Modulo di Neuroscienze cognitive

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1 Insegnamento di NEUROECONOMIA E NEUROMARKETING per il Corso di Laurea in PSICOLOGIA DELLA COMUNICAZIONE E DEL MARKETING (UNIROMA1) Modulo di Neuroscienze cognitive Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 0

2 Modulo di Neuroscienze cognitive 1. Introduzione all evoluzione del cervello e alla Neurofisiologia Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 1

3 Notizie utili Testo consigliato: Carlson N., Fondamenti di Psicologia Fisiologica, V edizione, ed. it. a cura di L. Petrosini, L. De Gennaro e C. Guariglia, Casa Editrice Piccin Figure di questa lezione prese dai testi (i) Eusebi e Gatti, Fisiologia e Scienza dell Alimentazione, Masson, 1998; (ii) Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998; (iii) Gertmann e Stanfield, EdiSES, Copie dei lucidi disponibili su sito WEB co.htm Indirizzo claudio.babiloni@uniroma1.it

4 Selezione naturale: all interno di una specie si osserva una notevole variabilità di caratteristiche morfologiche e fisiologiche tra i vari esemplari (espressione della variabilità genetica); la pressione selettiva ambientale provoca la sopravvivenza dei soli esemplari che si adattano all ambiente Le giraffe che hanno il collo più lungo hanno più possibilità di nutrirsi (adattamento all ambiente), cosicchè di generazione in generazione si selezione una popolazione di giraffe con il collo sempre più lungo (finchè questo favorisce l adattamento) 3

5 Deriva genetica: all interno di piccole popolazioni la sopravvivenza dei membri può dipendere da eventi casuali (accidentali) più che dall avere la dotazione genetica piu favorevole all adattamento rispetto alla pressione ambientale 4

6 Effetto del fondatore: un evento casuale può isolare pochi membri di una specie in un nuovo ambiente e può darsi che quei pochi membri non fossero quelli con la dotazione genetica più adatta alla pressione dell ambiente; si osservano cosi maggiori casi di malformazioni etc. 5

7 Evoluzione dal ratto alla scimmia: si espandono le regioni cerebrali associative non devolute all analisi sensoriale e all esecuzione dei movimenti 6

8 Evoluzione dalla scimmia all Uomo: si espandono le regioni cerebrali associative non devolute all analisi sensoriale e all esecuzione dei movimenti 7

9 Evoluzione in razze di arvicole (roditori): la pressione ambientale seleziona caratteristiche cerebrali (volume dell ippocampo) e comportamentali (ampiezza del territorio, promiscuità sessuale) 8

10 L evoluzione degli ominidi agli uomini: dalla stazione eretta allo sviluppo di nuove caratteristiche cerebrali e abilità comportamentali 9

11 Il più antico ominide: Sahelanthropus tchadensis NOME Sahelanthropus tchadensis COMPARSA 7 milioni di anni fa SCOMPARSA 5 milioni di anni fa INDIRIZZO Africa PESO? STATURA? CAPACITA'CRANICA?

12 Il più antico antenato degli uomini: l Australopithecus ( Lucy ) NOME Australopithecus afarensis COMPARSA 4,1 milioni di anni fa SCOMPARSA 3 milioni di anni fa INDIRIZZO Africa PESO 30/45 Kg STATURA 1/1.5 m CAPACITA'CRANICA 380/550 cc (34.4% del dell Homo sapiens, sapiens)

13 Transizione ominide-uomo( Homo abilis ): un gene ferma la produzione di acido N-glycolylneuramine, il cervello è accresciuto, appaiono i primi strumenti (battere, schiacciare, scavare) NOME Homo habilis COMPARSA 2.5 milioni di anni fa SCOMPARSA 1.6 milioni di anni fa INDIRIZZO Africa (Great Rift Valley system dell Africa est) PESO 40 Kg STATURA 1.4 m CAPACITA'CRANICA 640 cc (47.4% del dell Homo sapiens, sapiens)

14 Homo erectus ( ergaster, erectus ): cervello e corpo sono accresciuti, si crea una cultura tecnologica (armi, fuoco) e si spinge oltre l Africa NOME Homo erectus COMPARSA 1,8 milioni di anni fa SCOMPARSA mila anni fa INDIRIZZO Africa, Europa, Asia PESO 60/70 Kg STATURA 1.6/1.8 m CAPACITA'CRANICA 1000 cc (74% dell Homo sapiens, sapiens)

15 Homo sapiens arcaicus : l antenato degli uomini moderni (Homo neanderthalensis e sapiens ) NOME Homo sapiens arcaicus COMPARSA mila anni fa SCOMPARSA mila anni fa INDIRIZZO Africa, Europa, Asia PESO 60 Kg STATURA 1.5/1.6 m CAPACITA'CRANICA 1200 cc (88% dell Homo sapiens, sapiens)

16 Homo di Neanderthal : cervello e corpo più grandi, vive in piccoli gruppi, ha il culto dei morti, un linguaggio essenziale, domina l Europa per anni nella morsa delle ere glaciali, si estingue dopo il contatto con l Homo sapiens, sapiens NOME Homo neanderthalensis COMPARSA mila anni fa SCOMPARSA mila anni fa INDIRIZZO Europa, Asia PESO 65 Kg STATURA 1.6 m CAPACITA'CRANICA 1245/1740 cc (110% dell Homo sapiens, sapiens)

17 Homo sapiens, sapiens : creatività e linguaggio molto sviluppati promuovono arte, cultura, tecnologia, ampi gruppi sociali, commercio e armi fino a dominare il pianeta NOME Homo sapiens arcaicus COMPARSA mila anni fa SCOMPARSA (non estinto)) INDIRIZZO Tutto il pianeta PESO 70 Kg STATURA 1.7/1.8 m CAPACITA'CRANICA 1350 cc

18 La cellula: la più piccola unità vivente Cellula: la più piccola unità vivente, specializzata per svolgere le diverse funzioni dell organismo. Vi sono 4 tipi di cellule: nervosa, muscolare, epiteliale, connettivale. Vi sono diversi tipi di cellule connettivali (es. cellule del sangue, delle ossa, della glia, etc.) Fig. 1.2 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

19 Sistema fisiologico: insieme di organi, ognuno costituito da tessuti cellulari Tessuto: formato da cellule di un unico tipo Fig. 2.6 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998 Organo: i tessuti si combinano per formare gli organi. L organo cuore è formato da tessuto muscolare, tessuto nervoso (nervi), tessuto epiteliale (valvole), e tessuto connettivo (tendini valvolari) Sistema fisiologico: più organi formano un sistema di organi o sistema fisiologico. Ad esempio, il sistema cardiovascolare è formato dal cuore e dai vasi sanguinei

20 Sistemi fisiologici impegnati nell omeostasi S. polmonare: scambio di gas vitali (ossigeno e anidride carbonica) tra l ambiente esterno e il sangue; bilancia l acidità del sangue Fig. 1.3 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003 S. gastrointestinale: assunzione di acqua, nutrienti e sali inorganici dall ambiente esterno; digestione dei nutrienti; espulsione dei rifiuti nell ambiente esterno attraverso le feci S. cardiovascolare: circolazione del sangue che trasporta sostanze/gas vitali per le cellule e i loro prodotti/rifiuti S. renale e urinario: controllo del volume e della composizione del sangue ed escrezione dei rifiuti nell ambiente esterno attraverso le urine; bilancia l acidità del sangue S. endocrino: regolatore dei sistemi fisiologici S. nervoso: controllo del comportamento e regolatore del sistema endocrino e degli altri sistemi fisiologici S. immunitario: difesa dell organismo da virus, batteri e sostanze tossiche 19

21 Il secondo principio organizzativo dell organismo: la riproduzione per la sopravvivenza della specie Oltre l omeostasi: la riproduzione. Alcuni organi del sistema riproduttivo non hanno nessun ruolo nel mantenimento dell omeostasi per la sopravvivenza dell organismo. La loro asportazione non provoca nessun effetto nella capacità dell organismo di regolare volume, temperatura, composizione e acidità del mezzo interno. Tali organi seguono un altro importante principio organizzativo: la riproduzione I comportamenti riproduttivi: costituiscono la categoria più importante dei comportamenti sociali, poiché, senza di essi, la maggioranza delle specie non sopravvivrebbe. Questi comportamenti, che includono il corteggiamento, l accoppiamento, la cura della prole e la maggior parte delle forme di comportamento aggressivo, rappresentano le categorie più singolari dei comportamenti sessualmente dimorfici, cioè che differiscono a seconda del genere di appartenenza Riproduzione contro omeostasi: alcuni comportamenti riproduttivi mettono a rischio la vita dell organismo. Si pensi alla diffusione delle malattie per contagio sessuale dovute a rapporti sessuali non protetti con persone a rischio di infezione. In questi casi prevale l istinto (forte motivazione inconsapevole) di garantire la sopravvivenza della specie e della propria prole anche a discapito della propria vita. Vi sono numerosi esempi di adulti che hanno rischiato la vita per salvare la vita di bambini

22 Sistemi fisiologici impegnati nella riproduzione S. riproduttivo: apparato per l accoppiamento e la gestazione femminile; sviluppo delle cellule germinali, produzione di ormoni sessuali S. nervoso di relazione: rappresentazione di mondo esterno, bisogni e aspettative del partner, strategie comportamentali per ricerca del partner, corteggiamento, accoppiamento, parto e cure parentali. S. nervoso autonomo: controllo dell attività erettile del pene e dell eiaculazione S. neuroendocrino: regolatore degli ormoni sessuali per sviluppo delle cellule germinali, sviluppo e controllo dell apparato riproduttivo, facilitazione dei circuiti nervosi per ricerca del partner, corteggiamento, accoppiamento, parto e cure parentali Fig. 8.8 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998 Fig. 8.1 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998 Fig. 8.4 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998

23 Meccanismi di regolazione dei sistemi fisiologici Regolazione a feedback negativo: un sensore rileva il valore attuale della variabile fisiologica (es. temperatura corporea), manda il segnale ad un centro integrativo che compara tale valore con quello(i) di riferimento (set point). In caso di differenza, viene mandato un segnale di errore a effettori che agiscono per portare il valore della variabile al valore di riferimento o entro l intervallo dei valori di riferimento. E il meccanismo di controllo fisiologico più diffuso nell organismo Regolazione a feedback positivo: la differenza del valore della variabile rispetto a quello(i) di riferimento innesca un segnale di errore che promuove processi volti ad aumentare ancora di più quella differenza Fig. 1.6 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003 Fig. 9.4 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

24 Potenziale di membrana Canali della membrana: si aprono/chiudono variando la loro conduttanza a specifici ioni, in funzione del potenziale di membrana o del contatto tra ligandi e recettori di membrana Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998 Potenziali di diffusione: il flusso di ioni attraverso la membrana genera un potenziale di diffusione ai suoi due lati. Esempio (Fig.): vi è più Na+Cl- nel comparto di sinistra e una membrana permeabile solo al Na+. Per differenza di concentrazione (forza chimica) il Na+ passa nel comparto di destra sviluppando li un potenziale positivo Potenziale di equilibrio: Tale flusso continua fino al potenziale di equilibrio della membrana, che rappresenta l equilibrio tra forze chimiche ed elettriche agenti sugli ioni (nell esempio: Na+) 23

25 Potenziale di membrana a riposo Negatività della membrana a riposo: in una cellula nervosa o muscolare a riposo il potenziale è negativo all interno della membrana rispetto all esterno (circa -70 mv) Sbilanciamento di cariche elettriche dai due lati della membrana: tale negatività dipende dalle proteine negative (anioni) del citosol, troppo grandi per attraversare la membrana, e dall azione di pompe ioniche che portano più Na+ e Ca++ fuori che K+ dentro la cellula Permeabilità agli ioni (conduttanza) della membrana: a riposo, la conduttanza al K+ e molto più alta di quella al Na+, per questo non entra Na+ a dispetto delle forze elettriche e chimiche verso l interno della cellula Fig. 1.3 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

26 Generazione del potenziale di azione Una depolarizzazione della membrana dal suo stato di riposo determina la rapida apertura dei canali Na+ (aumento gna+) La corrente entrante provoca depolarizzazione e apertura di altri canali Na+ L inattivazione dei canali Na+ e l attivazione lenta dei canali K+ voltaggio dipendenti inizia il processo di efflusso di cariche positive dall interno all esterno della cellula

27 Potenziale di azione Entrata del Na+ e depolarizzazione: quando la polarità negativa del potenziale di membrana a riposo si riduce (depolarizzazione) oltre circa -40 mv, si aprono bruscamente i canali potenziale-dipendenti del Na+ (aumento della conduttanza). L entrata brusca di Na+ riduce ulteriormente la negatività, fino a valori positivi del potenziale di membrana (ripolarizzazione) Uscita del K+ ed iperpolarizzazione: la brusca apertura dei canali potenzialedipendenti del K+ determina la rapida uscita del K+ (toglie positività all interno della cellula) e valori di elevata negatività di membrana (iperpolarizzazione). L apertura di canali potenziale-dipendenti del Ca++ (entra Ca++) ripristina il potenziale a riposo Fig. 1.5 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998 Neurone o muscolo scheletrico Muscolo cardicaco. Il potenziale d azione è più duraturo per l apertura prolungata dei canali Ca++ 26

28 Conduzione del potenziale d azione Propagazione del potenziale d azione. A: nel segmento iniziale dell assone del neurone il potenziale d azione è associato all entrata di Na+ e alla conseguente depolarizzazione (fino a polarità positiva). Nei segmenti vicini si osserva il potenziale negativo a riposo. B: Forze elettrochimiche spingono le cariche positive interne verso il segmento vicino inattivo. C: L arrivo delle cariche positive depolarizza il sito vicino oltre la soglia, causa l apertura dei canali potenziale-dipendenti del Na+ rigenerando il potenziale d azione Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998 Fig. 1.6 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998 Tipi di propagazione: la propagazione del potenziale d azione e punto per punto (A) nell assone privo di mielina e (B) per salti in corrispondenza dei nodi demielinizzati nell assone mielinizzato 27

29 Rapida trasmissione del potenziale d azione tra cellule muscolari cardiache: la sinapsi elettrica Le giunzioni strette: sono canali proteici (giunzioni strette o comunicati) che collegano il citosol di due cellule muscolari cardiache vicine. Esse permettono il passaggio di ioni e piccole molecole e, quindi, la rapida propagazione del potenziale d azione (si noti la differenza rispetto alle giunzioni tramite filamenti intercellulari con funzione di stretto ancoraggio tra le cellule muscolari cardiache: desmosomi) Sinapsi elettrica: è il piccolo spazio tra le cellule, costituito dalle giunzioni strette. Le sinapsi elettriche impediscono una modulazione della trasmissione tra le cellule dell informazione portata dal potenziale d azione (il potenziale d azione passa direttamente). Esse sono rare nel sistema nervoso dell uomo Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

30 Trasmissione del potenziale d azione tra cellule nervose: la sinapsi chimica Sinapsi chimica: separa la membrana pre- e post-sinaptica. Il messaggero neuro-trasmettitore (aminoacido, peptide) attraversa la sinapsi. Si può modulare la trasmissione al momento di sintesi, invio, ricezione e degradazione del neuro-trasmettitore Le fasi della trasmissione sinaptica: arrivo del potenziale d azione (bottone pre-sinaptico), apertura di canali potenziale-dipendenti del Ca++, entrata di Ca++, migrazione di vescicole di neurotrasmettitore verso la membrana pre-sinaptica, esocitosi del neuro-trasmettitore nella sinapsi, ricezione del neurotrasmettitore ligando (membrana post-sinaptica), apertura/chiusura di canalali ligandodipendenti con effetti sul flusso ionico transmembranario e sul potenziale post-sinaptico, degradazione e ricaptazione del neurotrasmettitore Fig. 7.2 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

31 Meccanismi di trasduzione nelle sinapsi chimiche Risposte veloci a livello dei canali ligando-dipendenti: la ricezione del neurotrasmettitore ligando fa aprire/chiudere il canale ionico (generalmente K+, Na+, Ca++) Risposte lente ad accoppiamento diretto: la ricezione del neurotrasmettitore ligando determina l apertura del canale ionico tramite la mediazione della proteina G (moltiplicano gli effetti) Risposte lente mediate da secondi messaggeri: la ricezione del neurotrasmettitore ligando determina l apertura del canale ionico tramite la mediazione della proteina G e l ulteriore intervento di enzini e secondi messaggeri intra-cellulari (che possono inoltre innescare sintesi di nuovi recettori etc.) Fig. 7.3 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

32 Sinapsi inibitorie ed eccitatorie Sinapsi eccitatorie veloci e potenziale post-sinaptico eccitatorio: il neurotrasmettitore ligando fa aumentare la concentrazione di cariche positive (K+, Na+, Ca++) all interno della membrana post-sinaptica con effetto gradualmente depolarizzante eccitatorio sul potenziale postsinaptico (es. più entrata di Na+ che uscita di K+) Sinapsi inibitorie veloci e potenziale post-sinaptico inibitorio: il neurotrasmettitore ligando fa aumentare la concentrazione di cariche negative (es. entrata di Cl-, uscita di K+) all interno della membrana postsinaptica con effetto gradualmente iper-polarizzante inibitorio sul potenziale post-sinaptico (es. uscita di K+) Fig. 7.4 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003 Fig. 7.5 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

33 Trasmissione neuromuscolare Giunzione o placca neuromuscolare: è la sinapsi tra il terminale pre-sinaptico del motoneurone alfa (controlla la contrazione muscolare) e una zona specializzata con molte pliche della fibra muscolare (membrana postsinaptica) Fasi: arrivo del potenziale d azione (bottone pre-sinaptico), apertura di canali potenzialedipendenti del Ca++, entrata di Ca++, migrazione di vescicole di acetilcolina (ACh) verso la membrana pre-sinaptica (neurone), esocitosi dell ACh nella sinapsi, ricezione dell ACh sulla membrana postsinaptica (placca motoria), apertura di canali per cationi (K+, Na+, Ca++), potenziale post-sinaptico eccitatorio, potenziale d azione (fibra muscolare), degradazione dell ACh dell enzima acetilcolinesterasi (AChE) Fig. 1.8 di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, 1998 Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES,

34 Il muscolo scheletrico Struttura: il muscolo è costituito da fascicoli muscolari intercalati da tessuto connettivo. Ogni fascicolo è costituito da fibre muscolari (polinucleate: molti nuclei che condividono il citoplasma) avvolte dal sarcolemma. Ogni fibra muscolare è formata da miofibrille avvolte dal reticolo sarcoplasmatico. Ogni miofibrilla mostra un ordinata sequenza di unità funzionali (sarcomeri). Ogni sarcomero presenta miofilamenti proteici contrattili spessi e sottili, delimitati da due dischi (linee Z). Si riconoscono le bande I e H (filamenti sottili) e le bande A (sovrapposizione di filamenti sottili e spessi). Un moteneurone spinale alfa innerva più fibre muscolari, che costituiscono l unità motoria Proteine: filamenti spessi = miosina ; filamenti sottili = actina e proteine regolatrici tropomiosina e troponina Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

35 Rete tubulare (tubulo trasverso e reticolo sarcoplasmatico) e contrazione del muscolo scheletrico Rete tubolare: è formata da un tubulo trasverso (tubulo a T), una invaginazione della membrana muscolare (sarcolemma), e da un reticolo sarcoplasmatico con cisterne terminali contenenti Ca++ intracellulare. Un tubulo trasverso e ai suoi lati le due cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico costituiscono una triade funzionale. Il tubulo trasverso e caratterizzato da una proteina-recettore voltaggio-dipendente, la cui attivazione al giungere del potenziale d azione fa aprire il canale per il Ca++ intra-cellulare posto nelle cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico Il meccanismo dello scorrimento dei filamenti: la contrazione muscolare si associa al restringimento delle bande I e della zona H della miofibrilla, che riflettono l actina. Al contrario, la banda A che riflette principalmente la miosina non cambia lunghezza (= non vi è contrazione della miosina). Inoltre, si avvicinano tra loro le linee (strie) Z, che delimitano il sarcomero della miofibrilla. La generalizzazione del fenomeno determina l accorciamento di miofibrille, fibre muscolari, fascicoli muscolari e dell intero muscolo. Questa descrizione mostra che la contrazione muscolare dipende dallo scorrimento dei filamenti di miosina su quelli dell actina (e non dalla contrazione dei filamenti) 34

36 Accoppiamento eccitazione-contrazione Fasi di un singolo evento: 1. L acetilcolina liberata dal neurone si lega ai recettori della placca motrice e da luogo al potenziale d azione muscolare. 2. Il potenziale d azione viaggia sulla superficie della membrana muscolare (= ingresso di Ca++ extra-cellulare) e in profondità lungo il tubulo trasverso (T). 3. I recettori voltaggio-dipendenti del tubulo trasverso aprono i canali Ca++ delle cisterne del reticolo sarcoplasmatico (= rilascio di Ca++ intra-cellulare); 4. Ca++ soprasoglia si lega alla troponina spostando la tropomiosina e scoprendo sull actina i siti per la testa della miosina. 5. La testa della miosina (forma ad alta energia) si innalza fino a legarsi all actina. Si stacca un fosfato e la testa della miosina si piega tirando l actina verso il centro del sarcomero ( colpo di forza e contrazione muscolare). Si stacca l ADP dalla miosina (forma a bassa energia) che rimane rigidamente legata all actina. Un nuovo ATP si lega alla testa della miosina (che ritorna ad alta energia) e la stacca dall actina (fine di un ciclo dei ponti trasversi). 6. Il Ca++ viene pompato attivamente dentro il reticolo sarcoplamatico. 7. Sull actina i siti per la miosina vengono coperti dalla tropomiosina. Si consideri che sul filamento di miosina vi sono numerose teste (ponti trasversi) che in presenza di ATP e Ca++ soprasoglia danno vita a numerosi cicli dei ponti trasversi e alla conseguente contrazione muscolare Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES,

37 La singola scossa muscolare Scossa singola: un motoneurone assieme a tutte le fibre muscolari che innerva viene definito unità motoria. La scossa singola è la risposta meccanica di una unità motoria ad un singolo potenziale d azione. Dato un potenziale d azione la scossa singola è sempre uguale Fasi: periodo di latenza (pochi millisecondi) tra la comparsa del potenziale d azione nel sarcolemma e la contrazione muscolare; fase di contrazione ( millisecondi) dalla fine della latenza al picco della tensione muscolare (grammi) e fase di rilasciamento (fino alla tensione nulla). Una stimolazione ad alta frequenza può indurre scosse singole con caratteristiche anormali. Muscoli diversi sono caratterizzati da scosse singole con caratteristiche diverse in funzione della forza che sono in grado di produrre e della velocità con cui raggiungono il picco della forza Tipi di contrazione: la contrazione isotonica si verifica quando il muscolo genera una forza muscolare almeno pari al carico (es. un peso) determinando un accorciamento del muscolo. La contrazione isometrica si verifica quando la forza muscolare generata è inferiore al carico (nessun movimento). Si noti l andamento della tensione 36

38 Caratteristiche della contrazione muscolare Tetano: quando la concentrazione intra-cellulare del Ca++ è elevata, i siti di legame della miosina sull actina restano esposti e la contrazione muscolare diviene sostenuta e prolungata Relazione lunghezza-tensione: la tensione attiva massimale si sviluppa in corrispondenza della lunghezza muscolare alla quale si verifica una sovrapposizione ottimale dei filamenti sottili e spessi, che consente la formazione del maggior numero possibile di ponti trasversi. La tensione attiva risulta dalla sottrazione della tensione passiva (che si sviluppa stirando il muscolo a differenti lunghezze o precarichi) dalla tensione totale (la tensione muscolare massima sviluppata partendo da differenti lunghezze) Relazione forza-velocità: velocità dell accorciamento in funzione della variazione della forza di opposizione alla contrazione (postcarico) che viene prefissata (contrazione isotonica). La velocità dell accorciamento dipende dalla velocità alla quale si formano i ponti trasversi di actina e miosina 37

39 Modulo di Neuroscienze cognitive 2. La struttura del sistema nervoso centrale e periferico Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 38

40 Il sistema nervoso centrale (SNC) Termini per la localizzazione anatomica nel sistema nervoso: anteriore (testa), posteriore (coda), laterale (verso i lati), mediale (verso la linea mediana o nevrasse), dorsale (verso il dorso), ventrale (verso il ventre), rostrale (verso il naso), caudale (verso la coda), ipsilatrale (stesso lato), contralaterale (lato opposto), sezione coronale (parallelo alla superficie del viso), sezione sagittale (parallelo alla superficie della guancia), sezione orizzontale (parallelo al pavimento). Componenti del sistema nervoso: sistema nervoso centrale o SNC (cervello e midollo spinale) e sistema nervoso periferico o SNP (nervi cranici, nervi spinali e gangli periferici). Il SNC: e rivestito dalle meningi (dura madre, membrana aracnoidea, pia madre). Il SNP: è rivestito dalle meningi. Ventricoli cerebrali: lo spazio sotto la membrana aracnoidea delle meningi contiene il liquido cerebrospinale o liquor che scorre entro i ventricoli cerebrali. Liquor e ventricoli cerebrali svolgono la funzione di un materasso ad acqua per il sistema nervoso centrale. Lo sviluppo del SNC: il tubo neurale primitivo evidenzia tre divisioni principali: proencefalo, mesencefalo e romboencefalo, ognuna delle quali avvolge specifici ventricoli cerebrali. Proencefalo: è costituito da telencefalo (avvolge i ventricoli laterali) e diencefalo (avvolge il terzo ventricolo). Il telencefalo: comprende la corteccia cerebrale, il sistema limbico e i gangli della base. La corteccia cerebrale è suddivisa nei lobi frontali (movimento, piani d azione e recupero di tracce mnestiche deboli) come anche nei lobi parietale, temporale e occipitale (percezione e memoria). Il sistema limbico comprende la corteccia limbica, l ippocampo e l amigdala (emozione, motivazione e apprendimento). I gangli della base sono strutture sottocorticali (fluidità del movimento e transizione tra diversi piani motori). Il diencefalo: comprende il talamo (distribuisce e regola il flusso d informazione da e per la corteccia cerebrale) e l ipotalamo (controlla il sistema endocrino e modula i comportamenti istintuali specie-specifici). Il mesencefalo: avvolge l acquedotto cerebrale ed è composto da tetto (udito, controllo dei riflessi visivi, reazioni agli stimoli in movimento) e tegmento. Il tegmento: è costituito dalla formazione reticolare (ritmo sonno-veglia, stati della veglia, movimento), la sostanza periacqueduttale (comportamenti specie-specifici, anestesia) come anche dal nucleo rosso e dalla sostanza nera (movimento). Il romboencefalo: avvolge il quarto ventricolo.e comprende cervelletto, ponte, e bulbo. Il cervelletto: gioca un ruolo importante nell integrazione e nella coordinazione dei movimenti considerando gli aspetti temporali dell azione e del feed-back ambientale. Il ponte: numerosi nuclei della formazione reticolare e vie per e dal cervelletto (sonno, regolazione del livello globale di attivazione cerebrale o arousal). Il bulbo: numerosi nuclei della formazione reticolare (sonno, arousal, regolazione di respirazione, frequenza cardiaca e pressione sanguigna). Il midollo spinale: la parte esterna del midollo spinale è formato da sostanza bianca: assoni che trasportano l informazione verso l alto (parti caudali del midollo o al cervello) o verso il basso. La porzione centrale, invece, è formata da sostanza grigia, che contiene i corpi cellulari dei neuroni spinali. 39

41 La localizzazione delle strutture nervose: i termini dell anatomia Termini per la localizzazione anatomica nel sistema nervoso: anteriore (testa), posteriore (coda), laterale (verso i lati), mediale (verso la linea mediana o nevrasse), dorsale (verso il dorso), ventrale (verso il ventre), rostrale (verso il naso), caudale (verso la coda), ipsilatrale (stesso lato), contralaterale (lato opposto), sezione coronale (parallelo alla superficie del viso), sezione sagittale (parallelo alla superficie della guancia), sezione orizzontale (parallelo al pavimento) 40 Fig. 3.2 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

42 Il sistema nervoso si divide in centrale e periferico Le componenti del sistema nervoso: sono il sistema nervoso centrale o SNC (cervello e midollo spinale) e il sistema nervoso periferico o SNP (nervi cranici, nervi spinali e gangli periferici) Il SNC: e rivestito dalle meningi (dura madre, membrana aracnoidea, pia madre) Il SNP: è anch esso rivestito dalle meningi Ventricoli cerebrali: lo spazio sotto la membrana aracnoidea delle meningi contiene il liquido cerebrospinale o liquor che scorre entro i ventricoli cerebrali. Liquor e ventricoli cerebrali svolgono la funzione di un materasso ad acqua per il sistema nervoso centrale 41 Fig. 3.3 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

43 Lo sviluppo del SNC evidenzia la relazione tra grandi regioni anatomiche cerebrali e ventricoli che contengono liquor Il tubo neurale primitivo: evidenzia tre divisioni principali: proencefalo, mesencefalo e romboencefalo, ognuno dei quali avvolge specifici ventricoli cerebrali Fig. 3.6 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin,

44 Il proencefalo è formato da telencefalo e diencefalo Il proencefalo: è costituito da telencefalo (avvolge i ventricoli laterali) e diencefalo (avvolge il terzo ventricolo) Il telencefalo: comprende la corteccia cerebrale, il sistema limbico e i gangli della base La corteccia cerebrale: è suddivisa nei lobi frontali (movimento, piani d azione e recupero di tracce mnestiche deboli) come anche nei lobi parietale, temporale e occipitale (percezione e memoria) Il sistema limbico: comprende la corteccia limbica, l ippocampo e l amigdala (emozione, motivazione e apprendimento) Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin,

45 Il diencefalo e formato da talamo e ipotalamo Il diencefalo: comprende il talamo e l ipotalamo Il talamo: distribuisce e regola la maggior parte del flusso d informazione da e alla corteccia. E diviso da parecchi nuclei. I nuclei sensoriali proiettano in corteccia segnali sensoriali dalla periferia, i nuclei motori segnali motori provenienti da cervelletto, gangli della base e aree cerebrali motorie. Altri nuclei (reticolari) proiettano diffusamente a tutta la corteccia e sono implicati nei ritmi sonnoveglia e nella vigilanza. L ipotalamo: regola il sistema nervoso autonomo e diverse funzioni vegetative. Controlla il sistema endocrino mediante la regolazione dell ipofisi e modula i comportamenti istintuali speciespecifici 44 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

46 I gangli della base (telencefalo) svolgono funzioni cognitivomotorie in cooperazione con la corteccia frontale I gangli della base: sono strutture sottocorticali. Si distinguono il nucleo caudato, il globo pallido e il putamen Funzione: in stretta cooperazione con regioni frontali corticali sono responsabili della fluidità del movimento e della transizione tra diversi piani motori La malattia di Parkinson: è causata dalla degenerazione di alcuni neuroni localizzati nel mesencefalo che inviano i loro assoni al nucleo caudato e al putamen. I sinotmi sono debolezza, tremore, rigidità degli arti, disturbi dell equilibrio, difficoltà ad iniziare il movimento, lentezza del movimento 45 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

47 Il mesencefalo è formato da tetto e tegmento Il mesencefalo: avvolge l acquedotto cerebrale ed è composto da tetto (parte dorsale) e tegmento (parte ventrale) Tetto: comprende i collicoli superiori e inferiori. I collicoli superiori svolgono funzioni di integrazione visuomotoria per attività automatiche. I collicoli inferiori svolgono simili funzioni di integrazione audio-motoria. Tali funzioni includono il controllo dei riflessi audio-visivi e reazioni automatiche agli stimoli in movimento 46 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

48 Strutture e funzioni del tegmento Il tegmento: è costituito da formazione reticolare, sostanza grigia periacqueduttale, nucleo rosso e sostanza nera formazione reticolare: estesa rete di tessuto neurale localizzato nelle regioni centrali del tronco dell encefalo, dal bulbo al diencefalo. E implicata nel ritmo sonnoveglia, negli stati della veglia, nel movimento La sostanza grigia periacqueduttale: la regione del mesencefalo che circonda l acquedotto cerebrale. Contiene i circuiti neurali coinvolti nei comportamenti specie-specifici e in fenomeni di anestesia endogena. Nucleo rosso: è un grande nucleo del mesencefalo. Riceve afferenze dal cervelletto e della corteccia motoria (movimento). Invia fibre nervose ai motoneuroni del midollo spinale Sostanza nera: regione nerastra che contiene neuroni connessi con i gangli della base (caudato e putamen) 47 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

49 Il romboencefalo è formato da cervelletto, ponte e bulbo Il romboencefalo: avvolge il quarto ventricolo.e comprende cervelletto, ponte, e bulbo Il cervelletto: contiene due emisferi cerebellari coperti dalla corteccia cerebellare. Si riconoscono i lobi anteriore, posteriore, il lobo flocculonodulare e il verme Nuclei profondi: sono localizzati all interno degli emisferi cerebellari. Ricevono fibre dalla corteccia cerebellare e inviano fibre al ponte. gioca un ruolo importante nell integrazione e nella coordinazione dei movimenti. Elabora aspetti temporali dell azione e del feed-back ambientale Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

50 Struttura e funzioni di ponte e bulbo Il ponte: è rostrale al bulbo, caudale al mesencefalo e ventrale al cervelletto. Contiene numerosi nuclei della formazione reticolare e vie per e dal cervelletto. Invia anche fibre alla corteccia cerebrale Funzioni del ponte: sonno, regolazione del livello globale di attivazione cerebrale o arousal Il bulbo: è la porzione più caudale del cervello, che confina con il midollo spinale. Contiene numerosi nuclei della formazione reticolare Funzioni del bulbo: sonno, arousal, regolazione di respirazione, frequenza cardiaca e pressione sanguigna 49 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

51 Il midollo spinale Colonna vertebrale: protegge il midollo spinale. E composta da 24 singole vertebre poste nella regione cervicale (collo), toracica, lombare (fondoschiena) e sacrale coccigea La parte esterna del midollo spinale: consiste di sostanza bianca, vale a dire le fibre assonali ricoperte di mielina che trasportano l informazione verso l alto (parti caudali del midollo o al cervello) o verso il basso La porzione centrale del midollo spinale: consiste di sostanza grigia, vale a dire i corpi cellulari dei neuroni spinali Le meningi: sostanza bianca e sostanza grigia sono avvolte dalle meningi, analogamente a quanto accade nel cervello 50 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

52 Il sistema nervoso periferico (SNP) Nervi spinali e cranici: spediscono fibre sensitive nel sistema nervoso centrale e fibre motorie fuori da esso. I nervi spinali sono formati dall unione delle radici dorsali del midollo spinale, che contengono i corpi cellulari degli assoni entranti (afferenze sensoriali), con le radici ventrali, che contengono gli assoni uscenti (efferenze motorie). Il sistema nervoso autonomo: è un sistema efferente che regola, fuori dal controllo della volontà, il funzionamento di muscoli cardiaci e lisci (vasi sanguinei, peli, occhi, cuore, bronchi, s. digerente, vescica, genitali, etc.) come anche di ghiandole endocrine (midollare surrenale) ed esocrine (salivari, lacrimali e sudoripare). Esso regola le variazioni termiche, cardiovascolari, bronchiali, metaboliche ed endocrine che accompagnano gli stati emozionali (ansia, paura, rabbia, stupore, amore ed eccitazione sessuale, etc.) e adattano l organismo ai contesti di esplorazione, interazione sociale, concentrazione, sforzo fisico, dolore, freddo/caldo, attacco, difesa, fuga, riposo, riproduzione etc. Regolatori del sistema nervoso autonomo: il sistema nervoso autonomo agisce sia in via riflessa dopo stimoli adeguati (es. costrizione della pupilla alla luce) sia su comandi di centri integratori troncoencefalici, ipotalamici, limbici e neocorticali che sono responsabili del comportamento finalizzato e della regolazione della temperatura, della sete, della fame, della minzione, del respiro, delle funzioni cardiorespiratorie e della riproduzione. Struttura del sistema nervoso autonomo: si compone di una divisione simpatica e una divisione parasimpatica che hanno effetti tipicamente contrapposti sugli organi innervati. Si compone, inoltre, di un sistema mesenterico per la regolazione dei muscoli lisci del tubo digerente. Le divisioni simpatica e parasimpatica sono formate da due fibre effettrici in serie, una fibra pre-gangliare colinergica nel sistema nervoso centrale (midollo, troncoencefalo) e una fibra postgangliare colinergica o noradrenergica nel sistema nervoso periferico. Le fibre simpatiche: le fibre pre-gangliari colinergiche originano nel midollo toracico e lombare e si connettono a fibre post-gangliari colinergiche (solo ghiandole sudoripare e muscoli lisci dei vasi dei muscoli scheletrici) o noradrenergiche, localizzate nei gangli paravertebrali o nei plessi celiaco e mesenterico. La midollare surrenale è un ganglio simpatico specializzato che riversa nel circolo adrenalina (80%) e noradrenalina con effetti generalizzati. Le fibre parasimpatiche: le fibre pre-gangliari colinergiche originano nei nuclei dei nervi cranici tronoencefalici (III oculomotore, VII facciale, IX glossofaringeo, X vago) o nel midollo sacrale e si connettono a fibre post-gangliari colinergiche localizzate in gangli vicini o dentro l organo innervato. Funzioni del simpatico: induce l ammiccamento e l allargamento della pupilla, l incremento della frequenza cardiaca e della pressione sanguinea, la broncodilatazione, il riempimento della vescica, l eiaculazione, il blocco della digestione e la mobilitazione di riserve energetiche in situazioni stressanti/emozionanti di interazione sociale, concentrazione, sforzo fisico, freddo, dolore, attacco, difesa, fuga e riproduzione. Funzioni del parasimpatico opposte a quelle simpatiche: induce la costrizione della pupilla, la riduzione della frequenza cardiaca e della pressione sanguinea, la broncocostrizione, lo svuotamento della vescica, l erezione, lo svolgimento della digestione e il deposito di riserve energetiche in situazioni di riposo, recupero e riproduzione. Coordinamento simpaticoparasimpatico (un esempio): il riempimento della vescica si basa sul rilasciamento del rivestimento muscolare e sulla contrazione dello sfintere interno (simpatico), mentre lo svuotamento della vescica si basa sulla contrazione del rivestimento muscolare e sul rilascio dello sfintere interno (parasimpatico) ed esterno (volontà su muscolo scheletrico). Come eccezione, vi è un esclusiva innervazione simpatica per ghiandole sudoripare, muscolatura liscia dei vasi sanguinei, muscoli piloerettori, cellule epatiche (mobilizzazione di glucosio: gluconeogenesi e gliconeogenesi), cellule adipose (mobilizzazione di grassi: lipolisi) e renali (secrezione di renina per il riassorbimento di acqua e sodio). La trasmissione nervosa autonoma: la fibra pre-gangliare simpatica e parasimpatica riversa acetilcolina sui recettori nicotinici post-sinaptici, collegati a canali ionici (Na+, K+) analogamente ai recettori colinergici della giunzione neuromuscolare. La fibra post-gangliare riversa sull organo bersaglio acetilcolina (recettori muscarinici simpatici e parasimpatici) o noradrenalina (recettori noradrenergici simpatici alfa e beta). I recettori post-gangliari sono associati ad una proteina di membrana (G) che amplifica gli effetti fisiologici del neurotrasmettitore. I recettori colinergici muscarinici: attivano tramite la proteina G l enzima fosfolipasi C, producendo secondi messaggeri (IP3 e DIAG) che mediano gli effetti fisiologici. Alternativamente, la proteina G attiva direttamente canali ionici di membrana (effetto iperpolarizzante dell apertura del canale K+ sulle cellule del nodo senoatriale del cuore). I recettori (simpatici) noradrenergici: sono 4 (agiscono tramite proteina G). I recettori alfa 1 attivano l enzima fosfolipasi C producendo secondi messaggeri (IP3 e DIAG) che mediano la contrazione dei muscoli lisci di vasi cutanei e della regione splancnica, di sfinteri gastrointestinali/vescicali, e dell iride. I recettori beta attivano l enzima adenilciclasi producendo secondi messaggeri (AMP ciclico) che mediano la contrazione dei muscoli cardiaci (beta 1) e il rilasciamento di muscoli lisci di vasi del muscolo scheletrico, di bronchioli e di pareti gastrointestinali/vescicali (beta 2). I recettori alfa 2 inibiscono l adenilciclasi riducendo i livelli di AMP ciclico con effetti di rilasciamento della parete gastrointestinale. 51

53 Il sistema nervoso periferico (SNP): i nervi spinali Nervi spinali e cranici: permettono la comunicazione in ingresso (informazione afferente-sensitiva) e in uscita (informazione efferenteeffettrice) tra cervello/midollo spinale e il resto del corpo (muscoli, sensori, ghiandole) Nervi spinali: spediscono fibre sensitive nel sistema nervoso centrale e fibre motorie fuori da esso. I nervi spinali sono formati dall unione delle radici dorsali del midollo spinale, che contengono i corpi cellulari degli assoni entranti (afferenze sensoriali), con le radici ventrali, che contengono gli assoni uscenti (efferenze motorie) 52 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

54 Il SNP: i nervi cranici Nervi cranici: 12 paia di nervi sono connessi alla superficie ventrale del cervello. La maggior parte di essi svolge funzioni sensoriali e motorie per la regione della testa e del collo. Uno di essi (n. vago) regola le funzioni degli organi della cavità toracica e addominale Informazioni sensoriali: i nervi cranici ricevono Informazioni somatosensoriali dalla testa e dal collo, informazioni gustative dalla lingua, informazioni uditive e vestibolari (relative all equilibrio) dalle orecchie, informazioni visive dagli occhi e informazioni olfattive dal naso 53 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

55 Generalità sul sistema nervoso autonomo Il sistema nervoso autonomo è un sistema efferente che regola, fuori dal controllo della volontà, il funzionamento di muscoli cardiaci e lisci (vasi sanguinei, peli, occhi, cuore, bronchi, s. digerente, vescica, genitali, etc.) come anche di ghiandole endocrine (midollare surrenale) ed esocrine (salivari, lacrimali e sudoripare) Variabili regolate: esso regola le variazioni termiche, cardiovascolari, bronchiali, metaboliche ed endocrine che accompagnano gli stati emozionali (ansia, paura, rabbia, stupore, amore ed eccitazione sessuale, etc.) e adattano l organismo ai contesti di esplorazione, interazione sociale, concentrazione, sforzo fisico, dolore, freddo/caldo, attacco, difesa, fuga, riposo, riproduzione etc. 54 Fig. 1.3 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

56 Chi comanda il sistema nervoso autonomo? I centri autonomici superiori Regolatori del sistema nervoso autonomo: il sistema nervoso autonomo agisce sia in via riflessa dopo stimoli adeguati (es. costrizione della pupilla alla luce) sia su comandi di centri integratori troncoencefalici, ipotalamici, limbici e neocorticali che sono responsabili del comportamento finalizzato e della regolazione della temperatura, della sete, della fame, della minzione, del respiro, delle funzioni cardiorespiratorie e della riproduzione 55 Fig. 2-5 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

57 Il sistema nervoso autonomo è formato dal s. simpatica, dal s. parasimpatico e dal s. mesenterico Simpatico e parasimpatico: si compone di una divisione simpatica e una divisione parasimpatica che hanno effetti tipicamente contrapposti sugli organi innervati. Si compone, inoltre, di un sistema mesenterico per la regolazione dei muscoli lisci del tubo digerente Fibre gangliari: le divisioni simpatica e parasimpatica sono formate da due fibre effettrici in serie, una fibra pre-gangliare colinergica nel sistema nervoso centrale (midollo, troncoencefalo) e una fibra post-gangliare colinergica o noradrenergica nel sistema nervoso periferico Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

58 Origine e bersagli del sistema nervoso autonomo Le fibre simpatiche: le fibre pregangliari colinergiche originano nel midollo toracico e lombare e si connettono a fibre post-gangliari colinergiche (solo ghiandole sudoripare e muscoli lisci dei vasi dei muscoli scheletrici) o noradrenergiche, localizzate nei gangli paravertebrali o nei plessi celiaco e mesenterico. La midollare surrenale è un ganglio simpatico specializzato che riversa nel circolo adrenalina (80%) e noradrenalina con effetti generalizzati Le fibre parasimpatiche: le fibre pre-gangliari colinergiche originano nei nuclei dei nervi cranici troncoencefalici (III oculomotore, VII facciale, IX glossofaringeo, X vago) o nel midollo sacrale e si connettono a fibre post-gangliari colinergiche localizzate in gangli vicini o dentro l organo innervato 57 Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

59 Coordinamento del simpatico e del parasimpatico Funzioni del simpatico: induce l ammiccamento e l allargamento della pupilla, l incremento della frequenza cardiaca e della pressione sanguinea, la broncodilatazione, il riempimento della vescica, l eiaculazione, il blocco della digestione e la mobilitazione di riserve energetiche in situazioni stressanti/emozionanti di interazione sociale, concentrazione, sforzo fisico, freddo, dolore, attacco, difesa, fuga e riproduzione Funzioni del parasimpatico (opposte a quelle simpatiche): induce la costrizione della pupilla, la riduzione della frequenza cardiaca e della pressione sanguinea, la broncocostrizione, lo svuotamento della vescica, l erezione, lo svolgimento della digestione e il deposito di riserve energetiche in situazioni di riposo, recupero e riproduzione Un esempio di coordinamento: il riempimento della vescica si basa sul rilasciamento del rivestimento muscolare e sulla contrazione dello sfintere interno (simpatico), mentre lo svuotamento della vescica si basa sulla contrazione del rivestimento muscolare e sul rilascio dello sfintere interno (parasimpatico) ed esterno (volontà su muscolo scheletrico) Eccezione al coordinamento: vi è un esclusiva innervazione simpatica per ghiandole sudoripare, muscolatura liscia dei vasi sanguinei, muscoli piloerettori, cellule epatiche (mobilizzazione di glucosio: gluconeogenesi e gliconeogenesi), cellule adipose (mobilizzazione di grassi: lipolisi) e renali (secrezione di renina per il riassorbimento di acqua e sodio) 58

60 La trasmissione nervosa autonomica La fibra pre-gangliare simpatica e parasimpatica riversa acetilcolina sui recettori nicotinici post-sinaptici, collegati a canali ionici (Na+, K+) analogamente ai recettori colinergici della giunzione neuromuscolare La fibra postgangliare riversa sull organo bersaglio acetilcolina (recettori muscarinici simpatici e parasimpatici) o noradrenalina (recettori noradrenergici simpatici alfa e beta) La proteina G: i recettori post-gangliari sono associati ad una proteina di membrana (G) che amplifica gli effetti fisiologici del neurotrasmettitore Fig. 2-1 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES,

61 La trasmissione colinergica I recettori colinergici muscarinici: attivano tramite la proteina G l enzima fosfolipasi C, producendo secondi messaggeri (IP3 e DIAG) che mediano gli effetti fisiologici. Alternativamente, la proteina G attiva direttamente canali ionici di membrana (effetto iperpolarizzante dell apertura del canale K+ sulle cellule del nodo senoatriale del cuore). Gli effetti dei recettori muscarinici sono molto piu amplificati e generalizzati rispetto a quelli della trasmissione colinergica basata sui recettori nicotinici (collegati direttamente a specifici canali per K+ e Na+) 60 Tabella di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

62 La trasmissione noradrenergica (simpatico postgangliare) I recettori (simpatici) noradrenergici sono 4 (agiscono tramite proteina G). I recettori alfa 1 attivano l enzima fosfolipasi C producendo secondi messaggeri (IP3 e DIAG) che mediano la contrazione dei muscoli lisci di vasi cutanei e della regione splancnica, di sfinteri gastrointestinali/vescicali, e dell iride. I recettori beta attivano l enzima adenilciclasi producendo secondi messaggeri (AMP ciclico) che mediano la contrazione dei muscoli cardiaci (beta 1) e il rilasciamento di muscoli lisci di vasi del muscolo scheletrico, di bronchioli e di pareti gastrointestinali/vescicali (beta 2). I recettori alfa 2 inibiscono l adenilciclasi riducendo i livelli di AMP ciclico con effetti di rilasciamento della parete gastrointestinale. 61 Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

63 Riepilogo dei recettori del sistema nervoso autonomo 62 Tabella 2-3 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES,

64 AUTOVALUTAZIONE IL SISTEMA NERVOSO AUTONOMO Regolatori del sistema nervoso autonomo Struttura del sistema nervoso autonomo Origine e bersagli delle fibre simpatiche Origine e bersagli delle fibre parasimpatiche Funzioni del simpatico parasimpatico La trasmissione nervosa autonoma: tipi di recettori colinergici e noradrenergici e ruolo della proteina G 63

65 Modulo di Neuroscienze cognitive 3. Il sistema nervoso di relazione Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 64

66 Il sistema nervoso di relazione: i sistemi sensoriali Generalità: i sistemi sensitivi transducono gli stimoli ambientali e interni al corpo in potenziali d azione che trasmessi al cervello danno luogo alle sensazioni soggettive di intensità, evoluzione temporale, spazialità e qualità o modalità dello stimolo. Le modalità sono: visiva, uditiva, gustativa, olfattiva, dell equilibrio o vestibolare e somatosensoriale (tatto, stiramento e tensione muscolare, posizione degli arti, calore/freddo, dolore, prurito). I recettori: struttura: in alcuni casi, il recettore e l albero dendridico o una parte modificata del primo neurone sensitivo (es. i recettori del tatto e dell olfatto). In altri casi, esso e una cellula specializzata in contatto sinaptico con il suddetto neurone (fotorecettori, cellule ciliate del sistema dell udito e dell equilibrio, cellule gustative). Funzione recettoriale: i recettori trasducono l energia dello stimolo in una variazione locale e graduale del potenziale di membrana (potenziale generatore o recettoriale), a seguito dell apertura di canali ionici (Na+, K+, Ca++). Tipi recettoriali: rispetto all origine degli stimoli: esterocettori per gli stimoli ambientali ed entero-cettori per gli stimoli all interno del corpo. Rispetto al tipo di energia transdotta: meccanorecettori (tatto, lunghezza/tensione muscolare, posizione delle articolazioni, suoni, rotazione e accellerazione della testa), termocettori (temperatura ambiente), nocicettori (stimoli meccanici, termici e chimici dannosi), fotocettori (luce), chemocettori (stimoli olfattivi e gustativi, concentrazione extracellulare di ioni e molecole). La codificazione dello stimolo: Se il potenziale di membrana del primo neurone sensitivo supera una certa soglia di depolarizzazione, si innesca il potenziale di azione lungo il suo assone. Modalità: ogni modalità o sub-modalità sensoriale (es. modalità somatosensoriale, sub-modalità tattile, termica, dolorifica etc.) è caratterizzata da una selettiva catena (codice della linea) di recettore-neuroni sensitivi. Il primo neurone sensitivo entra nel sistema nervoso centrale. Le vie sensitive si proiettano nell emisfero contra-laterale. Aspetti spaziali: il recettore risponde solo se lo stimolo cade sul suo campo recettivo. La localizzazione dello stimolo si basa su mappe recettoriali nei nuclei neuronali sensitivi e nella corteccia cerebrale (rappresentazione retinotopica e somatotopica). La localizzazione spaziale dei suoni e ricostruita in base al ritardo con cui un suono arriva all orecchio sinistro e destro, tenendo conto della posizione dinamica della testa. L inibizione laterale dei neuroni sensitivi tramite inter-neuroni inibitori aumenta il dettaglio spaziale dello stimolo. Intensità: Soglia sensitiva. Codificazione in funzione della frequenza dei potenziali di azione del primo neurone sensitivo (codice in frequenza) e del numero di neuroni sensitivi coinvolti (codice di popolazione). Evoluzione temporale: i recettori a rapido adattamento (smettono di attivarsi per stimoli continui) codificano l inizio, la fine e le variazioni rapide dell intensità dello stimolo. I recettori a lento adattamento codificano la durata dello stimolo. 65

67 I sistemi sensitivi: specifiche modalità dello stimolo inducono specifiche sensazioni Generalità: i sistemi sensitivi trasducono gli stimoli ambientali e interni al corpo in potenziali d azione. Le illusioni ottiche mostrano che il cervello rappresenta e interpreta gli stimoli esterni più che registrarli passivamente Sensazioni: i potenziali d azione trasmessi al cervello danno luogo alle sensazioni soggettive di intensità, evoluzione temporale, spazialità e qualità o modalità dello stimolo Modalità dello stimolo: visiva, uditiva, gustativa, olfattiva, dell equilibrio o vestibolare e somatosensoriale (tatto, stiramento e tensione muscolare, posizione degli arti, calore/freddo, dolore, prurito) 66 Fig. 9.1 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

68 I recettori: struttura e funzione Struttura: in alcuni casi, il recettore e l albero dendritico o una parte modificata del primo neurone sensitivo (es. i recettori del tatto e dell olfatto). In altri casi, esso e una cellula specializzata (fotorecettori, cellule ciliate del sistema dell udito e dell equilibrio, cellule gustative) in contatto sinaptico con il primo neurone sensitivo Funzione: i recettori trasducono l energia dello stimolo in una variazione locale e graduale del potenziale di membrana (potenziale generatore o recettoriale), a seguito dell apertura di canali ionici (Na+, K+, Ca++) 67 Fig. 9.2 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

69 Recettori specifici per ogni modalità sensoriale Tipi recettoriali: si definiscono esterocettori per gli stimoli ambientali ed entero-cettori per gli stimoli all interno del corpo. Rispetto al tipo di energia trasdotta: meccanorecettori (tatto, lunghezza/tensione muscolare, posizione delle articolazioni, suoni, rotazione e accelerazione della testa), termocettori (temperatura ambiente), nocicettori (stimoli meccanici, termici e chimici dannosi), fotocettori (luce), chemocettori (stimoli olfattivi e gustativi, concentrazione extracellulare di ioni e molecole) 68 Tab. 3.2 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

70 La codificazione dello stimolo avviene mediante i potenziali d azione, il codice Morse dei neuroni La codificazione dello stimolo: se il potenziale di membrana del primo neurone sensitivo (potenziale recettoriale o generatore ) supera una certa soglia di depolarizzazione, si innesca il potenziale di azione lungo il suo assone, la linea del codice Morse dei neuroni Stimoli sotto-soglia: se il potenziale generatore o recettoriale non supera la soglia per il potenziale d azione, l informazione sullo stimolo non raggiungerà il cervello e l informazione è persa 69 Fig. 3.4 di Costanzo, Fisiologia umana, EdiSES, 1998

71 Codificazione della modalità sensoriale Linee sensitive : ogni modalità o sub-modalità sensoriale (es. modalità somatosensoriale, sub-modalità tattile, termica, dolorifica etc.) è caratterizzata da una selettiva catena (codice della linea ) di recettore-neuroni sensitivi Struttura generale delle linee sensitive: il primo neurone sensitivo entra nel sistema nervoso centrale. I successivi si proiettano nell emisfero contra-laterale. L informazione di linee diverse rimane separata in modo tale che il segnale trasmesso da una linea venga attribuito ad una specifica classe di stimoli (modalità o submodalità). La figura in basso mostra due linee sensitive separate (submodalità somatosensoriali) 70 Fig di Costanzo, Fisiologia umana, EdiSES,

72 Codificazione dello spazio: il campo recettivo del neurone Campo recettivo semplice: il recettore o il neurone sensitivo risponde solo se lo stimolo cade sul suo campo recettivo, che delimita una porzione di spazio del campo visivo o del corpo (soma) 71 Fig. 3.5 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

73 Le mappe recettoriali nei nuclei e nelle aree cerebrali Rappresentazione retinotopica e somatotopica: la localizzazione dello stimolo visivo e somatosensoriale si basa su mappe recettoriali nei nuclei neuronali sensitivi e nella corteccia cerebrale. Ognuno di questi neuroni ha un suo campo recettivo ordinato spazialmente rispetto agli altri. La rappresentazione somatotopica disegna un omuncolo (vedi figura) Rappresentazione spaziale dei suoni: la localizzazione dei suoni e calcolata in base al ritardo con cui un suono arriva all orecchio sinistro e destro, tenendo conto della posizione dinamica della testa 72 Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

74 L inibizione laterale mette in risalto i confini della stimolazione Campi recettivi complessi: un campo recettivo complesso ha parti eccitatorie e inibitorie a seguito dell azione di interneuroni inibitori L inibizione laterale: si attua sui neuroni sensitivi tramite inter-neuroni inibitori per aumentare il dettaglio spaziale dello stimolo 73 Fig. 3-6 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

75 L intensità dello stimolo dipende dalla frequenza dei potenziali d azione e dal numero di recettori attivati Intensità: la soglia sensitiva e il livello di intensità dello stimolo che da luogo a sensazioni in almeno il 50% dei casi Codificazione dell intensità: in funzione della frequenza dei potenziali di azione del primo neurone sensitivo (codice in frequenza) e del numero di neuroni sensitivi coinvolti (codice di popolazione) 74 Fig. 9.7 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2004

76 La temporizzazione dello stimolo è codificata da recettori a lento e rapido adattamento Evoluzione temporale: i recettori a rapido adattamento (smettono di attivarsi per stimoli continui) codificano l inizio, la fine e le variazioni rapide dell intensità dello stimolo. I recettori a lento adattamento codificano la durata dello stimolo 75 Fig. 9.8 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2004

77 Il sistema nervoso di relazione: il sistema motorio somatico Generalità: la postura e il movimento dipendono dall attività di motoneuroni spinali o del tronco indotta in via riflessa da stimoli e/o indotta da comandi corticospinali diretti (vie piramidali, azione volontaria) o mediati da strutture sottocorticali (vie extrapiramidali). I movimenti volontari richiedono l integrazione di intenzione, pianificazione, esecuzione e feed-back. I riflessi spinali e la deambulazione. Un motoneurone spinale alfa controlla fibre muscolari scheletriche (unità motoria) la cui contrazione muove le articolazioni o la cui tensione isometrica supporta la postura. Un motoneurone spinale gamma regola la sensibilità del fuso neuromuscolare, che registra la lunghezza del muscolo scheletrico. Il riflesso monosinaptico di stiramento o miotatico si oppone all allungamento muscolare segnalato dal fuso neuromuscolare ( anti-disarticolazione ). Il riflesso disinaptico miotatico inverso si oppone alle eccessive tensioni muscolari segnalate da recettori articolari ( anti-strappo ). Il riflesso polisinaptico noci-cettivo flessorio allontana dalla causa del dolore. Il midollo spinale contiene i generatori della deambulazione. Il controllo motorio del tronco (postura e movimenti automatici). Le vie extra-piramidali comprendono: la via rubrospinale parte dal nucleo rosso e attiva i motoneuroni del midollo laterale che eccitano i mucoli flessori e inibiscono gli estensori specialmente di mani e braccia. La via vestibolospinale laterale parte da nuclei vestibolari e attiva prevalentemente motoneuroni del tronco e del midollo ipsilaterale che eccitano i mucoli estensori e inibiscono i flessori (posizione della testa, stazione eretta, postura). La via tettospinale parte dai nuclei collicolari e attiva prevalentemente motoneuroni del tronco che eccitano i mucoli della nuca e degli occhi (posizione di testa e occhi rispetto a stimoli esterni). La via reticolospinale pontina parte da nuclei del ponte e attiva prevalentemente motoneuroni del midollo ventrale che eccitano muscoli estensori (stazione eretta, postura). La via reticolospinale bulbare parte da nuclei del bulbo e attiva prevalentemente inter-neuroni inibitori del midollo ventrale che inibiscono i motoneuroni dei muscoli estensori (stazione eretta, postura). Rigidità da decerebrazione. Movimenti automatici (deglutizione, voltata, alzata). Il controllo motorio corticale. Le vie piramidali partono dalle aree corticali sensorimotorie e controllano i movimenti volontari/finalizzati direttamente tramite i motoneuroni periferici o modulando l attività delle strutture extra-piramidali. Rappresentazione motoro-topica dei movimenti/muscoli in corteccia motoria. I centri sottocorticali motori di servo-assistrenza. Cervelletto e Nuclei della base ricevono input dalla corteccia ed elaborano output che influenzano l attività corticale (via talamo) e quella motoria del tronco.il Cervelletto. Riceve afferenze corticali via nuclei pontini e invia efferenze dai suoi nuclei profondi. La regione vestibolo-cerebellare (flocculonodulare) riceve dai recettori/nuclei vestibolari e tramite le vie extrapiramidali controlla muscoli assiali e oculomotori per mantenere la postura/equilibrio e per inseguire stimoli (movimenti di testa/occhi). La regione spinocerebellare (vermiana-intermedia) riceve afferenze vestibolari/somatosensoriali spinocerebellari e controlla tramite vie extrapiramidali la sinergia muscolare prossimale-distale per l esecuzione di movimenti. La regione cerebro-cerebellare (laterale) riceve afferenze corticali tramite i nuclei pontini e contribuisce (via corteccia) alla pianificazione-temporizzazione e alla previsione degli effetti del movimento (muscoli distali). I Nuclei della base. Non ricevono afferenze midollari. La via diretta Corteccia-Striato-Globo pallido interno/sostanza nigra-talamo-corteccia e eccitatoria. La via indiretta Corteccia-Striato-Globo pallido esterno/nucleo Subtalamico-Sostanza nigra-talamo-corteccia è inibitoria. Il bilanciamento delle due vie pianifica e controlla il comportamento dipendente da motivazioni e passati incentivi come anche rende fluido e selettivo il movimento. Traumi/patologie extra-piramidali sbilanciano le due vie causando ipocinesia (apatia) o ipercinesia (tremori e movimenti involontari). 76

78 Generalità sui sistemi motori Vie piramidali ed extrapiramidali: il movimento dipende dall attività di motoneuroni spinali o del tronco indotta in via riflessa da stimoli e/o indotta da comandi corticospinali diretti (vie piramidali, azione volontaria) o mediati da strutture sottocorticali (vie extrapiramidali). Sistemi laterale e ventomdiale: la corteccia cerebrale controlla i movimenti volontari (muscoli distali) tramite la via laterale discendente del midollo (via piramidale e via rubro-spinale), mentre il troncoencefalo controlla la postura, l equilibrio, i movimenti automatici e la deambulazione tramite la via ventromediale discendente del midollo (vie vestibolo-, tetto- e reticolo-spinali) I movimenti volontari: richiedono l integrazione di processi di intenzione, pianificazione, esecuzione e feed-back 77 Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

79 I motoneuroni (midollo spinale o tronco encefalico) inviano comandi alle fibre muscolari intrafusali ed extrafusali Il motoneurone alfa: un motoneurone alfa (midollo spinale o tronco encefalico) innerva un gruppo di fibre muscolari scheletriche (unità motoria). La contrazione muscolare isotonica muove le articolazioni, la tensione isometrica supporta la postura Il motoneurone gamma: regola la sensibilità del fuso neuromuscolare, che registra la lunghezza del muscolo scheletrico Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson, Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

80 I riflessi spinali miotatici: movimenti involontari dovuti ad associazioni stimolo-risposta sono la base dei movimenti volontari Il riflesso da stiramento (miotatico): lo stiramento muscolare eccita il fuso neuromuscolare che attiva i motoneuroni alfa del muscolo stirato. E un riflesso monosinaptico antidisarticolazione che oppone una resistenza allo stiramento muscolare. Un esempio e la flessione del ginocchio indotta dal colpo al tendine del ginocchio Il riflesso tendineo (miotatico inverso): la contrazione muscolare eccita i recettori tendinei che attivano un interneurone che inibisce i motoneuroni alfa del muscolo contratto. E un riflesso disinaptico anti-strappo che si oppone alla contrazione muscolare eccessiva Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

81 I riflessi nocicettivi: movimenti involontari di allontanamento che usano le basi neurali dei movimenti di deambulazione Il riflesso noci-cettivo flessorio: lo stimolo dolorifico eccita i nocicettori che attivano interneuroni eccitatori e inibitori. Gli interneuroni eccitano i motoneuroni dei muscoli flessori (ritrazione) dell arto dolente Il riflesso noci-cettivo estensorio crociato: i suddetti interneuroni eccitano anche i motoneuroni dei muscoli estensori dell altro arto (allontanamento). E un riflesso polisinaptico che allontana l arto dallo stimolo dolorifico La deambulazione: l ulteriore sviluppo delle suddette connessioni spinali per la flessione di un ginocchio e l estensione dell altro costituisce un generatore spinale di movimenti di deambulazione 80 Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

82 Il controllo motorio del tronco per i movimenti automatici (respirazione, deglutizione, voltata, alzata): le vie extra-piramidali La via rubrospinale parte dal nucleo rosso e attiva i motoneuroni del midollo laterale che eccitano i muscoli flessori e inibiscono gli estensori specialmente di mani e braccia La via vestibolospinale laterale parte da nuclei vestibolari e attiva prevalentemente motoneuroni del tronco e del midollo ipsilaterale che eccitano i muscoli estensori e inibiscono i flessori (posizione della testa, stazione eretta, postura). La via tettospinale parte dai nuclei collicolari e attiva prevalentemente motoneuroni del tronco che eccitano i muscoli della nuca e degli occhi (posizione di testa e occhi rispetto a stimoli esterni) La via reticolospinale pontina parte da nuclei del ponte e attiva prevalentemente motoneuroni del midollo ventrale che eccitano muscoli estensori (stazione eretta, postura) La via reticolospinale bulbare parte da nuclei del bulbo e attiva prevalentemente interneuroni inibitori del midollo ventrale che inibiscono i motoneuroni dei muscoli estensori (stazione eretta, postura). Rigidità da decerebrazione da interruzione delle vie corticali che attivano la via reticolare bulbare inibitoria Fig (parte b) di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

83 Il controllo motorio corticale per i movimenti volontari: le vie piramidali corticospinali Le vie piramidali: partono dalle aree corticali sensorimotorie e controllano i movimenti volontari/finalizzati direttamente tramite i motoneuroni periferici o modulando l attività delle strutture extra-piramidali Rappresentazione motoro-topica: dei movimenti/muscoli in corteccia motoria. Tale rappresentazione disegna in corteccia motoria primaria un homunculus più grossolano di quello che rappresenta la mappa dei recettori somatosensoriali Fig (parte a) di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

84 I centri sottocorticali motori di servo-assistenza: il cervelletto e le sue connessioni funzionali con periferia, tronco, gangli della base e corteccia Il cervelletto: da assistenza a corteccia motoria e troncoencefalo per regolare postura come anche forza, direzione, velocità e coordinamento dei movimenti. Partecipa all apprendimento sensorimotorio Le connessioni cerebellari: la corteccia cerebellare riceve via nuclei pontini afferenze eccitatorie (fibre muscoidi) da corteccia cerebrale, nuclei della base e troncoencefalo (piani motori) come anche dal sistema vestibolare, (equilibrio) e dal midollo spinale (comandi motori arrivati in periferia, feed-back dell atto motorio). Riceve anche fibre eccitatorie dal nucleo olivare midollare (fibre rampicanti) che integra afferenze periferiche propriocettive. La corteccia cerebellare invia fibre inibitorie ai nuclei cerebellari profondi i quali rappresentano il principale output eccitatorio alla corteccia (via talamo), al sistema vestibolare e al troncoencefalo Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES,

85 Il cervelletto controllano postura-equilibrio, esecuzione del movimento su base sensoriale e pianificazione motoria La regione vestibolo-cerebellare (flocculonodulare) riceve dai recettori/nuclei vestibolari e tramite le vie extrapiramidali controlla muscoli assiali e oculomotori per mantenere la postura/equilibrio e per inseguire stimoli (movimenti di testa/occhi) La regione spinocerebellare (vermiana-intermedia) riceve afferenze vestibolari/somatosensoriali spinocerebellari e controlla tramite vie extrapiramidali la sinergia muscolare prossimale-distale per l esecuzione di movimenti La regione cerebro-cerebellare (laterale) riceve afferenze corticali tramite i nuclei pontini e contribuisce (via corteccia) alla pianificazione-temporizzazione e alla previsione degli effetti del movimento (muscoli distali) 84 Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

86 I centri sottocorticali motori di servo-assistenza: i nuclei della base I nuclei della base da assistenza a corteccia motoria e troncoencefalo per la pianificazione e l esecuzione fluida dei movimenti finalizzati piu appropriati in base a motivazioni, incentivi, e passate esperienze. Le loro afferenze sono principalmente corticali e dal talamo (non dal midollo). I nuclei dalla base sono molto interconnessi. Le efferenze vanno a corteccia (via talamo) e troncoencefalo (via sostanza nigra) 85 Fig di Eusebi-Gatti, Fisiologia, Masson,

87 Le vie diretta e indiretta dei nuclei della base La via diretta Corteccia-Striato-Globo pallido interno/sostanza nigra-talamo-corteccia e eccitatoria La via indiretta Corteccia-Striato-Globo pallido esterno/nucleo Subtalamico-Sostanza nigra- Talamo-Corteccia è inibitoria Traumi/patologie extra-piramidali sbilanciano le due vie causando ipocinesia (apatia) o ipercinesia (tremori e movimenti involontari) 86 Fig di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

88 Il ciclo sonno-veglia L origine dell EEG: i potenziali dello scalpo dipendono dai potenziali postsinaptici dei neuroni piramidali corticali. Il sistema reticolare ascendente (SRA): e formato da una rete di neuroni nel troncoencefalo a proiezione diffusa. Essi regolano l attività dei neuroni talamocorticali e di quelli corticali. I potenziali EEG dello scalpo: delta ( Hz), theta (4-7.5 Hz), alpha (8-12 Hz), beta (12-36 Hz), gamma (37-46 Hz). Ciclo veglia-sonno: modula le frequenze EEG. Veglia = onde alpha e beta, stadio 1 del sonno = onde theta, stadio 2 del sonno = fusi del sonno (12-14 Hz) e complesso K, stadio 3 del sonno = comparsa di onde delta, stadio 4 del sonno = onde delta permanenti, stadio del sonno con movimenti rapidi degli occhi (REM) = attività EEG simile alla veglia. Sonno non REM (NREM) e REM: si distinguono per caratteristiche dell EEG (desincronizzazione), del tono muscolare, dei movimenti oculari, dell attività dei genitali e dai sogni. Il sonno e un istinto: ne abbiamo bisogno. La deprivazione di sonno a onde lente: interferisce con compiti cognitivi e porta a gravi deficit psicofisici e alla morte. La fatica fisica non prolunga il sonno: non vi è relazione stretta tra sforzo presonno, durata sonno NREM e REM. L impegno mentale prolunga il sonno NREM: relazione proporzionale tra impegno mentale prima di dormire, ampiezza e durata delle onde lente durante il sonno. Sonno, consumo energetico, sistema immunitario: dormire riduce i consumi energetici e favorisce le attività immunitarie. Funzione del sonno profondo a onde lente: permette al cervello di recuperare e ri-costituire le riserve energetiche usate durante la veglia. Funzione del sonno REM: promuove sviluppo cerebrale e apprendimento. La deprivazione REM non è fatale. Il sonno è un fenomeno attivo: innescato dal tronco-encefalo. Farmaci che inducono il sonno: le benzodiazepine si legano e attivano i neuroni inibitori GABA. L adenosina (nucleotide neurotrasmettitore) induce il sonno: non è trasportata dal sangue. L adenosina è un prodotto dell attività neurale: gli astrociti (glia) la producono nei processi di estrazione di glucosio dai depositi di glicogeno per i neuroni attivi. Più attività neurale, più adenosina. Adenosina e sonno lento: più adenosina nella veglia, maggiore attività delta nel sonno lento. Prolungando la veglia si accumula più adenosina con effetti emozionali e cognitivi tipici della deprivazione del sonno (mispercezioni, etc.). La melatonina (ormone dell epifisi) agevola il sonno: è prodotta per effetto dell ipotalamo. I livelli di melatonina sono alti prima del sonno. I 4 sistemi neurali del sonno: noradrenergico, acetilcolinergico serotoninergico, istaminergico. Il s. noradrenergico: origina dal locus coeruleus nel ponte dorsale. Riduce il sonno e aumenta l attivazione cerebrale (arousal). Il s. acetilcolinergico: origina dalla regione peripeduncolare del ponte e dal proencefalo basale. Il livello di acetilcolina è proporzionale all attivazione neurale. L adenosina (livello): è alto alla fine della veglia e basso alla fine del sonno nel proencefalo basale. Agonisti inibiscono i neuroni del proencefalo basale. Il s. serotoninergico: origina dai nuclei del rafe (formazione reticolare del tronco). L attività dei neuroni serotoninergici aumenta nella veglia. Il s. istaminergico: origina dai nuclei tuberomammillari dell ipotalamo, L attività dei neuroni istaminergici aumenta nella veglia. L area preottica ventrolaerale del proencefalo basale: neuroni GABAergici (inibitori) la cui attività sopprime la vigilanza e l arousal comportamentale e promuove il sonno. Innesco del sonno lento: influenze inibitorie dell area preottica ventrolaterale sui neuroni eccitatori colinergici del proencefalo basale e su quelli eccitatori istaminergici del nucleo tuberomammillare dell ipotalamo. Innesco del sonno REM: l area peripeduncolare del ponte eccita neuroni colinergici della formazione reticolare medio-pontina e inizia il sonno REM. Inibizione muscolare durante il sonno REM: è realizzata dalla regione sub-coeruleus ( neuroni acetilcolinergici) mediante l intervento del nucleao magnocellulare del bulbo. Ritmo circadiani: modificazione ritmica giornaliera di comportamenti e processi fisiologici. La luce dell alba influenza i ritmi circadiani. Ruolo del nucleo sovrachiasmatico (NSC) dell ipotalamo: è alla base di molti ritmi circadiani, compreso quelli che innescano il sonno. Il NSC: influenza anche i ritmi stagionali (variazione della lunghezza del giorno solare nelle stagioni). I neuroni del NSC raggiungono quelli del nucleo paraventricolare dell ipotalamo (NPV), i cui assoni arrivano fino al midollo spinale e si connettono con i neuroni del sistema nervoso autonomo. Tali neuroni innervano la ghiandola pineale o epifisi. La ghiandola pineale: del tegmento mesencefalico, secerne melatonina ed è implicata nei ritmi circadiani (sonno) e stagionali. 87

89 L elettroencefalogramma (EEG) registra sullo scalpo i potenziali originati dalla corteccia cerebrale L EEG: misura le variazioni del voltaggio a livello dello scalpo L origine dell EEG: i potenziali dello scalpo dipendono dai potenziali postsinaptici di vaste popolazioni di neuroni piramidali della corteccia cerebrale. I potenziali postsinaptici riflettono i flussi di corrente entrante e uscente dai dendriti del neurone come effetto dei flussi di ioni calcio e potassio attraverso la membrana neurale

90 L EEG è modulato dal sistema reticolare ascendente (SRA) troncoencefalico e dai sistemi cortico-talamocorticali SRA: e formato da una rete di neuroni nel troncoencefalo a proiezione diffusa. Essi regolano l attività dei neuroni talamocorticali e di quelli corticali (inclusa l efficienza dei sistemi sensorimotori). Il SRA segue sia un piano circadiano di attivazione cerebrale (ciclo sonno veglia) sia le influenze superiori provenienti da strutture della neocorteccia e della corteccia limbica Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

91 Le onde EEG caratterizzano gli stadi di veglia e sonno L EEG: i potenziali dello scalpo sono scomponibili in onde a diversa frequenza quali delta ( Hz), theta (4-7.5 Hz), alpha (8-12 Hz), beta (12-36 Hz), gamma (37-46 Hz) Ciclo veglia-sonno: modula le frequenze EEG. Veglia = onde alpha e beta, stadio 1 del sonno = onde theta, stadio 2 del sonno = fusi del sonno (12-14 Hz) e complesso K, stadio 3 del sonno = comparsa di onde delta, stadio 4 del sonno = onde delta permanenti, stadio del sonno con movimenti rapidi degli occhi (REM) = attività EEG simile alla veglia Fig. 8.2 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

92 La struttura del sonno Gli stadi del sonno: nel corso di una notte si osserva una variazione abbastanza regolare e sistematica degli stadi del sonno, che evidenzia una chiara matrice genetica. Nella prima parte della notte prevale il sonno profondo ad onde lente EEG, nella seconda fase prevalgo gli episodi di sonno REM Sonno non REM (NREM) e REM: si distinguono per caratteristiche dell EEG (desincronizzazione), del tono muscolare, dei movimenti oculari, dell attività dei genitali e dai sogni Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003 Fig. 8.1 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

93 Il sonno è un comportamento istintuale Il sonno e un istinto: abbiamo bisogno di dormire come di bere, mangiare e riprodurci. Creiamo le condizioni per dormire e poi ci addormentiamo Tutti i vertebrati dormono: anche i delfini Indus che non possono mai smettere di nuotare per evitare di andare alla deriva delle correnti. Il delfino Indus dorme brevi periodi di 4-60 sec, il delfino Tursiope dorme con un emisfero alla volta La deprivazione di sonno a onde lente: non interferisce con l abilità di eseguire esercizi fisici, interferisce con lo svolgimento di compiti cognitivi. La prolungata deprivazione di sonno lento porta a gravi deficit psicofisici e alla morte La fatica fisica non prolunga il sonno: non si è osservata una relazione stretta tra livelli di sforzo prima di dormire e durata di sonno NREM e REM o ampiezza delle onde lente L impegno mentale prolunga il sonno NREM: si è osservata una relazione proporzionale tra impegno mentale prima di dormire, ampiezza e durata delle onde lente durante il sonno

94 Perché dormiamo? Sonno, consumo energetico, sistema immunitario: è possibile che il valore del sonno nell evoluzione dipenda dal fatto che dormire riduce i consumi energetici (e quindi riduce i rischi legati alla ricerca del cibo e all esposizione ai predatori) e favorisce le attività immunitarie e di riparazione cellulare Funzione del sonno profondo a onde lente: permette al cervello di recuperare e ricostituire le riserve energetiche usate durante la veglia tramite la riduzione del metabolismo cerebrale Funzione del sonno REM: può promuovere lo sviluppo cerebrale e l apprendimento. Al contrario della deprivazione del sonno a onde lente, quella di sonno REM non è fatale

95 Meccanismi fisiologici del sonno e della veglia: il controllo chimico Il sonno è un fenomeno attivo: innescato dal tronco-encefalo Farmaci che inducono il sonno: le benzodiazepine si legano e attivano i neuroni inibitori GABA. Non è noto un equivalente endogeno delle benzodiazepine L adenosina (nucleotide neurotrasmettitore) induce il sonno: non è trasportata dal sangue, altrimenti i delfini non potrebbero dormire con un solo emisfero. L adenosina è un prodotto dell attività neurale: gli astrociti (glia) la producono nei processi di estrazione di glucosio dai depositi di glicogeno per i neuroni attivi. Più attività neurale, più adenosina Adenosina e sonno lento: più adenosina nella veglia, maggiore attività delta nel sonno lento. Prolungando la veglia si accumula più adenosina con effetti emozionali e cognitivi tipici della deprivazione del sonno (mispercezioni, etc.). Farmaci con azione simile all adenosina incrementano le onde delta nel sonno lento La melatonina (ormone) agevola il sonno: è prodotta dalla ghiandola pineale per effetto dell ipotalamo sul sistema nervoso autonomo. I livelli di melatonina sono alti prima del sonno. La sua somministrazione agevola l addormentamento (jet leg, etc.)

96 Meccanismi fisiologici del sonno e della veglia: il sistema noradrenergico I 4 sistemi neurali del sonno: noradrenergico, acetilcolinergico serotoninergico, istaminergico, caratterizzati dal tipo di neurotrasmettitore Il s. noradrenergico: origina dal centro locus coeruleus nel ponte dorsale, i cui assoni eccitano ippocampo, cervelletto, talamo e corteccia (neurotrasmettitore noradrenalina). E il sito d azione dell anfetamina, che riduce il sonno e aumenta l attivazione cerebrale (arousal) Fig. 8.7 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003 Fig. 8.8 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

97 Sonno e sistema acetilcolinergico Il s. acetilcolinergico: origina dalla regione peripeduncolare del ponte e dal proencefalo basale, i cui assoni eccitano ippocampo, gangli della base e corteccia cerebrale (neurotrasmettitore acetilcolina). Il livello di acetilcolina in queste strutture è proporzionale al livello di attivazione neurale L adenosina: è alta alla fine della veglia e bassa alla fine del sonno nel proencefalo basale. Agonisti inibiscono i neuroni del proencefalo basale Fig. 8.9 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

98 Sonno e sistema serotoninergico Il s. serotoninergico: origina dai nuclei del rafe, localizzati nella formazione reticolare bulbare, pontina e mesencefalica lungo la linea mediana. I loro assoni eccitano ipotalamo, talamo, ippocampo, gangli della base e corteccia cerebrale (neurotrasmettitore serotonina). Il livello di attività dei neuroni serotoninergici e alto nella veglia e declina nel corso del sonno (ha un picco paradossale un secondo dopo la fine del sonno REM) Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

99 Sonno e sistema istaminergico Il s. istaminergico: origina dai nuclei tuberomammillari dell ipotalamo, localizzati nella formazione reticolare bulbare, pontina e mesencefalica lungo la linea mediana. I loro assoni eccitano ipotalamo, talamo, proencefalo basale (colinergico), gangli della base e corteccia cerebrale (neurotrasmettitore istamina, di derivazioni aminoacidica). Il livello di attività dei neuroni istaminergici e alto nella veglia e declina nel corso del sonno. L inibizione farmacologica dei neuroni istaminergici riduce la veglia e innesca il sonno (antistaminici)

100 Controllo neurale del sonno lento (NREM) L area preottica ventrolaterale del proencefalo basale: un gruppo di neuroni GABAergici (inibitori) la cui attività sopprime la vigilanza e l arousal comportamentale e promuove il sonno. La distruzione o disconnessione dell area produce insonnia totale Innesco del sonno lento: si attua per via delle influenze inibitorie dell area preottica ventrolaterale sui neuroni eccitatori colinergici del proencefalo basale e su quelli eccitatori istaminergici del nucleo tuberomammillare dell ipotalamo Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

101 Controllo neurale del sonno REM L area peripeduncolare del ponte: un gruppo di neuroni acetilcolinergici attorno al peduncolo cerebellare superiore eccita neuroni colinergici della formazione reticolare mediopontina e inizia il sonno REM. Agonisti colinergici inducono il sonno REM. La lesione di questo sistema riduce il sonno REM. Inibizione del sonno REMdurante la veglia e il sonno: da parte di neuroni serotoninergici del Rafe e di neuroni noradrenergici del locus coeruleus Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

102 Paralisi muscolare del sonno REM La regione subcoeruleus: comprende un gruppo di neuroni acetilcolinergici che inibiscono l attività muscolare durante il sonno REM. L inibizione è realizzata mediante l intervento del nucleo magnocellulare del bulbo; l atonia consente l addestramento motorio durante il sonno REM Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

103 Orologi biologici innescano il sonno Ritmo circadiani: è una modificazione ritmica giornaliera di un comportamento o di un processo fisiologico. La luce dell alba regola l orologio biologico responsabile dei ritmi circadiani Ruolo del nucleo sovrachiasmatico (NSC) dell ipotalamo: è alla base di molti ritmi circadiani, compreso quelli che innescano il sonno. Esso è attivato dall attività della via retinoipotalamica che porta i segnali visivi (luce). L attivazione delle strutture bersaglio e neuroendocrina. Una proteina (PER) varierebbe la sua concentrazione durante le 24 ore, dando luogo al ritmo circadiano Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

104 Orologi biologici controllano i ritmi stagionali Il NSC: influenza anche i ritmi stagionali (variazione della lunghezza del giorno solare nelle stagioni). La sua lesione influenza i ritmi annuali di testosterone e accoppiamento. I neuroni del NSC raggiungono quelli del nucleo paraventricolare dell ipotalamo (NPV), i cui assoni arrivano fino al midollo spinale e si connettono con i neuroni del sistema nervoso autonomo. Tali neuroni innervano la ghiandola pineale o epifisi La ghiandola pineale: del tegmento mesencefalico, secerne melatonina ed è implicata nei ritmi circadiani (sonno) e stagionali. Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

105 AUTOVALUTAZIONE IL SISTEMA NERVOSO DI RELAZIONE: I SISTEMI SENSORIALI Principali attributi dello stimolo sensoriale e delle sensazioni Modalità e sub-modalità sensoriali Struttura e funzione del recettore sensoriale Tipi di recettore sensoriali rispetto all origine e al tipo di stimolo La codificazione della modalità dello stimolo La codificazione degli aspetti spaziali dello stimolo La codificazione dell intensità dello stimolo La codificazione degli aspetti temporali dello stimolo IL SISTEMA NERVOSO DI RELAZIONE: I SISTEMI MOTORI Funzioni dei motoneuroni spinali alfa e gamma Il riflesso di stiramento o miotatico: struttura e funzione Il riflesso miotatico inverso: struttura e funzione Il riflesso noci-cettivo flessorio: struttura e funzione Il controllo motorio del tronco tramite le vie extra-piramidali (principali vie) Il controllo motorio corticale tramite le vie piramidali Funzioni dei centri sottocorticali motori di servo-assistrenza: Cervelletto e Nuclei della base 104

106 AUTOVALUTAZIONE IL CICLO SONNO-VEGLIA L origine dell EEG Il sistema reticolare ascendente (SRA Bande EEG dello scalpo Stadi del sonno: sonno non REM (NREM) e REM Effetti della deprivazione di sonno a onde lente Funzione del sonno profondo a onde lente Funzione del sonno REM Farmaci e sostanze endogene che inducono il sonno I 4 sistemi neurali che influenzano il ritmo sonno-veglia Area cerebrale che innesca il sonno lento Area cerebrale che innesca il sonno REM e quella che induce l inibizione muscolare durante il sonno REM Ritmo circadiani: il ruolo del nucleo sovrachiasmatico (NSC) dell ipotalamo e della ghiandola pineale 105

107 Modulo di Neuroscienze cognitive 4. Sistemi diffusi di modulazione dell attività cerebrale e psicofarmacologia Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 106

108 Principi di psicofarmacologia Psicofarmacologia: è lo studio degli effetti dei farmaci sul sistema nervoso e sul comportamento, a seguito dell azione del farmaco su recettori dei neuroni. Farmacocinetica: è il modo in cui un farmaco viene assorbito dal corpo, circola e raggiunge il sito d azione. Vi sono vari tipi di somministrazione (orale, endovenosa, intramuscolare, etc.). I farmaci liposolubili passano la barriera ematoencefalica (separa i vasi sanguinei dai neuroni cerebrali), altri farmaci lentamente o per nulla. I farmaci sono eliminati da enzimi (spesso epatici) o vengono escreti. La curva dose-risposta: rappresenta l efficacia di un farmaco. Correla la quantità somministrata (solitamente espressa in milligrammi per chilo di peso corporeo) all effetto risultante. La sicurezza di un farmaco: dipende dalle dosi che producono effetti desiderabili e indesiderabili. Variazioni della curva dose-risposta: dopo alcune somministrazioni la stessa dose può produrre risposte di minore (tolleranza) o maggiore entità (sensibilizzazione) entità a seguito di una mutata affinità tra farmaco e recettore, di una variazione nel numero dei recettori o di una diversa capacità di innesco di processi intra-cellulari. Effetto placebo: una parte degli effetti di un farmaco sono dovuti alle aspettative psicologiche del soggetto nei riguardi dell azione del farmaco. L effetto placebo si può quantificare somministrando al soggetto una pillola senza dirgli che essa è priva di principi attivi. I farmaci psicoattivi: sono quelli che agiscono sul sistema nervoso centrale, interferendo con i processi connessi alla trasmissione sinaptica quali la sintesi enzimatica del neurotrasmettitore, il suo immagazzinamento nelle vescicole sinaptiche, il suo rilascio nella fessura sinaptica, la sua interazione con i recettori postsinaptici, la conseguente apertura dei canali ionici nella membrana post-sinaptica, la ricaptazione del neurotrasmettitore nella membrana pre-sinaptica e la deattivazione di esso da parte di enzimi specifici. Azione dei farmaci: può essere agonista (azione simile) o antagonista (opposta) rispetto all azione del neurotrasmettitore. I farmaci ad azione agonista: possono aumentare la disponibilità del precursore del neurotrasmettitore, stimolare l enzima che attua la biosintesi del neurotrasmettitore, aumentare l immagazzinamento del neurotrasmettitore nelle vescicole sinaptiche, stimolare o il rilascio del neurotrasmettitore, ritardare la ricaptazione, oppure deattivare gli enzimi che degradano il neurotrasmettitore. I farmaci ad azione antagonista: hanno un azione opposta e riducono la disponibilità del neurotrasmettitore a livello del suo sito d azione. 107

109 Neurotrasmettitori e neuromodulatori Tipi di neurotrasmettitori: vi sono molti neurotrasmettitori, ognuno dei quali interagisce con un recettore specializzato. Neurotrasmissione tra neuroni: è principalmente svolta mediante un neurotrasmettitore eccitatorio (glutammato) e due neurotrasmettitori inibitori (GABA in tutto il cervello; glicina nel tronco dell encefalo e nel midollo spinale). Neuromodulazione: gli altri neurotrasmettitori hanno effetti di modulazione su interi circuiti neurali che sovrintendono specifiche funzioni. In sintesi, l acetilcolina è un neurotrasmettitore che facilita l apprendimento di informazioni che sono trasmesse tramite il glutammato e il GABA. La noradrenalina (o norepinefrina) aumenta lo stato attentivo, definito come prontezza nel percepire e rispondere. La serotonina riduce le possibilità di risposte impulsive e aggressive. La dopamina agisce su alcune parti del cervello che facilitano lo svolgimento di movimenti, in altre parti del cervello rinforza i movimenti che hanno determinato un premio o eliminato uno stimolo disturbante. ACETILCOLINA: è il neurotrasmettitore usato dai motoneuroni spinali e dai neuroni spinali pregangliari e post-gangliari (sola divisione parasimpatica) del sistema nervoso autonomo. Induce sulla membrana potenziali post-sinaptici eccitatori o inibitori a seconda del tipo di recettore. Nel cervello i neuroni acetilcolinergici originano nel ponte del troncoencefalo (neuroni on che iniziano le fasi REM del sonno, quello con i sogni più vividi), nel proencefalo basale del tronco dell encefalo (neuroni che facilitano l apprendimento) e nel setto del sistema limbico (neuroni che facilitano la memorizzazione). Agonisti dell acetilcolina: il veleno della vedova nera stimola un eccesso di rilascio. Altre sostanze inibiscono l enzima (acetilcolinesterasi) che degrada l acetilcolina sulla membrana post-sinaptica, aumentando gli effetti dell acetilcolina. Vi sono due tipi di recettori per l acetilcolina. Il recettore nicotinico (ad esempio, quello presente sui muscoli volontari) è stimolato dalla nicotina. Il recettore muscarinico (ad esempio, quello presente sui neuroni postgangliari del sistema autonomo) è stimolato da un fungo velenoso. Antagonisti dell acetilcolina: la tossina botulinica impedisce il rilascio di acetilcolina. Il farmaco atropina blocca i recettori muscarinici. Il curaro blocca i recettori nicotinici. Catecolamine: dopamina, adrenalina e noradrenalina. Monoammine: dopamina, l adrenalina, la noradrenalina, e la serotonina (indolamine). Monoamisossidasi (MAO):enzimi che disattivano le monoammine all interno del bottone sinaptico e nel sangue. Gli inibitori della MAO aumentano la disponibilità delle monoammine. DOPAMINA: è un neuromodulatore usato in circuiti motori, dell attenzione, dell apprendimento legato al successo o all insuccesso dell azione (stimolo di rinforzo). I neuroni dopaminergici originano nel nucleo della sostanza nera del mesencefalo (neuroni con funzioni motorie che inviano assoni a nuclei dei gangli della base), nel sistema mesolimbico (neuroni connessi alla gratificazione che originano nell area tegmentale del mesencefalo e terminano nel nucleo accumbens dei gangli della base, nell amigdala e nell ippocampo) e nel sistema mesocorticale (neuroni con funzioni di memoria, motivazione e pianificazione cognitiva che originano nell area tegmentale del mesencefalo e terminano nella regione prefrontale della corteccia cerebrale). 108

110 Neuromodulatori (continua) Agonisti della dopamina: anfetamina, cocaina e metilfenidato inibiscono la ricaptazione della dopamina (e/o noradrenalina) lasciando più neuromodulatori nella sinapsi (effetto: eccitante-motivamente, gratificazione, dipendenza). Antagonisti della dopamina: il farmaco reserpina impedisce il riempimento di dopamina (noradrenalina e serotonina) nelle vescicole sinpatiche e quindi riduce la quantità dei neuromodulatori nella sinapsi (effetto calmante, depressivo). Morbo di Parkinson e dopamina: il Morbo di Parkinson (sintomi: rigidità muscolare, tremore, lentezza nei movimenti e difficltà ad iniziare il movimento) è dovuto ad una ridotta produzione di dopamina da parte del sistema sostanza nera mesencefalica-gangli della base. L-dopa: è un farmaco precursore della dopamina (agonista) che allevia i sintomi del Morbo di Parkinson. Schizofrenia e dopamina: la Schizofrenia (allucinazioni, manie, irrazionalità del pensiero) è dovuta ad una eccessiva disponibilità di dopamina da parte del sistema mesocorticale (tegmento mesencefalico-corteccia prefrontale). Clorpromazina e clozapina: sono farmaci (antagonisti) che bloccano i recettori della dopamina e alleviano i sintomi della Schizofrenia. NORADRENALINA (o norepinefrina): è il neurotrasmettitore usato da neuroni i cui corpi si trovano in 7 nuclei di midollo, ponte e talamo. Il nucleo più importante è il locus ceruleus nel ponte del tronco dell encefalo. E usato anche dai neuroni post-gangliari (divisione simpatica) del sistema nervoso autonomo. Induce sulla membrana neuronale potenziali post-sinaptici eccitatori o inibitori a seconda del tipo di recettore. La noradrenalina è usata in circuiti neurali correlati all attenzione e all attivazione cerebrale. Agonisti della noradrenalina: anfetamina e cocaina (inibisce la ricaptazione del neurotrasmettitore); la clonidina (stimola i recettori noradrenergici). Gli effetti sono simili a quelli dell attivazione simpatica e al senso di risveglio ed euforia. Antagonisti della noradrenalina: la reserpina impedisce l immagazzinamento di noradrenalina (serotonina e dopamina) nelle vescicole sinaptiche (effetto calmante, depressivo). SEROTONINA (5-HTP): è un neuromodulatore usato nel controllo dell umore, dell appetito, del sonno, dell attivazione cerebrale (arousal) e del dolore. Nel cervello i neuroni serotoninergici originano nei nuclei della linea mediana del tronco dell encefalo (rafe) a livello di mesencefalo, ponte e bulbo (neuroni che inviano assoni alla corteccia cerebrale, ai gangli della base e all ippocampo). Agonisti della serotonina: la fluoxetina (Prozac) inibisce la ricaptazione e aumenta la disponibilità della serotonina. E usata per il trattamento della depressione, dell ansia e dei disturbi ossessivocompulsivi. La fenfluramina causa il rilascio di serotonina e ne inibisce la ricaptazione: e usato come soppressore dell appetito negli obesi. Antagonisti della serotonina: la reserpina inibisce l immagazzinamento della serotonina (noradrenalina e dopamina) nelle vescicole sinaptiche, riducendone la disponibilità (effetto calmante, depressivo). La dietilamide dell Acido lisergico (LSD) e un potente allucinogeno con effetti simili a quelli dei funghi allucinogeni messicani; stimola recettori presinaptici che inibiscono il sistema serotoninergico. L inibizione del sistema serotoninergico induce il pensiero onirico che è simile a quello indotto da allucinogeni. 109

111 Principi di psicofarmacologia Psicofarmacologia: è lo studio degli effetti dei farmaci sul sistema nervoso e sul comportamento, a seguito dell azione del farmaco su recettori dei neuroni Farmacocinetica: è il modo in cui un farmaco viene assorbito dal corpo, circola e raggiunge il sito d azione. Vi sono vari tipi di somministrazione (orale, endovenosa, intramuscolare, etc.). I farmaci liposolubili passano la barriera ematoencefalica (separa i vasi sanguinei dai neuroni cerebrali), altri farmaci lentamente o per nulla. I farmaci sono eliminati da enzimi (spesso epatici) o vengono escreti Effetto placebo: una parte degli effetti di un farmaco sono dovuti alle aspettative psicologiche del soggetto nei riguardi dell azione del farmaco. L effetto placebo si può quantificare somministrando al soggetto una pillola senza dirgli che essa è priva di principi attivi 110

112 L efficacia di un farmaco è espressa dalla curva dose-risposta La curva dose-risposta: rappresenta l efficacia di un farmaco. Correla la quantità somministrata (solitamente espressa in milligrammi per chilo di peso corporeo) all effetto risultante La sicurezza di un farmaco: dipende dalle dosi che producono effetti desiderabili e indesiderabili Variazioni della curva dose-risposta: dopo alcune somministrazioni la stessa dose può produrre risposte di minore (tolleranza) o maggiore entità (sensibilizzazione) entità a seguito di una mutata affinità tra farmaco e recettore, di una variazione nel numero dei recettori o di una diversa capacità di innesco di processi intra-cellulari 111 Figg. 4.2 e 4.3di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

113 I psicofarmaci agiscono sul sistema nervoso e modificano il comportamento I farmaci psicoattivi: sono quelli che agiscono sul sistema nervoso centrale, interferendo con i processi connessi alla trasmissione sinaptica quali la sintesi enzimatica del neurotrasmettitore, il suo immagazzinamento nelle vescicole sinaptiche, il suo rilascio nella fessura sinaptica, la sua interazione con i recettori post-sinaptici, la conseguente apertura dei canali ionici nella membrana post-sinaptica, la ricaptazione del neurotrasmettitore nella membrana pre-sinaptica e la deattivazione di esso da parte di enzimi specifici 112 Fig. 4.6 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

114 Farmaci con azione agonista o antagonista a quella dei neurotrasmettitori Azione dei farmaci: può essere agonista (azione simile) o antagonista (opposta) rispetto all azione del neurotrasmettitore I farmaci ad azione agonista: possono aumentare la disponibilità del precursore del neurotrasmettitore, stimolare l enzima che attua la biosintesi del neurotrasmettitore, aumentare l immagazzinamento del neurotrasmettitore nelle vescicole sinaptiche, stimolare o il rilascio del neurotrasmettitore, ritardare la ricaptazione, oppure deattivare gli enzimi che degradano il neurotrasmettitore I farmaci ad azione antagonista: hanno un azione opposta e riducono la disponibilità del neurotrasmettitore a livello del suo sito d azione 113 Fig. 4.5 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

115 Neurotrasmissione mediante glutammato (eccitatoria) e GABA-glicina (inibitoria) Tipi di neurotrasmettitori: vi sono molti neurotrasmettitori, ognuno dei quali interagisce con un recettore specializzato Neurotrasmissione tra neuroni: è principalmente svolta mediante un neurotrasmettitore eccitatorio (glutammato) e due neurotrasmettitori inibitori (GABA in tutto il cervello; glicina nel tronco dell encefalo e nel midollo spinale) 114 Figg e 4.12 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin,

116 Neuromodulazione I neuromodulatori: hanno effetti su interi circuiti neurali che sovrintendono specifiche funzioni Visione funzionale d insieme dei principali neuromodulatori: l acetilcolina è un neurotrasmettitore che facilita l apprendimento di informazioni che sono trasmesse tramite il glutammato e il GABA. La noradrenalina (o norepinefrina) aumenta lo stato attentivo, definito come prontezza nel percepire e rispondere. La serotonina riduce le possibilità di risposte impulsive e aggressive. La dopamina agisce su alcune parti del cervello che facilitano lo svolgimento di movimenti, in altre parti del cervello rinforza i movimenti che hanno determinato un premio o eliminato uno stimolo disturbante Classificazioni. Catecolamine: dopamina, adrenalina e noradrenalina. Monoammine: dopamina, l adrenalina, la noradrenalina, e la serotonina (indolamine). Monoamisossidasi (MAO):enzimi che disattivano le monoammine all interno del bottone sinaptico e nel sangue. Gli inibitori della MAO aumentano la disponibilità delle monoammine 115 Tab..4.2 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

117 L Acetilcolina favorisce i processi di apprendimento e memorizzazione Acetilcolina: è il neurotrasmettitore usato dai motoneuroni spinali e dai neuroni spinali pregangliari e post-gangliari (sola divisione parasimpatica) del sistema nervoso autonomo. Induce sulla membrana potenziali post-sinaptici eccitatori o inibitori a seconda del tipo di recettore. Nel cervello i neuroni acetilcolinergici originano nel ponte del troncoencefalo (neuroni on che iniziano le fasi REM del sonno, quello con i sogni più vividi), nel proencefalo basale del tronco dell encefalo (neuroni che facilitano l apprendimento) e nel setto del sistema limbico (neuroni che facilitano la memorizzazione) Agonisti dell acetilcolina: il veleno della vedova nera stimola un eccesso di rilascio. Altre sostanze inibiscono l enzima (acetilcolinesterasi) che degrada l acetilcolina sulla membrana post-sinaptica, aumentando gli effetti dell acetilcolina. Vi sono due tipi di recettori per l acetilcolina. Il recettore nicotinico (ad esempio, quello presente sui muscoli volontari) è stimolato dalla nicotina. Il recettore muscarinico (ad esempio, quello presente sui neuroni post-gangliari del sistema autonomo) è stimolato da un fungo velenoso Antagonisti dell acetilcolina: la tossina botulinica impedisce il rilascio di acetilcolina. Il farmaco atropina blocca i recettori muscarinici. Il curaro blocca i recettori nicotinici 116 Tab. 4.1 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

118 La dopamina facilita funzioni motorie, di gratificazione e di motivazione Dopamina: è un neuromodulatore usato in circuiti motori, dell attenzione, dell apprendimento legato al successo o all insuccesso dell azione (stimolo di rinforzo) I neuroni motori : originano nel nucleo della sostanza nera del mesencefalo e inviano assoni a nuclei dei gangli della base I neuroni della gratificazione : originano nel sistema mesolimbico dall area tegmentale del mesencefalo e terminano nel nucleo accumbens dei gangli della base, nell amigdala e nell ippocampo I neuroni della motivazione-memoria-pianificazione : originano nel sistema mesocorticale dall area tegmentale del mesencefalo e terminano nella regione prefrontale della corteccia cerebrale 117 Tab. 4.3 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

119 I farmaci che agiscono sul sistema dopaminergico influenzano movimento e comportamento finalizzato Morbo di Parkinson e dopamina: il Morbo di Parkinson (sintomi: rigidità muscolare, tremore, lentezza nei movimenti e difficoltà ad iniziare il movimento) è dovuto ad una ridotta produzione di dopamina da parte del sistema sostanza nera mesencefalica-gangli della base L-dopa: è un farmaco precursore della dopamina (agonista) che allevia i sintomi del Morbo di Parkinson Schizofrenia e dopamina: la Schizofrenia (allucinazioni, manie, irrazionalità del pensiero) è dovuta ad una eccessiva disponibilità di dopamina da parte del sistema mesocorticale (tegmento mesencefalico-corteccia prefrontale) Clorpromazina e clozapina: sono farmaci (antagonisti) che bloccano i recettori della dopamina e alleviano i sintomi della Schizofrenia 118

120 I farmaci agonisti e antagonisti della dopamina Agonisti della dopamina: anfetamina, cocaina e metilfenidato inibiscono la ricaptazione della dopamina (e/o noradrenalina) lasciando più neuromodulatori nella sinapsi (effetto: eccitante-motivante, gratificazione, dipendenza) Antagonisti della dopamina: il farmaco reserpina impedisce il riempimento di dopamina (noradrenalina e serotonina) nelle vescicole sinpatiche e quindi riduce la quantità dei neuromodulatori nella sinapsi (effetto calmante, depressivo) 119 Tab. 4.4 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

121 I farmaci che agiscono sul sistema noradrenergico influenzano lo stato generale di attivazione cerebrale Noradrenalina (o norepinefrina): è il neurotrasmettitore usato da neuroni i cui corpi si trovano in 7 nuclei di midollo, ponte e talamo. Il nucleo più importante è il locus ceruleus nel ponte del tronco dell encefalo. E usato anche dai neuroni post-gangliari (divisione simpatica) del sistema nervoso autonomo. Induce sulla membrana neuronale potenziali post-sinaptici eccitatori o inibitori a seconda del tipo di recettore. La noradrenalina è usata in circuiti neurali correlati all attenzione e all attivazione cerebrale Agonisti della noradrenalina: anfetamina e cocaina (inibisce la ricaptazione del neurotrasmettitore); la clonidina (stimola i recettori noradrenergici). Gli effetti sono simili a quelli dell attivazione simpatica e al senso di risveglio ed euforia Antagonisti della noradrenalina: la reserpina impedisce l immagazzinamento di noradrenalina (serotonina e dopamina) nelle vescicole sinaptiche (effetto calmante, depressivo) 120 Tab. 4.5 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

122 I farmaci che agiscono sul sistema serotoninergico influenzano lo stato generale di attivazione cerebrale Serotonina (5-HTP): è un neuromodulatore usato nel controllo dell umore, dell appetito, del sonno, dell attivazione cerebrale (arousal) e del dolore. Nel cervello i neuroni serotoninergici originano nei nuclei della linea mediana del tronco dell encefalo (rafe) a livello di mesencefalo, ponte e bulbo (neuroni che inviano assoni alla corteccia cerebrale, ai gangli della base e all ippocampo) Agonisti della serotonina: la fluoxetina (Prozac) inibisce la ricaptazione e aumenta la disponibilità della serotonina. E usata per il trattamento della depressione, dell ansia e dei disturbi ossessivo-compulsivi. La fenfluramina causa il rilascio di serotonina e ne inibisce la ricaptazione: e usato come soppressore dell appetito negli obesi. Antagonisti della serotonina: la reserpina inibisce l immagazzinamento della serotonina (noradrenalina e dopamina) nelle vescicole sinaptiche, riducendone la disponibilità (effetto calmante, depressivo). La dietilamide dell Acido lisergico (LSD) e un potente allucinogeno con effetti simili a quelli dei funghi allucinogeni messicani; stimola recettori pre-sinaptici che inibiscono il sistema serotoninergico. L inibizione del sistema serotoninergico induce il pensiero onirico che è simile a quello indotto da allucinogeni 121 Tabella 4.6 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

123 AUTOVALUTAZIONE PRINCIPI DI PSICOFARMACOLOGIA Definizione di farmacocinetica Relazione tra curva dose-risposta, variazioni di essa con l uso del farmaco e sicurezza del farmaco Definizione di effetto placebo e modo per quantificarlo in situazioni sperimentali Definizione di farmaco psicoattivo e modalità con cui interferisce con la trasmissione sinaptica Caratteristica dei farmaci ad azione agonista e antagonista ad un certo neurotrasmettitore NEUROTRASMISSIONE E NEUROMODULAZIONE I neurotrasmettitori responsabili della trasmissione eccitatoria e inibitoria Definizione di neuromodulazione e principali tipi di neuromodulatori Principali vie acetilcolinergiche e loro funzione generale Farmaci/sostanze agoniste e antagoniste dell acetilcolina Principali vie dopaminergiche e loro funzione generale Farmaci/sostanze agoniste e antagoniste della dopamina Principali vie noradrenergiche e loro funzione generale Farmaci/sostanze agoniste e antagoniste della noradrenalina Principali vie serotoninergiche e loro funzione generale Farmaci/sostanze agoniste e antagoniste della serotonina 122

124 Modulo di Neuroscienze cognitive 5. Basi fisiologiche dei disturbi psichici Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 123

125 Schizofrenia Sintomi della schizofrenia : i sintomi positivi includono i comportamenti insoliti (allucinazioni sensoriali, pensieri deliranti compreso il senso di persecuzione, perdita dell esame di realtà), i sintomi negativi l assenza di comportamenti normali. Cause: la schizofrenia è in parte ereditaria, sebbene non tutti i casi sono spiegali in termini ereditari e alcuni portatori di geni collegati alla schizofrenia non sviluppano la malattia. Ipotesi dopaminergica sui sintomi positivi: gli antagonisti della dopamina alleviano i sintomi positivi della schizofrenia, mentre gli agonisti della dopamina possono indurre sintomi positivi. Si pensa quindi che i sintomi positivi siano prodotti dall iperattività dei sistemi dopaminergici che rinforzerebbero (circuiti della gratificazione iperattivi) tali prodotti mentali anormali. Ipotesi della lesione cerebrale sui sintomi negativi: lesioni della corteccia frontale, temporale-mediale e del diencefalo sono associati a sintomi negativi della schizofrenia. Cause genetiche: la presenza di alcuni elementi genetici mutati è un fattore di rischio della schizofrenia. I gemelli monozigoti (identico codice genetico) hanno più probabilità di sviluppare entrambi la malattia di gemelli eterozigoti (codice genetico uguale solo in parte). Cause ambientali: sono fattori di rischio non strettamente genetici della schizofrenia la stagione di nascita, le epidemie virali durante la gravidanza, la densità di popolazione e lo stress prenatale. Questi effetti darebbero luogo ad anomalie nello sviluppo cerebrale pre-natale o perinatale che influenzerebbe comportamenti e mimica facciale nei bambini che molti anni dopo svilupperanno la schizofrenia. In alcuni casi, solo uno di due gemelli monozigoti (identico codice genetico) sviluppa la schizofrenia. Esso può presentare dimensioni maggiori del terzo ventricolo e di quello laterale come anche una minore dimensione dell ippocampo. 124

126 Disturbi affettivi maggiori (disturbo bipolare e depressione unipolare) I disturbi affettivi maggiori: sono caratterizzati da emozioni e sentimenti infondati-irrealistici come anche da pensieri ad essi collegati. Essi includono il disturbo bipolare (cicli di mania-euforia-iperattività e depressione) e la depressione unipolare (solo depressione). Cause di disturbo bipolare e depressione: sono in parte ereditarie, sebbene non tutti i casi sono spiegabili in termini ereditari e alcuni portatori di geni collegati ai disturbi affettivi non sviluppano la malattia. Ipotesi monoaminergica della depressione: la ridotta disponibilità di noradrenalina e serotonina (monoamine) induce la depressione. La reserpina è un farmaco che svuota le vescicole sinaptiche di noradrenalina e serotonina, riducendo la disponibilità di questi neurotrasmettitori e inducendo la depressione. Gli inibitori della MAO (bloccano gli enzimi che distruggono noradrenalina e serotonina) sono farmaci che aumentano la disponibilità di noradrenalina e serotonina nello spazio sinaptico, alleviando i sintomi della depressione. I triciclici sono farmaci che impediscono il riassorbimento pre-sinaptico di noradrenalina e serotonina, aumentando la disponibilità dei neurotrasmettitori nello spazio sinaptico e alleviando la depressione. Il fluoxetine (prozac) è un farmaco che impedisce il riassorbimento pre-sinaptico di serotonina, aumentando la disponibilità di serotonina nello spazio sinaptico e alleviando la depressione. Un basso livello di serotonina nel liquido cerebrospinale aumenta le probabilità di tentativi di suicidio. Farmaci che facilitano l eliminazione di precursori della serotonina ostacolano l effetto degli antidepressivi. Altre terapie della depressione: elettroshock e deprivazione di sonno (effetto temporaneo). Va notato che le terapie antidepressive sopprimono il sonno REM. Le depressioni stagionali migliorano all esposizione di luce intensa, suggerendo la relazione tra depressione e ritmi biologici regolati dalla luce. Terapie del disturbo bipolare: somministrazione di sali di litio, che stabilizzano la trasmissione sinaptica (specialmente quella serotoninergica) e interferiscono con la produzione di secondi messaggeri che sarebbero implicati nella malattia. Correlati anatomo-fisiologici della depressione: anomalie di corteccia prefrontale dorsolaterale, gangli della base e cervelletto. La depressione si correla inoltre ad una ridotta attività di corteccia prefrontale dorsolaterale e orbitofrontale come anche del talamo. Correlati anatomo-fisiologici del disturbo bipolare: anomalie di cervelletto e (forse) di corteccia temporale. 125

127 Disturbi d ansia e disturbo ossessivo-compulsivo I disturbi d ansia: sono caratterizzati da paura e ansie infondate-irrealistiche. Attacchi di panico: sono caratterizzati da intensa attività del sistema nervoso autonomo (attività vegetativa) e sensazione di stare per morire. Spesso si associa la paura ad uscire in luoghi aperti (agorafobia). Il disturbo è in parte ereditario. Fattori scatenanti l attacco di panico: sostanze stimolanti il sistema nervoso autonomo quali caffeina, iombina, lattato (endovena) e anidride carbonica (inalazione). Terapia dei disturbi d ansia: una specifica benzodiazepina (valium), che suggerisce la relazione tra il panico e i livelli di agonisti/antagonisti endogeni che agiscono sui recettori di quella benzodiazepina. Il disturbo ossessivo-compulsivo (DOC): è caratterizzato da pensieri ricorrenti e indesiderati (ossessioni) e da comportamenti ricorrenti e incontrollabili (compulsioni) tra i quali quelli legati alla pulizia e all evitamento di pericoli potenziali. Si tratta quindi di esagerazioni di comportamenti specie-specifici auto-protettivi che con modalità normali sono utili alla sopravvivenza. Ereditarietà: ha una base ereditaria e risulta correlato alla sindrome di Tourette, un disturbo neurologico caratterizzato da tic e strane vocalizzazioni. Concause ambientali: il disturbo ossessivo-compulsivo può essere indotto da un danno cerebrale alla nascita, encefalite e trauma cranico, specie se vi è un coinvolgimento dei gangli della base. Correlati anatomo-fisiologici:.le persone con disturbo ossessivo-compulsivo tendono a presentare un iperattività della corteccia prefrontale e del giro del cingolo anteriore, strutture che sono implicate nelle reazioni attenzionali ed emozionali come anche nella verifica di elementi di novità nell ambiente e nella verifica della correttezza del comportamento rispetto ai piani. La distruzione del fascio del cingolo, che connette il giro del cingolo al lobo temporale anteriore, riduce i sintomi di disturbo ossessivo-compulsivo. Ipotesi serotoninergica di disturbo ossessivo-compulsivo: un aumentata attività del sistema serotoninergico è in grado di alleviare i sintomi di disturbo ossessivo-compulsivo. Il farmaco clomipramina, che inibisce la ricaptazione presinaptica della serotonina (aumentando la disponibilità di serotonina nello spazio sinaptico), riduce i comportamente specie-specifici abnormi. Questo farmaco è efficace per due sintomi di disturbo ossessivo-compulsivo dell uomo quali la tricotillomania (strapparsi i capelli) e l oncofagia (mangiarsi le unghie). 126

128 Disturbo da stress Il disturbo da stress: le reazioni emotive agli stimoli avversivi possono danneggiare la salute individuale. La risposta di stress ( reazione di attacco o fuga ) è utile a breve termine per fronteggiare gli stimoli avversivi, ma diviene dannosa a lungo termine. Questa risposta include l incremento dell attività del ramo simpatico del sistema nervoso autonomo e l aumentata secrezione di alcuni ormoni surrenali: adrenalina, noradrenalina e glucocorticoidi (cortisone endogeno). Un ruolo centrale per la risposta di stress è giocato dall asse ipotalamoipofisi-surrente, che e attivato dall amigdala e inibito dall ippocampo. Adrenalina e noradrenalina possono produrre ipertensione arteriosa. L esposizione prolungata al cortisone endogeno può produrre ipertensione arteriosa, danno al tessuto muscolare, infertilità, inibizione o blocco della crescita, inibizione della risposta infiammatoria e immunodepressione. Inoltre, essa può danneggiare l ippocampo (che dovrebbe inibirebbe l asse ipotalamo-ipofisi-surrente). Cause del disturbo da stress: dipendono in parte da fattori ereditari, accertati per le persone che soffrono di ipertensione arteriosa e rischio cardiovascolare. Tale rischio dipende dalle caratteristiche di personalità, cioè dal modo in cui la persona riesce a gestire le situazioni stressanti. Innesti di tessuto ipotalamico di ratti geneticamente predisposti al rischio cardiovascolare aumenta nei ratti riceventi la pressione arteriosa. Fattori post-natali (non genetici) come la rimozione del surrene nella madre gravida possono influire fortemente sulla risposta da stress nell adulto. Risposte di gestione della situazione stressante (coping): i comportamenti che riescono a risolvere la situazione stressante (evitamento e depotenziamento dell agente stressante) causano il rilascio di tranquillanti endogeni (benzodiazepine) da parte di neuroni cerebrali. Disturbo post-tramautico da stress: è un disturbo psicologico causato dall esposizione a una situazione di estremo pericolo e stress. I sintomi includono sogni o ricordi ricorrenti. I sintomi possono interferire con le attività sociali e indurre sensazione di non avere speranza. Correlati anatomo-fisiologici:. studi funzionali di neuroimmmagine hanno rilevato un incremento dell attività della corteccia prefrontale e dell amigdala, quando i pazienti ripensano agli eventi che hanno indotto il disturbo di cui soffrono. Psiconeuroimmunologia: indaga le interazioni tra comportamento e sistema immunitario, mediate dal sistema nervoso. Il sistema immunitario è costituito da diversi tipi di leucociti, che producono risposte aspecifiche e specifiche ai microorganismi invasori. Le difese immunitarie aspecifiche: includono la risposta infiammatoria, l effetto antivirale dell interferone e l azione delle cellule natural killer contro i virus e le cellule neoplastiche. Le difese immunitarie specifiche: sono a mediazione chimica e cellulo-mediate. Le risposte a mediazione chimica sono dovute ai linfociti B, che rilasciano anticorpi che si legano agli antigeni sulla superficie dei microorganismi, uccidendoli direttamente o rendendoli un facile bersaglio per altri leucociti. Le risposte cellulo-mediate sono dovute ai linfociti T, i cui anticorpi restano attaccati alla membrana cellulare. Stress, sistema immunitario e malattia: è stato dimostrato che un ampia varietà di situazione stressanti può aumentare la suscettibilità individuale a contrarre malattie infettive. Il meccanismo più importante tramite cui lo stress compromette la funzione immunitaria è l incremento dei livelli ematici di glucocorticoidi. Inoltre, anche gli impulsi nervosi che raggiungono il midollo osseo, i linfonodi e il timo possono giocare un ruolo. Mentre gli oppioidi endogeni sembrano ridurre sensibilmente l attività delle cellule natural killer. 127

129 Disturbo autistico Il disturbo autistico: si verifica in 3-5 bambini su E caratterizzato da relazioni sociali, abilità comunicative e capacità immaginative scarse o assenti, insieme alla presenza di movimenti ripetitivi non finalizzati. Sebbene i pazienti sono generalmente, ma non sempre, ritardati, essi possono avere qualche dote particolare, isolata. Il deficit cognitivo più importante: è l incapacità di immaginare cosa sanno o pensano gli altri di un certo evento (percezione o predizione del loro esame di realtà) o come si sentano (empatia). Cause genetiche ereditarie: lo studio sui gemelli omozigoti ed eterozigoti mostra che l autismo e in parte ereditario (maggiore probabilità che entrambi i gemelli sviluppino la malattia in caso di gemelli omozigoti). L autismo è spesso associato alla Sindrome di Tourette (come il disturbo ossessivo-compulsivo) e può essere causata da una fenilchetonuria non trattata (disturbo genetico caratterizzato dall assenza di un enzima che converte l aminoacido fenilalanina in tirosina; causa un danno cerebrale). Una mutazione del gene Hoxa-1, che controlla lo sviluppo di parti del tronco dell encefalo, causa anomalie evolutive simili a quelle osservate in alcuni pazienti autistici. Più raramente l autismo è associato con idrocefalo (patologica espansione dei ventricoli cerebrali). Cause prenatali: l autismo può essere provocato da eventi che interferiscono con lo sviluppo prenatale (farmaco talomide, infezione di rosolia). Il periodo maggiormente critico è compreso tra giorni di gestazione. Caratteristiche anatomo-fisiologiche dell autismo: le indagini di risonanza magnetica suggeriscono l associazione tra autismo e anomalie a carico del lobo temporale mediale, tronco encefalico e cervelletto. 128

130 Abuso di sostanze: concetti generali Dipendenza psicologica da sostanze: si manifesta come un bisogno irrefrenabile di assumere una sostanza che da sensazioni piacevoli o abolisce sensazioni spiacevoli. Dipendenza fisica: si manifesta con disturbi fisici quando si interrompe l assunzione regolare della sostanza. Non tutte le sostanze che inducono dipendenza psicologica fanno sviluppare una dipendenza fisica. Per esempio, l eroina induce dipendenza psicologica e fisica. Al contrario, la cocaina induce dipendenza psicologica ma non dipendenza fisica. Sostanze che inducono dipendenza: sostanze vegetali o di sintesi che inducono dipendenza in alcuni individui esposti, i quali non possono interrompere di assumerla regolarmente. Non tutte le sostanze che inducono dipendenza provocano una intossicazione, ad es. caffé e tè. Assuefazione: induce tolleranza (riduzione della sensibilità) agli effetti della sostanza a seguito dell assunzione regolare. L assuefazione spinge ad aumentare progressivamente la dose assunta per poterne risperimentare gli effetti. Sintomi di astinenza: si sviluppano se si interrompe l assunzione della sostanza che ha indotto dipendenza fisica (sono opposti a quelli primariamente indotti dalla sostanza: l eroina induce euforia, rilassamento e costipazione; l astinenza disforia, crampi e diarrea). La causa della tossicodipendenza: sta nella capacità della sostanza di rinforzare il comportamento di assunzione, usando gli stessi meccanismi fisiologici per cui si diventa dipendenti da una sostanza utile per l organismo (cibo, acqua etc. che da sensazioni positive o abolisce sensazioni negative) che viene poi regolarmente ricercata e assunta. Il rinforzo positivo: si verifica quando, in una certa situazione, un comportamento è seguito da uno stimolo appetitivo (una gratificazione che rinforza appunto comportamenti di avvicinamento e consumazione). Il rinforzo positivo induce a ripetere il comportamento di assunzione (o altri comportamenti) generando la dipendenza da quella sostanza. Maggiore è la capacità di rinforzo positivo dello stimolo, più velocemente insorgerà la dipendenza. Il rinforzo negativo: si verifica quando un comportamento è seguito da riduzione o interruzione di uno stimolo spiacevole (avversivo). Esso induce all assunzione di sostanze (o altri comportamenti) che riducano infelicità, ansia e sensazioni spiacevoli, compresi la sostanza che ha indotto i sintomi di astinenza. E però il rinforzo positivo induce per primo la dipendenza psicologica alla sostanza. Rinforzo, dipendenza e dopamina: tutte le sostanze che inducono dipendenza stimolano il rilascio di dopamina nel nucleo accumbens dei gangli della base, che gioca un ruolo importante nel rinforzo. Correlati neurobiologici della dipendenza: uno studio PET ha dimostrato che il desiderio intenso di cocaina aumenta il flusso di sangue (segno di attività neurale) in corteccia prefrontale dorsolaterale, amigdala e cervelletto. Il cervello di individui con storia di abuso di cocaina mostra un incremento della densità dopaminergici D3 nel nucleo accumbens dei gangli della base. Il desiderio di cocaina può essere associato all incremento della densità dei recettori dopaminergici D3 specialmente nel nucleao accumbens. 129

131 Gli effetti neurobiologici delle principali sostanze da abuso Gli oppiacei (oppio, morfina, eroina): producono analgesia (riduzione del dolore), ipotermia, sedazione (riduzione dell ansia) e una piacevole sensazione di rilassamento ed euforia, i quali rappresentano rinforzi negativi e positivi al comportamento di assunzione che stabilisce la dipendenza. I recettori per gli oppioidi nella sostanza grigia periacquedottale del tronco encefalo sono responsabili dell analgesia; quelli dell area preottica (ipotalamo) dell ipotermia; quelli della formazione reticolare mesencefalica della sedazione; quelli dell area tegmentale ventrale del mesencefalo e del nucleo accumbens dei gangli della base spiegano almeno in parte gli effetti di rinforzo. La cocaina: induce vigilanza, attivazione, euforia (rinforzo positivodipendenza). Essa inibisce la ricaptazione della dopamina da parte dei bottoni terminali, aumentando la disponibilità di dopamina nello spazio sinaptico. L anfetamina: produce effetti mentali simili a quelli della cocaina. Oltre ad inibire la ricaptazione della dopamina, l anfetamina ne aumenta il rilascio dai bottoni terminali allo spazio sinaptico. Gli effetti di rinforzo di cocaina e anfetamina: sono mediati dall incremento della dopamina nel nucleo accumbens dei gangli della base. Effetti psicotici di cocaina e anfetamina: l assunzione prolungata di cocaina e anfetamina può indurre sintomi di schizofrenia di tipo paranoide. La nicotina: induce una forte dipendenza psicologica senza intossicazione. Essa stimola il rilascio di dopamina da parte dei neuroni mesolimbici. Le iniezioni di nicotina nell area tegmentale ventrale del mesencefalo producono rinforzo. L alcol e i barbiturici: hanno effetti simili. L alcol produce rinforzo positivo (sensazioni piacevoli) e negativo (azione ansiolitica) mediante il rilascio di dopamina nel nucleo accumbens. L effetto di sonnolenza e oblio mentale sarebbe indotto dall azione antagonista indiretta dei recettori NMDA per il glutammato (coinvolti nel potenziamento sinaptico per apprendimento) e da quella agonista indiretta dei recettori GABAa (funzione inibitoria). Alcol, fattori ereditari e personalità: la dipendenza all alcol (e alla nicotina) è influenzata da fattori ereditari. Un tipo di alcolismo è associato alla personalità antisociale e tendente alla ricerca del piacere ( bevitori costanti ), un altro tipo è associato alla personalità ansiosa e repressa ( bevitori da party ). La cannabis (marijuana): il suo principio attivo (tetraidrocannabinolo, THC) stimola i recettori il cui ligando naturale è l anandamide un lipide simile ad alcuni lipidi della cioccolata. Tale principio attivo aumenta il rilascio di dopamina nel nucleo accumbens. Terapie contro l abuso di sostanze: alcune rimuovono gli effetti di rinforzo positivo. Si sostituisce la dipendenza da eroina con quella da metadone, un oppiaceo che non produce per via orale effetti euforizzanti. Le gomme da masticare e i cerotti transdermici contenenti nicotina combattono la dipendenza dei fumatori togliendo rinforzo positivo dato dall atto di fumare. Gli antagonisti del recettore dopaminergico D3 combattono la dipendenza da cocaina (l attività dei neuroni dopaminergici del nucleo accumbens è associata alle sensazioni di gratificazione, che hanno effetto di rinforzo positivo). Si stanno studiando anticorpi per immunizzare le persone che abusano di cocaina. Il naltrexone e gli agonisti serotoninergici riducono il desiderio di alcol. 130

132 La schizofrenia Sintomi della schizofrenia : i sintomi positivi includono i comportamenti insoliti (allucinazioni sensoriali di oggetti o eventi che non esistono, pensieri deliranti compreso il senso di persecuzione, perdita dell esame di realtà), i sintomi negativi includono l assenza di comportamenti normali Cause: la schizofrenia è in parte ereditaria, sebbene non tutti i casi sono spiegali in termini ereditari e alcuni portatori di geni collegati alla schizofrenia non sviluppano la malattia 131 Tab di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

133 Le cause genetiche della schizofrenia Cause genetiche: la presenza di alcuni elementi genetici mutati è un fattore di rischio della schizofrenia. I gemelli monozigoti (identico codice genetico) hanno più probabilità di sviluppare entrambi la malattia di gemelli eterozigoti (codice genetico uguale solo in parte) 132 Figg e 15.7 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin,

134 Le cause ambientali della schizofrenia Cause ambientali: sono fattori di rischio non strettamente genetici della schizofrenia la stagione di nascita, le epidemie virali durante la gravidanza, la densità di popolazione e lo stress prenatale. Questi effetti darebbero luogo ad anomalie nello sviluppo cerebrale prenatale o perinatale che influenzerebbe comportamenti e mimica facciale nei bambini che molti anni dopo svilupperanno la schizofrenia. In alcuni casi, solo uno di due gemelli monozigoti (identico codice genetico) sviluppa la schizofrenia. Esso può presentare dimensioni maggiori del terzo ventricolo e di quello laterale come anche una minore dimensione dell ippocampo 133 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

135 La schizofrenia è correlata ad alterazione del sistema dopaminergico (sistema della gratificazione, del rinforzo) Ipotesi dopaminergica sui sintomi positivi: gli antagonisti della dopamina alleviano i sintomi positivi della schizofrenia, mentre gli agonisti della dopamina possono indurre sintomi positivi. Si pensa quindi che i sintomi positivi siano prodotti dall iperattività dei sistemi dopaminergici che rinforzerebbero (circuiti della gratificazione iperattivi) tali prodotti mentali anormali 134 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

136 La schizofrenia è correlata a lesioni cerebrali Ipotesi della lesione cerebrale sui sintomi negativi: lesioni della corteccia frontale, temporale-mediale e del diencefalo sono associati a sintomi negativi della schizofrenia 135 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

137 Disturbi affettivi maggiori: disturbo bipolare e depressione unipolare) I disturbi affettivi maggiori: sono caratterizzati da emozioni e sentimenti infondati-irrealistici come anche da pensieri ad essi collegati. Essi includono il disturbo bipolare (cicli di mania-euforia-iperattività e depressione) e la depressione unipolare (solo depressione). Nella depressione vi è il disturbo del sonno, più superficiale (aumento dello stadio 1 e riduzione degli stadi a sonno lento 3 e 4) e con risvegli frequenti. Aumenta anche la frequenza di brevi stadi di sonno REM (sogni vividi) Cause di disturbo bipolare e depressione: sono in parte ereditarie, sebbene non tutti i casi sono spiegabili in termini ereditari e alcuni portatori di geni collegati ai disturbi affettivi non sviluppano la malattia 136 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

138 Ipotesi monoaminergica della depressione Ipotesi monoaminergica: la ridotta disponibilità di noradrenalina e serotonina (monoamine) induce la depressione La reserpina: è un farmaco che svuota le vescicole sinaptiche di noradrenalina e serotonina, riducendo la disponibilità di questi neurotrasmettitori e inducendo la depressione Gli inibitori della MAO: (bloccano gli enzimi che distruggono noradrenalina e serotonina) sono farmaci che aumentano la disponibilità di noradrenalina e serotonina nello spazio sinaptico, alleviando i sintomi della depressione I triciclici: impediscono il riassorbimento presinaptico di noradrenalina e serotonina, aumentando la disponibilità dei neurotrasmettitori e alleviando la depressione. Il fluoxetine (prozac) è un farmaco che impedisce il riassorbimento pre-sinaptico di serotonina, aumentando la disponibilità di serotonina nello spazio sinaptico e alleviando la depressione. Un basso livello di serotonina nel liquido cerebrospinale aumenta le probabilità di tentativi di suicidio. Farmaci che facilitano l eliminazione di precursori della serotonina ostacolano l effetto degli antidepressivi 137 Fig. 4.5 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

139 Altre terapie della depressione Terapia elettroconvulsiva (TEC): anche nota come elettroshock consiste nell applicare un breve shock elettrico sulla fronte del paziente depresso. Si produce una breve crisi epilettico. Gli effetti secondari sono una perdita di memoria degli eventi che hanno preceduto di qualche giorno la terapia Deprivazione di sonno: le terapie antidepressive sopprimono il sonno REM. Un efficace trattamento antidepressivo è la deprivazione di sonno totale o quella selettiva del sonno REM. Gli effetti terapeutici sono di breve durata e si verificano solo in una parte dei pazienti Esposizione alla luce intensa: le depressioni stagionali migliorano all esposizione di luce intensa, suggerendo la relazione tra depressione e ritmi biologici regolati dalla luce 138 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

140 Terapia del disturbo bipolare Terapia del disturbo bipolare: somministrazione di sali di litio, che stabilizzano la trasmissione sinaptica (specialmente quella serotoninergica) e interferiscono con la produzione di secondi messaggeri che sarebbero implicati nella malattia 139 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

141 I disturbi affettivi maggiori sono correlati ad anomalie anatomo-fisiologiche Correlati anatomo-fisiologici della depressione: anomalie di corteccia prefrontale dorsolaterale, gangli della base e cervelletto. La depressione si correla inoltre ad una ridotta attività di corteccia prefrontale dorsolaterale e orbitofrontale come anche del talamo. I pazienti con più ridotta attività prefrontale rispondono meglio alla terapia elettroconvulsiva (TEC) Correlati anatomo-fisiologici del disturbo bipolare: anomalie di cervelletto e (forse) di corteccia temporale 140 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

142 Disturbi d ansia I disturbi d ansia: sono caratterizzati da tensione, paura e ansie infondate-irrealistiche Attacchi di panico: sono caratterizzati da intensa attività del sistema nervoso autonomo (dispnea, irregolarità del battito cardiaco e altri segni vegetativi) paura di stare per morire o dell imminenza di un evento disastroso. La persona è in continua vigilanza per un pericolo. Il disturbo è in parte ereditario Ansia anticipatoria: paura di sviluppare un attacco di panico. Spesso si associa la paura ad uscire di casa e di stare in luoghi aperti (agorafobia) Fattori scatenanti l attacco di panico: sostanze stimolanti il sistema nervoso autonomo quali caffeina, iombina, lattato (endovena) e anidride carbonica (inalazione) Terapia dei disturbi d ansia: una specifica benzodiazepina (valium), che suggerisce la relazione tra il panico e i livelli di agonisti/antagonisti endogeni che agiscono sui recettori di quella benzodiazepina 141

143 Disturbi da stress Il disturbo da stress: le reazioni emotive agli stimoli avversivi (stressor) possono danneggiare la salute individuale La risposta di stress: ( reazione di attacco o fuga ) è utile a breve termine per fronteggiare gli stimoli avversivi, ma diviene dannosa a lungo termine. Questa risposta include l incremento dell attività del ramo simpatico del sistema nervoso autonomo e l aumentata secrezione di alcuni ormoni surrenali: adrenalina, noradrenalina e glucocorticoidi (cortisone endogeno). Un ruolo centrale per la risposta di stress è giocato dall asse ipotalamoipofisi-surrente, che e attivato dall amigdala e inibito dall ippocampo. 142 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

144 Disturbi da stress L esposizione prolungata ad adrenalina e noradrenalina: può produrre ipertensione arteriosa L esposizione prolungata al cortisone endogeno: può produrre ipertensione arteriosa, danno al tessuto muscolare, infertilità, inibizione o blocco della crescita, inibizione della risposta infiammatoria e immunodepressione. Inoltre, essa può danneggiare l ippocampo (che dovrebbe inibirebbe l asse ipotalamo-ipofisisurrente) 143 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

145 Cause del disturbo da stress Cause del disturbo da stress: dipendono in parte da fattori ereditari, accertati per le persone che soffrono di ipertensione arteriosa e rischio cardiovascolare. Tale rischio dipende dalle caratteristiche di personalità, cioè dal modo in cui la persona riesce a gestire le situazioni stressanti. Innesti di tessuto ipotalamico di ratti geneticamente predisposti al rischio cardiovascolare aumenta nei ratti riceventi la pressione arteriosa. Fattori post-natali (non genetici) come la rimozione del surrene nella madre gravida possono influire fortemente sulla risposta da stress nell adulto 144 Fig e 16.8 di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

146 Gestione della situazione stressante Risposte di gestione della situazione stressante (coping): i comportamenti che riescono a risolvere la situazione stressante (evitamento e depotenziamento dell agente stressante) causano il rilascio di tranquillanti endogeni (benzodiazepine) da parte di neuroni cerebrali Disturbo post-tramautico da stress: è un disturbo psicologico causato dall esposizione a una situazione di estremo pericolo e stress. I sintomi includono sogni o ricordi ricorrenti. I sintomi possono interferire con le attività sociali e indurre sensazione di non avere speranza Correlati anatomofisiologici: vi è un incremento dell attività della corteccia prefrontale e dell amigdala, quando i pazienti ripensano agli eventi che hanno indotto il disturbo di cui soffrono 145 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

147 Psiconeuroimmunologia: studia la relazione tra comportamento e risposta neuroimmunitaria Il sistema immunitario: è costituito da diversi tipi di leucociti che contrastano i microorganismi invasori Le difese immunitarie aspecifiche: includono la risposta infiammatoria, l effetto antivirale dell interferone e l azione delle cellule natural killer contro i virus e le cellule neoplastiche Le difese immunitarie specifiche: sono a mediazione chimica e cellulo-mediate. Le risposte a mediazione chimica sono dovute ai linfociti B, che rilasciano anticorpi che si legano agli antigeni sulla superficie dei microorganismi, uccidendoli direttamente o rendendoli un facile bersaglio per altri leucociti. Le risposte cellulomediate sono dovute ai linfociti T, i cui anticorpi restano attaccati alla membrana cellulare 146 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

148 Gli eventi stressanti riducono le difese immunitarie e predispongono alla malattia Stress, sistema immunitario e malattia: è stato dimostrato che un ampia varietà di situazione stressanti può aumentare la suscettibilità individuale a contrarre malattie infettive. Il meccanismo più importante tramite cui lo stress compromette la funzione immunitaria è l incremento dei livelli ematici di glucocorticoidi. Inoltre, anche gli impulsi nervosi che raggiungono il midollo osseo, i linfonodi e il timo possono giocare un ruolo. Mentre gli oppioidi endogeni sembrano ridurre sensibilmente l attività delle cellule natural killer 147 Figg e di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

149 Il disturbo ossessivo-compulsivo è una esagerazione patologica di un istinto di protezione e cura Disturbo ossessivocompulsivo (DOC): è caratterizzato da pensieri ricorrenti e indesiderati (ossessioni) e da comportamenti ricorrenti e incontrollabili (compulsioni) tra i quali quelli legati alla pulizia e all evitamento di pericoli potenziali. Si tratta quindi di esagerazioni di comportamenti speciespecifici auto-protettivi che con modalità normali sono utili alla sopravvivenza 148 Tab di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

150 Cause, correlati anatomo-fisiologici e associazione con altre malattie del disturbo ossessivo-compulsivo Ereditarietà: ha una base ereditaria Concause ambientali: il disturbo ossessivo-compulsivo può essere indotto da un danno cerebrale alla nascita, encefalite e trauma cranico, specie se vi è un coinvolgimento dei gangli della base Correlati anatomo-fisiologici: le persone con disturbo ossessivo-compulsivo tendono a presentare un iperattività della corteccia prefrontale e del giro del cingolo anteriore, strutture che sono implicate nelle reazioni attenzionali ed emozionali come anche nella verifica di elementi di novità nell ambiente e nella verifica della correttezza del comportamento rispetto ai piani. La distruzione del fascio del cingolo, che connette il giro del cingolo al lobo temporale anteriore, riduce i sintomi di disturbo ossessivo-compulsivo Associazione con altre malattie: il disturbo ossessivo-compulsivo risulta a volte correlato alla sindrome di Tourette, un disturbo neurologico caratterizzato da tic, strane vocalizzazioni involontarie e dalla pronuncia e ripetizione compulsiva di oscenità. Si può anche associare alla corea di Sydenham, una malattia autoimmune in cui il sistema immunitario attacca parti del cervello, inclusi i gnagli della base. Ciò produce movimenti involontari e, spesso, i sintomi del disturbo ossessivo-compulsivo 149

151 Ipotesi serotoninergica del disturbo ossessivo-compulsivo Sistema serotoninergico e disturbo ossessivocompulsivo: un aumentata attività del sistema serotoninergico è in grado di alleviare i sintomi di disturbo ossessivo-compulsivo Il farmaco clomipramina: inibisce la ricaptazione presinaptica della serotonina (aumentando la disponibilità di serotonina nello spazio sinaptico) e riduce i comportamente specie-specifici abnormi. Questo farmaco è efficace per due sintomi di disturbo ossessivocompulsivo dell uomo quali la tricotillomania (strapparsi i capelli) e l oncofagia (mangiarsi le unghie) 150 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

152 Il disturbo autistico colpisce la voglia di comunicare e la percezione cognitiva ed emotiva dell altro Il disturbo autistico: si verifica in 3-5 bambini su E caratterizzato da relazioni sociali, abilità comunicative e capacità immaginative scarse o assenti, insieme alla presenza di movimenti ripetitivi non finalizzati. Sebbene i pazienti sono generalmente, ma non sempre, ritardati, essi possono avere qualche dote particolare, isolata Il deficit cognitivo più importante: è l incapacità di immaginare cosa sanno o pensano gli altri di un certo evento (percezione o predizione del loro esame di realtà) o come si sentano (empatia) 151 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

153 Le cause del disturbo autistico Cause genetiche ereditarie: lo studio sui gemelli omozigoti ed eterozigoti mostra che l autismo e in parte ereditario (maggiore probabilità che entrambi i gemelli sviluppino la malattia in caso di gemelli omozigoti). L autismo è spesso associato alla Sindrome di Tourette (come il disturbo ossessivo-compulsivo) e può essere causata da una fenilchetonuria non trattata (disturbo genetico caratterizzato dall assenza di un enzima che converte l aminoacido fenilalanina in tirosina; causa un danno cerebrale). Una mutazione del gene Hoxa-1, che controlla lo sviluppo di parti del tronco dell encefalo, causa anomalie evolutive simili a quelle osservate in alcuni pazienti autistici. Più raramente l autismo è associato con idrocefalo (patologica espansione dei ventricoli cerebrali) Cause prenatali: l autismo può essere provocato da eventi che interferiscono con lo sviluppo prenatale (farmaco talomide, infezione di rosolia). Il periodo maggiormente critico è compreso tra giorni di gestazione 152

154 Il disturbo autistico è correlato ad alterazioni cerebrali macroscopiche Caratteristiche anatomo-fisiologiche dell autismo: le indagini di risonanza magnetica suggeriscono l associazione tra autismo e anomalie a carico del lobo temporale mediale, tronco encefalico e cervelletto 153 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

155 L abuso di sostanze: concetti generali (I) Disturbo ossessivo-compulsivo (DOC): è caratterizzato da pensieri ricorrenti e indesiderati Dipendenza psicologica da sostanze: si manifesta come un bisogno irrefrenabile di assumere una sostanza che da sensazioni piacevoli o abolisce sensazioni spiacevoli Dipendenza fisica: si manifesta con disturbi fisici quando si interrompe l assunzione regolare della sostanza. Non tutte le sostanze che inducono dipendenza psicologica fanno sviluppare una dipendenza fisica. Per esempio, l eroina induce dipendenza psicologica e fisica. Al contrario, la cocaina induce dipendenza psicologica ma non dipendenza fisica Sostanze che inducono dipendenza: sostanze vegetali o di sintesi che inducono dipendenza in alcuni individui esposti, i quali non possono interrompere di assumerla regolarmente. Non tutte le sostanze che inducono dipendenza provocano una intossicazione, ad es. caffé e tè Assuefazione: induce tolleranza (riduzione della sensibilità) agli effetti della sostanza a seguito dell assunzione regolare. L assuefazione spinge ad aumentare progressivamente la dose assunta per poterne risperimentare gli effetti Sintomi di astinenza: si sviluppano se si interrompe l assunzione della sostanza che ha indotto dipendenza fisica (sono opposti a quelli primariamente indotti dalla sostanza: l eroina induce euforia, rilassamento e costipazione; l astinenza disforia, crampi e diarrea) 154

156 L abuso di sostanze: concetti generali (II) La causa della tossicodipendenza: sta nella capacità della sostanza di rinforzare il comportamento di assunzione, usando gli stessi meccanismi fisiologici per cui si diventa dipendenti da una sostanza utile per l organismo (cibo, acqua etc. che da sensazioni positive o abolisce sensazioni negative) che viene poi regolarmente ricercata e assunta Il rinforzo positivo: si verifica quando, in una certa situazione, un comportamento è seguito da uno stimolo appetitivo (una gratificazione che rinforza appunto comportamenti di avvicinamento e consumazione). Il rinforzo positivo induce a ripetere il comportamento di assunzione (o altri comportamenti) generando la dipendenza da quella sostanza. Maggiore è la capacità di rinforzo positivo dello stimolo, più velocemente insorgerà la dipendenza Il rinforzo negativo: si verifica quando un comportamento è seguito da riduzione o interruzione di uno stimolo spiacevole (avversivo). Esso induce all assunzione di sostanze (o altri comportamenti) che riducano infelicità, ansia e sensazioni spiacevoli, compresi la sostanza che ha indotto i sintomi di astinenza. E però il rinforzo positivo induce per primo la dipendenza psicologica alla sostanza 155

157 Il rinforzo e la dipendenza sono correlati all attività di neuroni dopaminergici del nucleo accumbens Rinforzo, dipendenza e dopamina: tutte le sostanze che inducono dipendenza stimolano il rilascio di dopamina nel nucleo accumbens dei gangli della base, che gioca un ruolo importante nel rinforzo Correlati neurobiologici della dipendenza: uno studio PET ha dimostrato che il desiderio intenso di cocaina aumenta il flusso di sangue (segno di attività neurale) in corteccia prefrontale dorsolaterale, amigdala e cervelletto. Il cervello di individui con storia di abuso di cocaina mostra un incremento della densità dopaminergici D3 nel nucleo accumbens dei gangli della base. Il desiderio di cocaina può essere associato all incremento della densità dei recettori dopaminergici D3 specialmente nel nucleao accumbens 156 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

158 Gli oppiacei (oppio, morfina, eroina) Gli oppiacei (oppio, morfina, eroina): producono analgesia (riduzione del dolore), ipotermia, sedazione (riduzione dell ansia) e una piacevole sensazione di rilassamento ed euforia, i quali rappresentano rinforzi negativi e positivi al comportamento di assunzione che stabilisce la dipendenza. I recettori per gli oppioidi (=oppiacei endogeni) nella sostanza grigia periacquedottale del tronco encefalo sono responsabili dell analgesia; quelli dell area preottica (ipotalamo) dell ipotermia; quelli della formazione reticolare mesencefalica della sedazione; quelli dell area tegmentale ventrale del mesencefalo e del nucleo accumbens dei gangli della base spiegano almeno in parte gli effetti di rinforzo 157 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

159 Sostanze da abuso stimolanti: cocaina e anfetamina Cocaina: induce vigilanza, attivazione, euforia (rinforzo positivo-dipendenza). Essa inibisce la ricaptazione della dopamina da parte dei bottoni terminali, aumentando la disponibilità di dopamina nello spazio sinaptico L anfetamina: produce effetti mentali simili a quelli della cocaina. Oltre ad inibire la ricaptazione della dopamina, l anfetamina ne aumenta il rilascio dai bottoni terminali allo spazio sinaptico Gli effetti di rinforzo di cocaina e anfetamina: sono mediati dall incremento della dopamina nel nucleo accumbens dei gangli della base Effetti psicotici di cocaina e anfetamina: l assunzione prolungata di cocaina e anfetamina può indurre sintomi di schizofrenia di tipo paranoide 158 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

160 Sostanze da abuso stimolanti: la nicotina La nicotina: induce una forte dipendenza psicologica senza intossicazione. Essa stimola il rilascio di dopamina da parte dei neuroni mesolimbici (circuito che parte da nuclei della linea mediana del tronco encefalico rafe- e arriva all ippocampo, al nucleo accumbens dei gangli della base e al sistema slimbico). Le iniezioni di nicotina nell area tegmentale ventrale del mesencefalo (tronco encefalo) producono rinforzo 159 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

161 Sostanze da abuso ansiolitiche: alcol e barbiturici, cannabis L alcol e i barbiturici: hanno effetti simili. L alcol produce rinforzo positivo (sensazioni piacevoli) e negativo (azione ansiolitica) mediante il rilascio di dopamina nel nucleo accumbens. L effetto di sonnolenza e oblio mentale sarebbe indotto dall azione antagonista indiretta dei recettori NMDA per il glutammato (coinvolti nel potenziamento sinaptico per apprendimento) e da quella agonista indiretta dei recettori GABAa (funzione inibitoria) Alcol, fattori ereditari e personalità: la dipendenza all alcol (e alla nicotina) è influenzata da fattori ereditari. Un tipo di alcolismo è associato alla personalità antisociale e tendente alla ricerca del piacere ( bevitori costanti ), un altro tipo è associato alla personalità ansiosa e repressa ( bevitori da party ) 160 Tab di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

162 Sostanze da abuso ansiolitiche: la cannabis La cannabis (marijuana): il suo principio attivo (tetraidrocannabinolo, THC) stimola i recettori il cui ligando naturale è l anandamide un lipide simile ad alcuni lipidi della cioccolata. Tale principio attivo aumenta il rilascio di dopamina nel nucleo accumbens. Numerosi recettori THC nell ippocampo spiegano la distraibilità e le basse prestazioni mnestiche di soggetti sotto effetto della cannabis 161 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

163 Terapie contro l abuso di sostanze (I) Meccanismi d azione: alcune rimuovono gli effetti di rinforzo positivo. Si sostituisce la dipendenza da eroina con quella da metadone, un oppiaceo che non produce per via orale effetti euforizzanti. Le gomme da masticare e i cerotti transdermici contenenti nicotina combattono la dipendenza dei fumatori togliendo rinforzo positivo dato dall atto di fumare. Gli antagonisti del recettore dopaminergico D3 combattono la dipendenza da cocaina (l attività dei neuroni dopaminergici del nucleo accumbens è associata alle sensazioni di gratificazione, che hanno effetto di rinforzo positivo). Si stanno studiando anticorpi per immunizzare le persone che abusano di cocaina. 162 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

164 Terapie contro l abuso di sostanze (II) Meccanismi d azione: il naltrexone e gli agonisti serotoninergici riducono il desiderio di alcol e fanno aumentare il numero di soggetti che riesce ad astenersi dall assunzione di alcol per diverse settimane 163 Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

165 AUTOVALUTAZIONE SCHIZOFRENIA Descrizione dei sintomi positivi e di quelli negativi della schizofrenia Prove a favore di cause genetiche e ambientali Definizione e principali prove a favore dell ipotesi dopaminergica della schizofrenia DISTURBI AFFETTIVI MAGGIORI: DEPRESSIONE E DISTURBO BIPOLARE Descrizione dei sintomi Prove a favore di cause genetiche e ambientali Definizione e principali prove a favore dell ipotesi monoaminergica (noradrenalina-serotonina) della schizofrenia Descrizione delle altre terapie della depressione e del disturbo bipolare Descrizione dei principali correlati anatomo-fisiologici della depressione e del disturbo bipolare DISTURBI D ANSIA E DISTURBO OSSESSIVO-COMPULSIVO Descrizione dei sintomi disturbo d ansia e dell attacco di panico Descrizione dei fattori scatenanti l attacco di panico e della terapia dei disturbi d ansia Descrizione dei sintomi disturbo ossessivo-compulsivo Discussione delle prove a favore delle cause genetiche e ambientali del disturbo ossessivo-compulsivo Descrizione dei principali correlati anatomo-fisiologici del disturbo ossessivo-compulsivo Principali prove a favore dell ipotesi serotoninergica (noradrenalina-serotonina) del disturbo ossessivo-compulsivo 164

166 AUTOVALUTAZIONE DISTURBO DA STRESS Descrizione dei sintomi del disturbo da stress e la sua relazione con l asse ipotalamo-ipofisi-surrene Prove a favore di cause genetiche e ambientali del disturbo da stress Effetti di risposte di gestione della situazione stressante (coping) Descrizione del disturbo post-traumatico e correlati anatomo-fisiologici del disturbo da stress Descrizione sommaria delle difese immunitarie aspecifiche e specifiche Menzionare alcune prove a favore dell ipotesi di relazioni tra stress, sistema immunitario e malattia DISTURBO AUTISTICO Descrizione dei sintomi Prove a favore di cause genetiche e ambientali Definizione e principali prove a favore dell ipotesi monoaminergica (noradrenalina-serotonina) della schizofrenia Descrizione delle altre terapie della depressione e del disturbo bipolare Descrizione dei principali correlati anatomo-fisiologici della depressione e del disturbo bipolare Caratteristiche anatomo-fisiologiche dell autismo 165

167 AUTOVALUTAZIONE ABUSO DI SOSTANZE: CONCETTI GENERALI Definizione dei concetti di dipendenza fisica, dipendenza psicologica, assuefazione e sintomi di astinenza Indicare la principale causa della tossicodipendenza: ruolo del rinforzo positivo (gratificazione) e di quello negativo (eliminazione sintomi di astinenza) Indicare le relazioni tra rinforzo, dipendenza e dopamina Menzionare alcuni correlati neurobiologici della dipendenza GLI EFFETTI NEUROBIOLOGICI DELLE PRINCIPALI SOSTENZE DA ABUSO Indicare i principali oppiacei, i loro effetti psichici e la sede dei loro recettori Cocaina e anfetamina: effetti psichici, meccanismo d azione neurobiologico e tipo di rischio psichiatrico Nicotina: meccanismo d azione neurobiologico Alcol e barbiturici: meccanismi d azione neurobiologici su sinapsi dopaminergiche e recettori NMDA e GABA Indicare i due tipi di personalità alcoliste Cannabis (marijuana): meccanismo d azione neurobiologico Indicare le principali terapie contro l abuso di sostanze quali la nicotina, l alcol, la cocaina, l eroina 166

168 Modulo di Neuroscienze cognitive 6. Basi fisiologiche della comunicazione umana Prof. Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia "V. Erspamer" Università di Roma "La Sapienza" P.le A. Moro 5, 00185, Roma 167

169 Claudio Babiloni, Neurofisiologia Produzione e comprensione del linguaggio: meccanismi cerebrali Area di Broca: è situata nel lobo frontale della corteccia cerebrale e contiene le memorie motorie necessarie per la produzione del linguaggio. L articolazione motoria delle parole richiede anche il coinvolgimento dell area supplementare motoria della cortecciac erebrale e di strutture sottocorticali motorie extrapiramidali (gangli della base, cervelletto). Afasia di Broca (afasia= grave deficit verbale): la lesione dell area di Broca induce difficoltà grammaticali, nel nominare gli oggetti e nell articolare le parole. Area di Wernicke: è situata nel lobo temporale (regione posteriore-superiore) della cortecci cerebrale e contiene le memorie uditive necessarie per la comprensione del linguaggio ascoltato. La lesione induce sordità verbale pura (incapacità di comprendere il linguaggio parlato), con intatte capacità di comprendere il linguaggio letto e di produrre linguaggio scritto e parlato. L area di Wernicke è connessa all area di Broca tramite il fascicolo arcuato. L afasia di conduzione: è indotta dalla lesione del fascicolo arcuato che connette le aree di Broca e quella di Wernicke. Si osserva un deficit nella capacità di ripetere il linguaggio ascoltato, senza la capacità di comprenderne il significato. Area posteriore del linguaggio: circonda l area di Wernicke e la parte posteriore della scissura temporale (di Silvio) vicino alla congiuntura dei lobi temporali, parietali e occipitali. E un area di interscambio tra la rappresentazione uditiva della parola rappresentata nell area di Wernicke e il suo significato immagazzinato come rappresentazioni nella corteccia associativa sensoriale (corteccia cerebrale posteriore). L afasia transcorticale sensoriale: è indotta dalla lesione dell area posteriore del linguaggio, che provoca difficoltà nella comprensione del linguaggio ascoltato e causa la produzione di discorsi fluenti privi di significato. La capacità di ripetere senza capire il linguaggio ascoltato è intatta. L afasia di Wernicke: è indotta dalla lesione dell area di Wernicke e dell area posteriore del linguaggio..e caratterizzata dalla difficoltà nella comprensione e nella ripetizione del linguaggio ascoltato e dalla produzione di discorsi fluenti privi di significato. Il significato delle parole: si basa sulle memorie degli oggetti, delle azioni e di altri concetti associati con le parole. Tali memorie sono immagazzinate nelle aree associative e non in quelle del linguaggio. Le rappresentazioni delle parole e dei significati di diverse categorie sono localizzate in regioni diverse della corteccia cerebrale, come evidenziato dai diversi tipi di deficit nel nominare le parole (anomia). Anomia pura: difficoltà a nominare gli oggetti (minori difficoltà nel nominare verbi-azioni), dovuta a lesioni temporali e parietali. Anomia delle azioni: difficoltà a nominare le azioni-verbi, dovuta a lesioni dell area frontale di Broca. Difficoltà con alcune categorie dei significati delle parole: sono dovute a lesioni specifiche dell area associativa.

170 Disturbi di lettura e scrittura Lettura globale: leggere la parola riconoscendo graficamente l insieme delle lettere (lettura a vista). Lettura fonetica: leggere la parola mediante il riconoscimento e la codifica del suono (fonema) di ogni sua lettera (lettura a suono). Disturbi di lettura: sono spesso associati ai disturbi nella comprensione del linguaggio. Alessia pura: è l incapacità di leggere conservando la capacità di scrivere. E provocata dalla lesione alle aree che producono una cecità nel campo visivo destro e che distruggono le fibre del corpo calloso posteriore (unisce le aree parieto-occipitali dei due emisferi). Dislessia: è la difficoltà acquisita nel corso dello sviluppo a leggere. Dislessia superficiale: è indotta dalla lesione del lobo temporale sinistro, che provoca difficoltà nella lettura globale della parola come un tutto. Dislessia fonologica: è indotta dalla lesione del lobo frontale sinistro, che provoca difficoltà solo nella lettura di parole non familiari (difficoltà operativa a recuperare il suono delle singole lettere e nel mettere insieme i suoni per generare la parola). Dislessia per la forma della parola: difficoltà nella lettura sia globale sia fonetica. I pazienti possono leggere solo le singole lettere senza poi integrarle per produrre la parola. Dislessia diretta: è indotta dalla lesione di aree occipito-temporali. Si legge a voce alta senza comprensione del significato. Dislessia evolutiva: è una condizione ereditaria (oppure causata da fattori pre- o peri-natali) che ostacola lo sviluppo di aree del linguaggio in persone di intelligenza e capacità percettive normali. Vi sarebbe uno sviluppo anormale del sistema magnocellulare del nucleo genicolato laterale e del lobo parietale posteriore. Funzioni residue nei dislessici: senza potere leggere le parole, alcuni pazienti comprendono il significato di parole (non pronunciabili), accoppiano parole e figure; riconoscono parole scritte male. Scrittura: i bambini imparano prima il suono delle parole, poi imparano a ripeterle e pronunciarle, poi imparano a leggerle e poi imparano a scriverle. Lettura e scrittura dipendono quindi dalle capacità di comprensione verbale e di produzione del linguaggio. Scrittura mediante codifica fonologica: per scrivere una parola lunga o non familiare dobbiamo prima ripetere le sillabe a mente. Scrittura mediante codifica visiva dell ortografia: alternativamente alla codifica fonologica, per scrivere una parola non familiare dobbiamo prima visualizzarla come immagine mentale. Disturbi di scrittura: sono spesso associati ai disturbi nella produzione del linguaggio parlato. Agrafia: impossibilità a scrivere le lettere. Disgrafia: difficoltà nella scrittura. Disgrafie dovute al controllo motorio fine: specifici problemi nel controllo della penna per formare maiuscole o minuscole, per formare numeri o lettere, vocali o consonanti. Tali problemi sono dovuti a specifiche lesioni cerebrali che coinvolgono aree visuomotorie. Disgrafia fonologica: i pazienti non riescono a scrivere poiché non riescono a sillabare la parola facendo riferimento al metodo fonetico (immaginare il suono di ogni lettera, il fonema). Essi riescono invece ad immaginarsi visivamente le parole familiari e a scriverle. Disgrafia ortografica: un disturbo della scrittura su base visiva. I pazienti riescono a scrivere sillabando la parole regolari (quelle con una buona corrispondenza tra lettere e suoni; il concetto si riferisce al linguaggio Inglese) ma non quelle irregolari che richiederebbero una visualizzazione visiva. Disgrafia analoga alla dislessia diretta: si scrivono parole di cui non capisce il significato (nella dislessia diretta si riescono a leggere parole di cui non si capisce il significato) Claudio Babiloni, Neurofisiologia

171 Produzione del linguaggio: l area di Broca Area di Broca: è situata nel lobo frontale della corteccia cerebrale e contiene le memorie motorie necessarie per la produzione del linguaggio L articolazione motoria delle parole: richiede anche il coinvolgimento dell area supplementare motoria e dell insula della corteccia cerebrale e di strutture sottocorticali motorie extrapiramidali (cgangli della base, cervelletto) Afasia di Broca): (afasia= grave deficit verbale) la lesione dell area di Broca induce difficoltà grammaticali (regole grammaticali, uso delle desinenze verbali e ordine delle parole), nel nominare gli oggetti e nell articolare le parole Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

172 La comprensione del linguaggio: l area di Wernicke Area di Wernicke: è situata nel lobo temporale (regione posteriore-superiore) della cortecci cerebrale e contiene le memorie uditive necessarie per la comprensione del linguaggio ascoltato La lesione dell area di Werrnicke: induce sordità verbale pura (incapacità di comprendere il linguaggio parlato), con intatte capacità di comprendere il linguaggio letto e di produrre linguaggio scritto e parlato Il fascicolo arcuato: connette l area di Wernicke e quella di Broca L afasia di conduzione: è indotta dalla lesione del fascicolo arcuato che connette le aree di Broca e quella di Wernicke. Si osserva un deficit nella capacità di ripetere il linguaggio ascoltato, senza la capacità di comprenderne il significato Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

173 La comprensione del linguaggio: l area posteriore del linguaggio Area posteriore del linguaggio: circonda l area di Wernicke e la parte posteriore della scissura temporale (di Silvio) vicino alla congiuntura dei lobi temporali, parietali e occipitali. E un area di interscambio tra la rappresentazione uditiva della parola rappresentata nell area di Wernicke e il suo significato immagazzinato come rappresentazioni nella corteccia associativa sensoriale (corteccia cerebrale posteriore) Il significato delle parole: si basa sulle memorie degli oggetti, delle azioni e di altri concetti associati con le parole. Tali memorie sono immagazzinate nelle aree associative e non in quelle del linguaggio. Le rappresentazioni delle parole e dei significati di diverse categorie sono localizzate in regioni diverse della corteccia cerebrale, come evidenziato dai diversi tipi di deficit nel nominare le parole (anomia) Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

174 Attivazione corticale mentre il soggetto pensa ad azioni Positron emission tomography (PET): è una tecnica che permette di visualizzare l aumento di flusso di sangue nelle aree cerebrali che si attivano durante un compito assegnato al soggetto sperimentale (maggiore flusso ematico = maggiore consumo di ossigeno e glucosio = maggiore attività dei neuroni) Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

175 Gravi disturbi nella comprensione del linguaggio L afasia transcorticale sensoriale: è indotta dalla lesione dell area posteriore del linguaggio, che provoca difficoltà nella comprensione del linguaggio ascoltato e causa la produzione di discorsi fluenti privi di significato. La capacità di ripetere senza capire il linguaggio ascoltato è intatta L afasia di Wernicke: è indotta dalla lesione dell area di Wernicke e dell area posteriore del linguaggio..e caratterizzata dalla difficoltà nella comprensione e nella ripetizione del linguaggio ascoltato e dalla produzione di discorsi fluenti privi di significato Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

176 Difficoltà nel nominare gli oggetti, le azioni o gli attributi (anomia, uno dei sintomi delle afasie) Anomia pura: difficoltà a nominare gli oggetti (minori difficoltà nel nominare verbi-azioni), dovuta a lesioni temporali e parietali Anomia delle azioni: difficoltà a nominare le azioni-verbi, dovuta a lesioni dell area frontale di Broca Difficoltà con alcune categorie dei significati delle parole: sono dovute a lesioni specifiche dell area associativa Claudio Babiloni, Neurofisiologia Tabella di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

177 I due tipi di lettura Lettura globale: leggere la parola riconoscendo graficamente l insieme delle lettere (lettura a vista) Lettura fonetica: leggere la parola mediante il riconoscimento e la codifica del suono (fonema) di ogni sua lettera (lettura a suono) Disturbi di lettura (alessia, dislessia): sono associati ai disturbi nella comprensione del linguaggio Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

178 Deficit di lettura: la dislessia superficiale è dovuta all incapacità del riconoscimento globale della parola Alessia pura: è l incapacità di leggere conservando la capacità di scrivere. E provocata dalla lesione alle aree che producono una cecità nel campo visivo destro e che distruggono le fibre del corpo calloso posteriore (unisce le aree parietooccipitali dei due emisferi) Dislessia: è la difficoltà acquisita nel corso dello sviluppo a leggere Dislessia superficiale: è indotta dalla lesione del lobo temporale sinistro, che provoca difficoltà nella lettura globale della parola come un tutto Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

179 Deficit di lettura: la dislessia fononologica è dovuta all incapacità di una lettura fonetica delle parole Dislessia fonologica: è indotta dalla lesione del lobo frontale sinistro, che provoca difficoltà solo nella lettura di parole non familiari (difficoltà operativa a recuperare il suono delle singole lettere e nel mettere insieme i suoni per generare la parola) Dislessia per la forma della parola: difficoltà nella lettura sia globale sia fonetica. I pazienti possono leggere solo le singole lettere senza poi integrarle per produrre la parola Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

180 Difficoltà nella lettura Dislessia diretta: è indotta dalla lesione di aree occipito-temporali. Si legge a voce alta senza comprensione del significato Dislessia evolutiva: è una condizione ereditaria (oppure causata da fattori preo peri-natali) che ostacola lo sviluppo di aree del linguaggio in persone di intelligenza e capacità percettive normali. Vi sarebbe uno sviluppo anormale del sistema magnocellulare del nucleo genicolato laterale e del lobo parietale posteriore Funzioni residue nei dislessici: senza potere leggere le parole, alcuni pazienti comprendono il significato di parole (non pronunciabili), accoppiano parole e figure; riconoscono parole scritte male Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

181 Claudio Babiloni, Neurofisiologia La scrittura Scrittura: i bambini imparano prima il suono delle parole, poi imparano a ripeterle e pronunciarle, poi imparano a leggerle e poi imparano a scriverle. Lettura e scrittura dipendono quindi dalle capacità di comprensione verbale e di produzione del linguaggio Scrittura mediante codifica fonologica: per scrivere una parola lunga o non familiare dobbiamo prima ripetere le sillabe a mente Scrittura mediante codifica visiva dell ortografia: alternativamente alla codifica fonologica, per scrivere una parola non familiare dobbiamo prima visualizzarla come immagine mentale

182 La scrittura giapponese utilizza due forme di caratteri La scrittura giapponese: utilizza due forme di caratteri che codificano l informazione in modo fonetico (Kana) e pittorico nonfonetico (Kanji). In soggetti giapponesi adulti, lesioni che riguardano diversi siti cerebrali possono danneggiano diversamente l abilità di usare il codice Kana e Kanji Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003 Claudio Babiloni, Neurofisiologia Fig di Carlson, Psicologia fisiologica, Piccin, 2003

183 Claudio Babiloni, Neurofisiologia Tipi diversi di disturbi della scrittura (agrafia, disgrafie) Disturbi di scrittura: sono spesso associati ai disturbi nella produzione del linguaggio parlato Agrafia: impossibilità a scrivere le lettere Disgrafia: difficoltà nella scrittura, Ve ne sono di diverso tipo. Disgrafie dovute al controllo motorio fine: specifici problemi nel controllo della penna per formare maiuscole o minuscole, per formare numeri o lettere, vocali o consonanti. Tali problemi sono dovuti a specifiche lesioni cerebrali che coinvolgono aree visuo-motorie Disgrafia fonologica: i pazienti non riescono a scrivere poiché non riescono a sillabare la parola facendo riferimento al metodo fonetico (immaginare il suono di ogni lettera, il fonema). Essi riescono invece ad immaginarsi visivamente le parole familiari e a scriverle Disgrafia ortografica: un disturbo della scrittura su base visiva. I pazienti riescono a scrivere sillabando la parole regolari (quelle con una buona corrispondenza tra lettere e suoni; il concetto si riferisce al linguaggio Inglese) ma non quelle irregolari che richiederebbero una visualizzazione visiva Disgrafia analoga alla dislessia diretta: si scrivono parole di cui non capisce il significato (nella dislessia diretta si riescono a leggere parole di cui non si capisce il significato)

184 AUTOVALUTAZIONE PRODUZIONE DEL LINGUAGGIO: MECCANISMI CEREBRALI Ruolo dell area di Broca nella produzione del linguaggio e afasia di Broca Ruolo dell area di Wernicke nella comprensione del linguaggio Funzione del fascicolo arcuato e caratteristiche dell afasia di conduzione Ruolo dell area posteriore del linguaggio nella comprensione del linguaggio Caratteristica dell afasia trancorticale sensoriale Caratteristiche dell afasia di Wernicke Definizione di anomia LETTURA E DISTURBI DELLA LETTURA Caratteristiche della lettura globale Caratteristiche della lettura fonetica Definizioni di alessia e dislessia Caratteristiche della dislessia superficiale e della dislessia fonologica Caratteristiche della dislessia per la forma della parola Caratteristiche della dislessia diretta Caratteristiche della dislessia evolutiva SCRITTURA E DISTURBI DELLA SCRITTURA Caratteristiche della scrittura mediante codifica fonologica: Caratteristiche della scrittura mediante codifica visiva dell ortografia: Definizioni di agrafia e disgrafia Caratteristiche delle disgrafie dovute al controllo motorio fine Caratteristiche della disgrafia fonologica Caratteristiche della disgrafia ortografica Caratteristiche della disgrafia analoga alla dislessia diretta Claudio Babiloni, Neurofisiologia

185 Insegnamento di Fisiologia 7. PSICOFISIOLOGIA DELLA MUSICA Claudio Babiloni Dipartimento di Fisiologia Umana e Farmacologia Università di Roma La Sapienza