Nei meandri del cervello

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2 Nei meandri del cervello Il suo funzionamento visto con gli occhi del chimico Stefano Mammi Dipartimento di Scienze Chimiche Università di Padova

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4 Organizzazione del Cervello Lobo Frontale Lobo Parietale Lobo Occipitale Lobo Temporale Cervelletto

5 Il Cervello Umano movimento giudizio ricompensa memoria sensazioni visione coordinazione

6 matematico biologo sociologo chimico medico fisico psicologo, filosofo, etc...

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8 Fisiologia Molecolare Genetica Molecolare Biologia Molecolare Psichiatria Molecolare Medicina Molecolare Patologia Molecolare

9 Primo Principio del Nuovo Quadro Intellettuale per la Psichiatria Tutti i processi mentali, anche i processi psicologici più complessi, derivano da operazioni del cervello. Kandel, ER. A New Intellectual Framework for Psychiatry. Am. J. of Psychiatry: , p Pensieri, Sentimenti, Comportamento Mente/Cervello Circuiti Il chimico conosce le molecole Cellule Membrane Molecole capisce come reagiscono e perché

10 Riconoscimento Molecolare

11 Atomi, ioni e molecole

12 Atomi, ioni e molecole

13 Atomi, ioni e molecole

14 Nei meandri del cervello...

15 Connessione fra neuroni

16 Tipica Disposizione nelle Connessioni Neurali I neuroni comunicano attraverso segnali elettrici I neuroni sono eccitabili Nel corpo cellulare vi è un reticolo endoplasmatico esteso e nucleoli prominenti Sono presenti lunghe appendici o processi: Dendriti (ricevono informazioni) Assoni (trasmettono informazioni); alcuni sono ricoperti di mielina Un insieme di assoni costituisce un NERVO

17 Attraverso la membrana neuronale c è una distribuzione asimmetrica di ioni 2 K + ATP ADP + P 3 Na + i 3 Na + Ca ++ Na + K + K + Cl - Glucose Potenziale di membrana Na +

18 E se ci sono molti ioni che diffondono? Concentrazioni ioniche dentro e fuori la membrana: Dentro Fuori Potenziale all equilibrio Na + 15 mm 150 mm +60 mv K mm 6 mm -90 mv Cl - 9 mm 125 mm -70 mv Ca nm 1.3 mm +130 mv Potenziale di membrana a riposo: -70 mv K + Na + Cl -

19 Potenziale d azione: sua propagazione lungo l assone La mielina agisce da isolante ed inibisce il passaggio di ioni attraverso la membrana che circonda. Propagazione del potenziale d azione

20 I potenziali d azione causano il rilascio di neurotrasmettitori da parte del terminale assonale presinaptico Trasmissione sinaptica

21 L attività del neurotrasmettitore viene interrotta da: diffusione lontano dalla sinapsi, trasporto all interno di cellule (gliali o il neurone presinaptico), o degradazione da parte di enzimi specifici.

22 Il sistema Serotonina La Serotonina (5-HT) è il neurotrasmettitore dei nuclei del rafe. Neocorteccia Gangli della base È implicata nel controllo del sonno e della veglia. Ipotalamo Lobo temporale Nuclei del rafe Talamo Cervelletto

23 Il sistema Dopamina La Dopamina è il neurotrasmettitore della Substantia nigra e dell area tegmentale ventrale. Lobo frontale Striato Substantia nigra Ha un ruolo fondamentale nel Area tegmentale ventrale controllo dei movimenti corporei e nella motivazione e nel rinforzo emozionale.

24 Un Sacco di Chimica!!!! la Serotonina e la Noradrenalina ci fanno sentire eccitati La Dopamina ci fa sentire felici

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26 F 3 C O CH (CH 2 ) 2 -NHCH 3 Fluoxetine Prozac

27 O HN CH 3 HC CH 3 CH 2 O C H2 Ecstasy

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29 Serotonina nella Corteccia Cerebrale Normale 2 Settimane 7 anni dopo Ecstasy dopo Ecstasy

30 Sentirsi bene: il Sistema di Ricompensa della Dopamina

31 La Cocaina aumenta i livelli di DA impedendone la ricaptazione

32 amphetamines opiates THC PCP ketamine Nucleus accumbens alcohol benzodiazepines barbiturates Dopamine Pathways

33 Effetto di Droghe sul Rilascio di Dopamina Accumbens ANFETAMINA DA DOPAC HVA hr Time After Amphetamine % of Basal Release % of Basal Release 100 % of Basal Release % of Basal Release 00 COCAINA Accumbens DA DOPAC HVA hr Time After Cocaine % of Basal Release hr Time After Nicotine NICOTINA Accumbens Caudate % of Basal Release % of Basal Release Di Chiara and Imperato, PNAS, Accumbens ETANOLO Dose (g/kg ip) hr Time After Ethanol

34 MPPP: un eroina sintetica MPPP MPTP O CH 3 O N CH 3 N CH 3 eroina 1-metil-4-fenil- 1-metil-4-fenilpropionossipiperidina 1,2,3,6-tetraidropiridina

35 MPTP N CH 3 MPP + N + CH 3 Effetti dell MPTP HO MPDP + N + CH 3 Dopamina OH + NH3

36 Effetti dell MPTP

37 α-sinucleina, Neuroni Dopaminergici, e Malattia di Parkinson Barnham, Masters and Bush, Nature, 2004

38 α-sinucleina e le sue Molteplici Conformazioni Bisaglia, Trolio, Bellanda, Bergantino, Bubacco, and Mammi, Prot. Sci., 2006 Serpell, Berriman, Jakes, Goedert, and Crowther, PNAS, 2000

39 Come si Formano le Fibrille di α-sinucleina? Bisaglia, Mammi and Bubacco J. Biol. Chem Bisaglia, Trolio, Bellanda, Bergantino, Bubacco, and Mammi, Prot. Sci., 2006

40 Imaging Cerebrale: Anatomia TAC Fotografia PET MRI Source: modified from Posner & Raichle, Images of Mind

41 Principi di Risonanza Magnetica α α Impulso RF Osserv. FT β β

42 moto veloce CSF moto intermedio Materia grigia moto lento Materia bianca MRI

43 La Risonanza Magnetica per Immagini (MRI) e i Tumori

44 MRI e functional-mri (fmri) MRI studia l anatomia cerebrale. Functional-MRI (fmri) studia la funzione cerebrale.

45 Il Primo Esperimento di Brain Imaging e probabilmente anche il più economico! Angelo Mosso fisiologo Italiano ( ) E = mc 2??? [In Mosso s experiments] the subject to be observed lay on a delicately balanced table which could tip downward either at the head or at the foot if the weight of either end were increased. The moment emotional or intellectual activity began in the subject, down went the balance at the head-end, in consequence of the redistribution of blood in his system. -- William James, Principles of Psychology (1890)

46 MRI vs. fmri alta risoluzione (1 mm) MRI fmri bassa risoluzione (~3 mm, ma sta migliorando) un immagine sola fmri Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) il segnale è una misura indiretta dell attività neuronale Tante immagini (e.g., ogni 2 sec per 5 min) attività neuronale ossigeno nel sangue segnale fmri

47 A Riposo Sotto Stimolo Effetto BOLD HbO 2 Hb arteria vena segnale segnale

48 Attivazione del Segnale fmri Stimolo visivo alternato: OFF (60 s) - ON (60 s) Attività cerebrale Fonte: Posner & Raichle, Images of Mind Tempo Fonte: Kwong et al., 1992 fmri

49 Mappatura dell Homunculus Motorio LINGUA LABBRO MANO GOMITO SPALLA ANCA GINOCCHIO CAVIGLIA

50 Generazione di Parole Giochi di Neuroeconomia Previsione di perdita Previsione di guadagno

51 matematico biologo sociologo chimico medico fisico psicologo, filosofo, etc...

52 Riuscirà il cervello umano a comprendere il cervello umano

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