Il sistema nervoso centrale

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1 Il sistema nervoso centrale Encefalo Cervello Cervelletto Tronco encefalico Bulbo Ponte Mesencefalo Midollo spinale

2 Materia grigia: somi neuronali, dendriti, assoni amielinici Corteccia cerebrale (2200 cm 2, volume 600 cm 3, spessore 1,3 4,5 mm, circa 80 miliardi di neuroni) Nuclei Materia bianca: assoni mielinizzati, pochissimi corpi cellulari Fasci Moscerino della frutta (Fruit Fly): 100 mila neuroni Scarafaggio: Un milione di neuroni Topo: 75 milioni di neuroni Gatto: Un miliardo di neuroni Scimpanzè: 7 miliardi di neuroni Elefante: 23 miliardi di neuroni

3 Meningi Dura madre Aracnoide Pia madre Liquido extracellulare Sangue Liquor + liquido interstiziale

4 Nell'encefalo sono presenti quattro ventricoli: due laterali, il terzo e il quarto ventricolo, tutti connessi tra loro e con gli spazi subaracnoidei mediante fori o canali in cui scorre il liquido cefalorachidiano. Il terzo e il quarto ventricolo sono connessi da un canale, l'acquedotto di Silvio. I ventricoli sono rivestiti da ependima e da uno strato gliale subependimale. È prodotto a livello dei plessi corioidei (nei ventricoli cerebrali) e si porta nello spazio subaracnoideo attraverso fori detti del Luschka e del Magendie. È prodotto per dialisi del plasma effettuato da cellule ependimali. La produzione è di tipo attivo (non dipende da pressione arteriosa) e di circa 500 ml al dì con un ricambio di tre volte al giorno. È presente in quantità che variano da 60 a 200 ml

5 Il midollo spinale Regioni Cervicale Dorsale Lombare sacrale Segmenti Nervi spinali Radice sensitiva dorsale Ganglio dorsale Radice motoria - ventrale Materia grigia Corni dorsali nuclei sensitivi Corni ventrali nuclei motori Materia bianca Tratti ascendenti Tratti discendenti

6 Riflessi Reazioni stereotipate dell organismo verso stimoli sensitivi Arco riflesso: circuito completo di neuroni dal recettore periferico al sistema nervoso centrale fino all effettore periferico Il numero dei neuroni centrali di un arco riflesso è sempre superiore a 1 tranne per il riflesso da stiramento monosinaptico

7 Riflesso monosinaptico da stiramento muscolare

8 Tronco encefalico E la parte più antica del SNC Emergenza di 11/12 nervi cranici Fondamentale nella regolazione di funzioni vegetative Bulbo (midollo allungato) Transizione tra midollo spinale e encefalo Fasci ascendenti somatosensoriali Fasci discendenti motori Decussazione 90% Ponte Connessione cervello-cervelletto Controllo della respirazione Mesencefalo Controllo del movimento degli occhi Sostanza reticolare

9 Diencefalo Talamo Stazione di elaborazione delle afferenze sensoriali Ipotalamo Centro dell omeostasi corporea Connessione ipotalamo-neuroipofisi (produzione ADH e ossitocina e loro trasporto alla neuroipofisi) Connessione ipotalamo-adenoipofisi: produzione di RH (releasing hormons) che controllano la produzione di ormoni adenoipofisari ASSE IPOTALAMO-IPOFISARIO Ipofisi Neuroipofisi: secrezione di vasopressina (ADH) e ossitocina prodotti dall ipotalamo Adenoipofisi: secrezione di ormoni Trofici: ACTH, TSH, gonadotropine (FSH e LH) Agenti su cellule bersaglio: GH, prolattina Ghiandola pineale

10 Cervello Emisferi cerebrali Corpo calloso Solchi Circonvoluzioni Materia grigia Corteccia cerebrale Gangli della base Sistema limbico Amigdala Giro cingolato ippocampo Materia bianca

11 Encefalo: aree funzionali Aree sensitive Aree motorie Aree associative Lateralizzazione dominanza emisferica

12 Integrazione delle informazioni sensoriali nel SNC

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14 L'homunculus corticale è una rappresentazione della suddivisione anatomica dell'area somestesica primaria, dove prende il nome di homunculus sensitivo o somestesico o somatosensoriale, e dell'area motoria primaria, dove prende il nome di homunculus motorio La rappresentazione non è la trasposizione diretta delle diverse parti del corpo, ma è somatotopica, cioè l'ampiezza delle diverse porzion i corticali dedicati ai singoli distretti corporei non corrisponde alle dimensioni delle corrispondenti parti periferiche

15 1. Aree sensoriali 2. Aree associative (percezione) 3. Elaborazione informazioni per - controllo movimento - funzioni cognitive Stimolo sensitivo percezione Efferenze SNC - Movimento muscoloscheletrico (aree associative motorie) - Segnali (risposte) neuroendocrini - Neurormoni (ipotalamo, midollare surrene) - Controllo muscolatura liscia e cardiaca (sistema autonomo)

16 Sistema limbico Implicato nell integrazione dell olfatto, della memoria a breve termine e in funzioni che si fanno più complesse man mano che si sale nell albero filogenetico come le emozioni, l umore e il senso di autocoscienza che determinano il comportamento dell individuo Integrazione tra sistema nervoso vegetativo e neuroendocrino

17 Cervelletto formazione grossolanamente ovoidale, dal peso di circa grammi, disposta nella fossa cranica posteriore sotto gli emisferi cerebrali ruolo importante nel controllo dei movimenti il cervelletto umano non inizia il movimento, ma contribuisce al suo coordinamento, alla sua precisione e all'accurata temporizzazione: riceve l'input dai sistemi sensoriali del midollo spinale e da altre zone del cervello e integra questi segnali nell'ottimizzazione dell'attività motoria Un danno cerebellare produce negli esseri umani dei deficit nel movimento fine, nell equilibrio, nella postura e nell'apprendimento motorio.

18 Sistema comportamentale Noradrenergico Formazione reticolare del tronco encefalico Neuroni dei sistemi modulatori diffusi Serotoninergico

19 Dopaminergico Colinergico

20 La noradrenalina è diffusa nel sistema nervoso centrale nel quale controlla le funzioni connesse con l emotività negativa e in quello autonomo. Il principale sistema noradrenergico encefalico origina nel locus coeruleus (LC), una struttura neuronale localizzata nel ponte dorsale e proietta ad aree encefaliche superiori, appartenenti al sistema limbico, con particolare riferimento all amigdala, e alla corteccia. Il LC ha un basso livello di attività spontanea e la sua frequenza di scarica è legata a cambiamenti nei livelli di vigilanza e allerta, essendo molto bassa in situazioni di veglia non attentiva e aumentando negli stati di allerta. L aumento di attività di scarica del LC è drammatico in risposta agli stimoli somatosensoriali, sia periferici che autonomi connessi a condizioni di insicurezza ambientale, e ciò ha notevole importanza nella risposta di paura o allarme. Se uno stimolo è percepito come minaccia, una scarica intensa e prolungata dell LC attiva il sistema simpatico, che rilascia NA dai terminali che innervano cuore, vasi sanguigni e centri respiratori, con cambiamenti fisiologici di attivazione per la risposta acuta allo stress.

21 Laserotonina (5-HT) svolge importanti ruoli nella regolazione dell umore, nel controllo dell appetito, del sonno, dell arousal e del dolore. I principali sistemi serotoninergici dell encefalo sono quelli che prendono origine dal nucleo del rafe nel mesencefalo, nel ponte e nel midollo allungato. Da qui i neuroni proiettano alle strutture superiori che comprendono i gangli della base, diverse strutture limbiche tra le quali l ippocampo, e infine la corteccia. Le terminazioni serotoninergiche forniscono un pattern di innervazione capillare di tutto l encefalo e producono segnali nervosi di tipo inibitorio sugli effetti facilitatori mediati dalla dopamina sull avvio dell attività locomotoria, sull attività esplorativa, sulla risposta alla ricompensa, sull aggressività e sulla reattività emotiva in generale. La serotonina ha un ruolo inibitorio anche sulla reattività agli stimoli, per cui alti livelli di serotonina correlano con bassi livelli di reattività agli stimoli e di facilitazione comportamentale, e al contrario bassi livelli di serotonina sono associati ad iperattività e bassa soglia di facilitazione comportamentale ed emozionale.

22 L Acetilcolina (Ach) è il principale neurotrasmettitore utilizzato dai neuroni efferenti del sistema nervoso centrale, compresi i motoneuroni (somatici), i neuroni pregangliari del sistema nervoso autonomo simpatico e i neuroni pre- e postgangliari del sistema nervoso autonomo parasimpatico. I neuroni colinergici controllano attività corticali e ippocampali connesse con l apprendimento e la memoria, e attività più profonde dipendenti da vie localizzate nel ponte e nel talamo, comprendenti l induzione del sonno REM.

23 Il sistema dopaminergico ha funzioni di facilitazione comportamentale. I principali circuiti dopaminergici identificati nel nostro encefalo originano dalla substantia nigra e nell area tegmentale ventrale (VTA) del mesencefalo. I neuroni dopaminergici della substanzia nigra proiettano allo striato, nella base del telencefalo, in un sistema di controllo della coordinazione dei movimenti volontari (sistema nigrostriatale). Proiezioni dopaminergiche sono state identificate nelle due direzioni fra lo striato e la corteccia frontale (sistema frontostriatale). Questi circuiti completano il controllo della motricità e sono coinvolti nella regolazione di funzioni cognitive e motivazionali. I neuroni dell area tegmentale ventrale proiettano invece a diverse strutture del sistema limbico, che comprendono il nucleo accumbens, l amigdala e l ippocampo (sistema mesolimbico). Il nucleo accumbens ha un ruolo fondamentale nei processi di gratificazione e piacere associati a stimoli appetititvi, rappresentati sia da determinati comportamenti che dall assunzione di sostanze, comprese quelle d abuso. La presentazione di tali stimoli produce un aumento del tono dopaminergico nell accumbens e ciò costituisce l effetto di rinforzo degli stimoli stessi. Un terzo circuito dopaminergico proietta dall area tegmentale ventrale alla corteccia frontale (sistema mesocorticale) controllando funzioni quali la memoria a breve termine e la pianificazione dei movimenti. I circuiti dopaminergici sono coinvolti nel controllo di funzioni fondamentali per il comportamento emozionale, quali l avvicinamento a un obiettivo, le motivazioni, l attenzione, l apprendimento e la gratificazione, ma anche i movimenti volontari e la loro pianificazione.

24 Gli antipsicotici presentano un'azione prevalentemente antidelirante e antiallucinatoria. Vengono impiegati prevalentemente per la terapia della schizofrenia e di altre manifestazioni psicotiche: possono essere somministrati per via orale, intramuscolare o endovenosa: a dosaggi adeguati riducono il delirio, le allucinazioni, le anomalie comportamentali degli psicotici, favorendone il reinserimento sociale. Se assunti da un soggetto non psicotico, non producono uno stato di sedazione quanto piuttosto una estrema indifferenza agli stimoli ambientali e un fortissimo appiattimento emotivo (effetto atarassizzante) I siti d'azione principali dei farmaci antipsicotici sono le vie dopaminergiche, più in particolare quelle che da livello mesencefalico si proiettano verso l'area del pensiero situata nella corteccia. I bersagli sono i recettori della dopamina che vengono inibiti, in particolare è il blocco dei recettori D2 post sinaptici a generare i maggiori effetti terapeutici (gli altri target dopaminergici sono i recettori D1, D3, D4). PSICOSI PARKINSON I sintomi principali della malattia di Parkinson sono il risultato di una attività molto ridotta delle cellule secernenti dopamina, causata dalla morte cellulare nella regione pars compacta della substantia nigra.

25 Alterazioni del comportamento e dell'umore sono più comuni nella malattia di Parkinson rispetto alla popolazione in generale. I problemi più frequenti sono la depressione, l'apatia e l'ansia. Sintomi psicotici, come allucinazioni o deliri, si verificano nel 4% dei pazienti e si presume che la causa principale sia un eccesso di dopamina secondario al trattamento, diventano infatti più comuni con l'aumentare dell'età e con l'assunzione di levodopa. PSICOSI PARKINSON Un uso a lungo termine dei cfarmaci antipsicotici va generalmente a interferire con altre vie dopaminergiche generando così due particolari sindromi, chiamate sindrome neurolettica maligna e sindrome extrapiramidale. Nella prima si verifica la riduzione di movimenti spontanei, con riflessi spinali che rimangono comunque intatti; la seconda determina un quadro sintomatologico simile a quello della malattia di Parkinson, caratterizzato da tremore, bradicinesia e rigidità.

26 Regione Tronco encefalico (bulbo, ponte, mesencefalo) Funzione - Smistamento informazioni tra midollo spinale e encefalo - Smistamento e transito informazioni verso cervelletto - Controllo di funzioni vegetative (pressione arteriose, respirazione, deglutizione - Controllo dei movimenti oculari Cervelletto - Elaborazione informazioni sensoriali - Coordina l esecuzione del movimento Diecefalo (Talamo, ipotalamo, ipofisi, epifisi) Sistema limbico (Giro del cingolo, ippocampo, amigdala) Telencefalo (Emisferi, corpo calloso) - Smistamento e controllo informazioni sensoriali (talamo) - Invio informazioni sensoriali al cervello - Controllo omeostasi, centri fame, sete (ipotalamo) - Controllo sistema autonomo e funzioni endocrine (ipotalamo) - Controllo della produzione di ormoni (ipofisi) - Produzione melatonina (epifisi) - Collegamento funzioni cognitive e risposte emotive - Elaborazione emozioni - Apprendimento e memoria - Integrazione informazioni sensoriali - Integrazione e elaborazione informazioni - Attivazione risposte (segnali efferenti) anche in assenza stimoli esterni (centri decisionali)

27 EEG Elettroencefalogramma Registrazioni dell attività elettrica cerebrale Hans Berger (1929) Tipo di registrazione: bipolare vs. unipolare Ritmo alfa: occhi chiusi, 10Hz Onde beta: apertura occhi, 20 Hz, ampiezza più piccola ritmo DESINCRONIZZATO Onde teta (6 Hz)e onde delta (3 Hz): sonno (oppure veglia nell infanzia)

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29 Sonno Stato di inattività facilmente reversibile con assenza di interazione con l ambiente esterno Veglia: stato EEG disorganizzato, alta frequenza, bassa ampiezza delle onde Riposo a occhi chiusi, sonno, coma: sincronizzazione EEG con onde più alte e meno frequenti Sonno profondo (non-rem): onde delta lente, ampie Sonno REM Pattern EEG simile alla veglia Attività cerebrale NON trasmessa ai muscoli Eccezione: occhi, muscoli respiratori Compare tardivamente nella filogenesi Assente nei pesci e nei rettili Uccelli (1%) Animali predatori hanno più sonno REM (20%) degli animali da preda (5-10%)

30 Stadio 1: È la prima fase dell addormentamento. Se si viene risvegliati allo stadio 1 è probabile che nemmeno ci si renda conto di essersi addormentati. Si registrano scosse ipniche (il classico scalciamento) e si hanno immagini ipnagogiche, che sono esperienze intense e vivide, che hanno come tema solitamente l ultima cosa che si stava pensando prima di addormentarsi. Stadio 2: Dopo alcuni minuti dal primo stadio il sonno diventa più profondo, e è possibile fare brevi sogni Stadio 3: Si ha nella prima fase della notte, è il cosiddetto sonno profondo e l attività onirica è assente o ridotta. Sonno REM: periodicità ogni 90 Durata 20, aumenta con il progredire del sonno Invecchiamento Riduzione durata complessiva sonno Riduzione quota relativa di sonno REM Attività onirica: sonno REM Sonnambulismo: sonno NREM; onde alfa pur se ad occhi aperti; è una forma particolare di veglia con stimoli motori mantenuti ma coscienza esclusa Enuresi: sonno NREM Pavor nocturnus: sonno NREM

31 Perché si dorme? Teoria della pulizia Teoria del recupero Teoria della conservazione dell energia Teoria dell apprendimento

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