scuola” per inquadramento generale, ogni gruppo avrà una parte di capitoli e il gruppo intero deve studiarla. Si fa riferimento a degli studi (in inglese) facendoci un’idea di quale può essere importante. La ricerca degli articoli: sito univr., biblioteche, riviste online, nome rivista (British Journal Educational Psychology, PubMed), anno, pag., invio. Scarica quei due-tre articoli che sembrano più importanti per la nostra ricerca.
• Il cervello sociale
• L’utilità dei lobi frontali

Testi

• 2007 Matelli Umiltà Il cervello Il mulino 978-88-15-11943-8
• 2010 Moro V. La plasticità SEID 978-88-89473-12-2
• 2016 Della Sala S (a cura di) Le neuroscienze a scuola Giunti 978-88-09-78855-8

Parlare di neuroscienze è parlare di un ambito di studi dal livello molecolare, millesimale, a livelli enormi sul funzionamento cognitivo, livello cellulare, circuiti, livello organi e sistemi, insiemi di strutture le sistema nervoso che funzionano insieme e livello comportamentale e sociale. Ad esempio: il tempo è una costruzione dell’uomo, ma ha comunque una collocazione a livello cerebrale, ha quindi una correlazione al sistema nervoso biologico. A noi interessano gli ultimi livelli, come sono organizzati i sistemi quindi.

La cellula e il neurone

La cellula: il neurone ha la caratteristica di generare e trasmettere impulsi elettrici (come le cellule del cuore-pacemaker). Questa è la base di tutto il nostro funzionamento nervoso, che è la base di qualsiasi altro funzionamento (sistema cardiaco, respiratorio, oro-faringeo…). Infatti la morte è neurocerebrale.

Il neurone è composto da:

• Corpo cellulare: vengono sintetizzati i neurotrasmettitori. Vi è il nucleo (come tutte le cellule). Sede dove avviene l’attività metabolica, ovvero scambio energetico per funzionamento della cellula. Qui avviene la sintesi proteica che permette alla cellula di cambiare la struttura (forma).
• Assone: prolungamento citoplasmatico del corpo cellulare. Trasporta l’informazione nervosa dal corpo cellulare alla periferia. È il sistema con cui la cellula invia le informazioni. Ha una trasmissione efferente (dal centro verso la periferia), e l’assone è sempre uno solo. Molti si ramificano in terminazioni assoniche, importante per la trasmissione in diverse zone. Ha le terminazioni assoniche e i bottoni.
• Dendriti: prolungamenti che possono essere uno, pochi, tanti o nessuno. Ricevono le informazioni, quindi dalla periferia al centro della cellula, trasmissione afferente. Ci sono le terminazioni dendritiche.

La cellula è ricoperta dalla membrana citoplasmatica di doppio strato di lipidi, grassa, e lascia passare solo poche cariche elettriche. Ha il ruolo di isolare le cariche di corrente in modo che non si disperdano.

Le sinapsi possono vedersi dal colore rosso in una risonanza. Sono delle giunzioni, sia nell’arcone che nel corpo cellulare, e nei dendriti ma quello che raccoglie è nel nucleo, che raccoglie tutte le informazioni.

La mielina è uno strato aggiuntivo di grasso che fa ulteriormente da grasso solo sull’assone, ed è chiara come colorazione.

L’attività elettrica: la membrana lipidica che avvolge la cellula è semi-permeabile, che permette a certi ioni di muoversi dall’interno all’esterno della cellula. Gli ioni sono molecole cariche elettricamente. Ci sono ioni che passano ed altri no; tra quelli che non passano ci sono molecole grosse, gli amminoacidi con carica negativa, all’interno del corpo cellulare che non sono in grado di uscire perché troppo grosse. Tra quelle che non passano ci sono le molecole di sodio che non riescono a passare. Tra quelle che passano ci sono le molecole di potassio (K⁺), positive, piccole e che quando la cellula è ha riposo, hanno canali aperti, ovvero alcuni di questi canali sono chiusi o aperti a seconda del voltaggio (voltaggio dipendenti). A riposo la cellula è negativa dentro, con tante cariche negative in più rispetto all’esterno e questo permette ai canali di potassio di stare aperti e agli altri no. Il potassio si muove liberamente. (Altri canali poi si aprono con meccanismi di tipo metabolico). Dunque a riposo ha della negatività all’interno, rispetto all’esterno positiva. Dentro ci sono gli amminoacidi (molecole proteiche) con carica negativa dentro la cellula che sono grandi che non riescono ad uscire. Fuori c’è molto sodio, positivi, in condizioni normali non passano. C’è fluoro ma meno e il potassio che entra ed esce regolarmente. Questa quando la cellula è a riposo, quando non è attivo il neurone (potenziale di riposo, fondamentale per la nostra esistenza, poiché gli squilibri possono portare alla morte).

Racconto del film “Million Dollar Baby”, dove alla protagonista viene fatta un’iniezione letale, di potassio per l’appunto, quindi è fondamentale che questo rimanga nei valori stabili. Noi siamo anche biologia!

La cellula dunque ha una carica negativa circa -70 millivol. Se con un generatore di corrente introduco cariche positive, la negatività si riduce (es. -60, -50…). In questo caso ho indotto una depolarizzazione, ho ridotto la polarità, la negatività; se invece inserisco cariche negative, aumenterò la negatività, facendo una iperpolarizzazione.

L’impulso elettrico che ha ridotto la negatività può portare ad altro livello e poi rientrare (il potassio riprende). Oppure questa polarizzazione può arrivare alla soglia, ovvero a un livello tale per cui improvvisamente si aprono gli altri canali, quelli del sodio. I canali sono voltaggio dipendenti. A -70 i canali aperti sono quelli del potassio, ma se arriva ad una certa soglia, questo apre i canali del sodio. Se il sodio è positivo e cellula negativa, il sodio si espande verso dove c’è né poco, dove è poco concentrata (principio di gradiente per cui le cariche si portano in cariche opposte, perché tendono all’equilibrio; il gradiente di concentrazione, dove tendono ad equilibrarsi). Questi gradienti non funzionano a riposo, ma solo grazie al potassio. Alla soglia -50 il sodio entra enormemente nella cellula quindi vi è un’inversione di polarità e la cellula diventa positiva. Questo è il potenziale d’azione (impulso elettrico). -70 è a riposo. All’arrivo di uno stimolo c’è una depolarizzazione ma non sufficiente quindi ritorna a prima; se invece lo stimolo arriva alla soglia, si aprono i canali del sodio, e si crea il potenziale. Ora c’è tanta positività nella cellula per cui i gradienti diventano opposti, escono...

È la fase discendente del potenziale d’azione. Tutto questo avviene senza dispendio di energia (zucchero) che il sistema nervoso lo usa quando sono uscite troppe cariche positive (iperpolarizzazione). Vi sono meccanismi che usano energia, pompa sodio-potassio, che buttano fuori sodio e dentro potassio, e riportano alla situazione di riposo, riequilibrando il sistema. Il potenziale d’azione è “tutto o nulla”, ovvero se parte ha una certa ampiezza, una volta partito ha la stessa ampiezza. Dipende dalla quantità di potenziali che si sommano. Nell’uscita di ioni non è possibile un altro potenziale perché gli ioni stanno uscendo quindi non possono entrare. I treni d’impulso (quantità di cellule) danno diversa intensità.

17 novembre

Depolarizzazione: è una diminuzione della negatività, come dire che stiamo dando un impulso eccitatorio perché ridurre la negatività facilita l’azione.

Iperpolarizzazione: (aumento della negatività) è quella in cui nella cellula entrano cariche- per cui diventa più negativa (processo inibitorio).

Potenziale di riposo

• Concetto fittizio, perché la situazione di totale riposo non c’è pero ci serve per capire cosa succede quando cambia la situazione elettrica. Il p.d.r. è normalmente a -70 m.;
• All’interno della cellula ci sono amminoacidi (proteine) che non escono perché grosse molecole e fuori c’è sodio che non entra, quindi semipermeabilità della membrana;
• Due meccanismi per cui gli ioni si spostano: 1 permeabilità e 2 i principi di gradiente, il quale si applica sia al gradiente di concentrazione, per cui uno ione si sposta da dove è molto concentrato verso zona poco concentrata, sia al gradiente elettrico, dove ci sono tante cariche+ che tendono a spostarsi verso le negative e viceversa;

Processo di potenziale d’azione

Non c’è se la depolarizzazione si riduce, c’è solo se la depolarizzazione arriva almeno alla soglia, e non è mai una riduzione ma un’inversione della negatività perché una volta che arriva alla soglia si determina l’apertura dei canali sodio, il quale entra in grandi quantità perché attirato dal gradiente elettrico e dal gradiente di concentrazione. La cellula diventa positiva = Fase ascendente. Si arriva allo spike. Nella fase discendente inizialmente esce sodio e potassio, ovvero tutti gli ioni positivi, poi si arriva alla fase di iperpolarizzazione dove c’è tanta negatività, in cui c’è la pompa sodio-potassio che consuma energia, che tira dentro potassio e fa uscire sodio, e torna la situazione di riposo. Nella fase discendente non è possibile avere potenziale d’azione perché gli ioni sono fermi, nella fase di iperpolarizzazione in realtà è possibile però serve una depolarizzazione maggiore perché invece di partire da -70 si parte da -80/85, ecc.

L’impulso nervoso ha una direzione precisa: dendriti afferenti, assone efferente. Dove si genera? Il neurone produce il potenziale in unico punto della cellula, da dove inizia assone che si chiama monticolo assonico, dove si forma il potenziale d’azione, il quale deve arrivare ai bottoni sinaptici. Fa una propagazione che ha unica direzione dal centro verso periferia. Come fa a propagarsi? Si rigenera in ogni punto dell’assone fino al bottone sinaptico e si riproduce sempre con la stessa intensità (che è tutto o nulla), senza perderla.

La propagazione dell’impulso

Per velocizzare la propagazione c’è il processo di mielina (mielinizzazione), sostanza grassa, bianca, che avvolge come una salsiccia alcune parti dell’assone, e tra una salsiccia e l’altra ci sono punti ove vi è il potenziale d’azione, i nodi di Ranvier. Tutto ciò che vediamo nello sviluppo del bambino in parte è legato alle connessioni, ma in grande parte al processo di mielinizzazione, che avanza fino a età adulta, processo che viene meno per primo nell’invecchiamento. Importante per l’efficienza delle terminazioni nervose. Le malattie de-mielinizzanti: sclerosi multipla.

La mielina accelera la trasmissione dell’impulso. Altro meccanismo che accelera è il diametro dell’assone. L’informazione deve passare in altre zone, attraverso le sinapsi, che sono collegamenti, giunzioni tra due cellule, anche diverse fra loro (quella che riceve può essere diversa, quella che dà è un neurone).

Quando il p. di azione arriva al bottone si aprono dei canali per il calcio. Incontra delle vescicole che contengono neurotrasmettitori. Il calcio si lega alle vescicole, che le sposta verso la membrana pre-sinaptica. A questo punto le vescicole si aprono e rilasciano nello spazio/fessura sinaptica i neurotrasmettitori. Questi vengono captati da recettori, ovvero canali della membrana post-sinaptica. All’arrivo dei neurotrasmettitori questi canali si aprono lasciando passare gli ioni+ o neg.: se entrano ioni + avremo nella cellula che riceve una depolarizzazione (riduzione neg. quindi eccitazione), se entrano ioni negativi avremo iperpolarizzazione, quindi una inibizione. Ciò si chiama potenziale post-sinaptico che è la variazione di polarità che avviene nella cellula dopo la sinapsi. (Meccanismo utile perché tutti i farmaci che agiscono sul sistema nervoso agiscono a questo livello, per comprendere l’attività che svolgono i farmaci). Diversi neurotrasmettitori sono coinvolti in reti diverse, lo stesso neurotrasmettitore, a seconda del recettore che ha, può aprire i canali per ioni+ o ioni-. I recettori sono specifici per ogni neurotrasmettitore.

23 novembre

L’intensità della stimolazione (luce intensa, suono…) deriva da due fattori:

• Quantità di cellule attivate
• Velocità con cui le stesse cellule vengono attivate, che viene data dai treni di impulso

Nell’iperpolarizzazione, è impossibile che uno stimolo depolarizzatore di una certa intensità permetta di arrivare alla soglia, stesso principio della somazione spaziale: fatto di tante sinapsi contemporaneamente, mentre la somazione temporale è l’effetto sulla stessa sinapsi di impulsi ravvicinati.

Assone è una parte di una cellula (neurone), è il prolungamento della cellula dove le cariche si muovono seguendo le regole della membrana, dei gradienti e della semipermeabilità. Si muovono nel senso che il potenziale che origina sempre dal monticolo assonico, punto in cui l’assone germina dal corpo cellulare, poi si muove con lo sfruttamento delle cariche, che seguono la direzione della polarità (le cariche positive verso la negatività).

Sinapsi assoniche: il loro compito è di modulare l’attività della cellula, ovvero una cellula invia potenziale d’azione che crea risposte (potenziali post-sinaptici). Ci può essere un treno di impulsi e una sinapsi che interviene (inibitoria) quindi può bloccare il potenziale o rallentare il treno di impulsi. Aumentano o riducono la positività per rendere attiva la cellula.

Sinapsi modulatorie...

Nodi di Ranvier: porzione dell’assone che non è rivestita da mielina, che sta tra due rivestimenti mielinici.

La glia è l’insieme di cellule del sistema nervoso che non sono neuroni, importante per il sistema nervoso. Le micro-glia sono l’insieme di cellule molto piccole che assorbono le tossine prodotte dall’attività metabolica dei neuroni, un po' come gli avvoltoi o gli spazzini. Una delle cause del dolore neuropatico (dove non c’è la parte ma sentono dolore) è proprio questo processo di tossicità. Gli astrociti sono cellule che collegano i capillari con i neuroni, ponte perché arrivino le sostanze nutritive ai neuroni (zuccheri). Cellule di Schwann: producono la mielina nel sistema nervoso. Sono un tipo di cellula del sistema nervoso periferico, facenti parte della glia. La loro principale funzione è quella di rivestire gli assoni dei neuroni con uno strato di mielina, che conferisce ai nervi e ai tratti un aspetto bianco brillante. Grazie alle doti di isolante elettrico, la mielina aumenta la capacità di conduzione degli assoni stessi.

Anatomia e fisiologia della cellula e sinapsi che sono a centinaia. Le reti nervose sono l’insieme di cellule che si attivano in modo collegato, ovvero si possono attivare contemporaneamente o in rapida successione. Come si formano queste reti: legge di apprendimento hebbiano (Hebb neuroscienziato del 900), che sostiene che quando due o più celle si attivano contemporaneamente per un numero ripetuto di volte, accade che all’attivarsi di queste si attivano anche tutte le altre. Questo perché si sono create le connessioni. Il risultato della rete nervosa: si creano miliardi di miliardi di reti per cui tutte le parti del cervello sono collegate tra loro.