Corso di aggiornamento

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1 Corso di aggiornamento Aspettando le Olimpiadi delle Neuroscienze 2013 I misteri del cervello malato una introduzione teorico-pratica allo studio delle patologie cerebrali In collaborazione con l Università degli Studi di Trento, il Centro per la Biologia Integrata (CIBIO), il Centro Mente/Cervello (CIMeC) di Rovereto, la Fondazione Museo Civico di Rovereto, l Università di Trieste, BRAIN, Life Learning Center UNITS e Science Centre Immaginario Scientifico di Trieste.

2 LE MALATTIE CEREBRALI NELLA COMPRENSIONE DEL CERVELLO Piero Paolo Battaglini Centro interdipartimentale BRAIN (Basic Research And Integrative Neuroscience) Università di Trieste

3 Sono stati ritrovati resti di esseri umani PREISTORICI con fori nei crani, risalenti anche a 7000 anni fa. Queste trapanazioni venivano probabilmente realizzate per liberare il soggetto da spiriti maligni, ritenuti le cause di mal di testa o disturbi mentali. I teschi dimostrano che alcune di queste persone sopravvissero agli interventi chirurgici. Cranio Incas Età del bronzo, Grotta dello Scoglietto, Toscana

4 Il Papiro Chirurgico di Edwin Smith (circa 5 metri), scritto nel XVII secolo a.c., contiene i primi riferimenti scritti relativi al cervello. La parola cervello appare otto volte in questo papiro che descrive i sintomi, la diagnosi e la prognosi di due pazienti, feriti alla testa, che presentavano una frattura composta del cranio.

5 Gli antichi egizi ritenevano che il cuore fosse la sede delle emozioni, della intelligenza e del carattere, così da contenere tutti gli aspetti, buoni e cattivi, di una persona. Se il cuore pesa più della piuma, il morto è condannato alla nonesistenza e il suo cuore viene mangiato dal divoratore, un mostro in parte coccodrillo, leone e ippopotamo. FEGATO POLMONI STOMACO INTESTINO spirito del morto cuore piuma Morto Anubis divoratore Thoth

6 Gli antichi egizi ritenevano che il cuore fosse la sede delle emozioni, della intelligenza e del carattere, così da contenere tutti gli aspetti, buoni e cattivi, di una persona. Se il cuore pesa più della piuma, il morto è condannato alla nonesistenza e il suo cuore viene mangiato dal divoratore, un mostro in parte coccodrillo, leone e ippopotamo. spirito del morto cuore piuma Morto Anubis divoratore Thoth

7 Nel primo millennio a.c. gli antichi greci svilupparono diverse credenze sulle funzionalità del cervello. "All'inizio tutte le cose erano insieme; poi venne la mente e le dispose in ordine". (Anassagora) Nel IV secolo a.c. Ippocrate, il padre della medicina occidentale, affermò che il cervello, e non il cuore, è la sede della intelligenza. Ippocrate seguì le affermazioni della scuola pitagorica che, per prima, introdusse l'idea encefalocentrica. La concezione di Ippocrate non fu però accolta da tutti.

8 Durante l impero romano, il medico GALENO ( ) sezionò numerosi cervelli. Attraverso l osservazione delle differenze di struttura e sostanza fra encefalo e cervelletto, concluse che il primo, essendo più tenero, dovesse essere il contenitore delle sensazioni, mentre il secondo, essendo più denso, dovesse controllare i muscoli. Ignoto (~1500) Galeno, inoltre, scoprì che il cervello è cavo a causa della presenza dei ventricoli. Ciò lo portò a concepire il cervello come una specie di pompa che attraeva il pneuma psichico dagli organi di senso nei ventricoli anteriori e da qui lo spingeva nei nervi motori per far contrarre i muscoli. La dottrina pneumo-ventricolare rimase in auge fino alla scoperta della elettricità animale da parte di Galvani ( ) ed alla successiva registrazione dei potenziali elettrici dei nervi.

9 Leonardo da Vinci ( ) Primo disegno dei ventricoli cerebrali... dieci anni dopo: disegno dei ventricoli cerebrali. Calco dopo immissione di cera

10 Anche Cartesio ( ) utilizzò una teoria fluido-meccanica per spiegare il funzionamento del cervello. "Se il fuoco (A) è vicino al piede (B), le particelle del fuoco che, si sa, si muovono molto rapidamente, premono sulle parti della pelle del piede che toccano e, di conseguenza, tirano il piccolo cavo (C) che vi è attaccato, aprendo simultaneamente l'entrata del poro (D, E) dove entra questo piccolo cavo. Una volta che il poro D è aperto, gli spiriti animali che si trovano nella cavità F entrano nel piccolo cavo e arrivano ai muscoli che vengono azionati per allontanare il piede dal fuoco.

11 Immagini settecentesche della corteccia cerebrale: aspetto più pittorico che realistico

12 All inizio dell 800 prese piede, e si mantenne fino ai primi del 900, l ultima, grande, falsa scienza: la frenologia.

13 benevolenza Spiritualità venerazione speranza fermezza coscienziosità imitazione natura umana autoconsiderazione condiscendenza approvazione Paragone sublimità idealismo casualità finalismo località forma continuità cautela gaiezza acquisisegretezza zione distruttività alimentazione amicizia o attaccamento sedentarietà amore paterno e materno peso tempo tono calcolo colore ordine costruttività isolamento erotismo combattività coniugalità Gall. Sur les Functions du Cerveau (1822)

14 Da La Domenica del Corriere del 1931 Nel 1931, negli USA, Lavery e White inventarono lo "psicografo". Si trattava di una macchina costituita da 1954 parti all'interno di una sorta di casco metallico collegato ad un contenitore che poteva stampare dei giudizi su 32 facoltà mentali. Le facoltà erano classificate con un punteggio da 1 a 5 (da "mancante" a "molto alto"). Il punteggio veniva ottenuto dal modo in cui 5 punte delle 32 sonde del casco entravano in contatto con le varie superfici del cranio. Per ogni facoltà la macchina stampava il giudizio corrispondente al punteggio e, alla fine, si otteneva una valutazione personalizzata, dovuta alla grande varietà di combinazioni di giudizi.

15 È ancora attuale!

16 Ma c era anche chi gli esperimenti cercava di farli più sul serio, almeno dal punto di vista della riproducibilità. Eduard Hitzig ( ) era un medico tedesco che lavorava in un ospedale militare. Intorno al 1860 condusse alcuni esperimenti interessanti su alcuni suoi pazienti che avevano perso una parte del cranio in battaglia: stimolò la superficie esposta del cervello con dei fili collegati ad una batteria. Scoprì così che leggere scosse elettriche applicate alla parte posteriore del cervello facevano muovere gli occhi. Hitzig ed un altro medico, Gustav Frisch ( ), stimolarono il cervello di cani vivi. Scoprirono non solo che potevano evocare movimenti diversi, ma anche che regioni diverse controllavano parti diverse del corpo.

17 John Hughlins Jackson ( ) uno scienziato inglese, teorizzò compiutamente le osservazioni di Hitzig e Frisch. Sua moglie era epilettica e lui aveva notato che le convulsioni si evolvevano sempre allo stesso modo: cominciavano in una mano e poi si estendevano al polso, alla spalla, alla faccia fino alla gamba dello stesso lato per poi esaurirsi. Jackson si convinse che gli attacchi erano dovuti a scariche elettriche nel cervello della moglie, che iniziavano in un punto e poi si irradiavano a tutti gli altri. Il cervello era quindi suddiviso in parti diverse ed ognuna controllava una parte diversa del corpo. Poiché la progressione delle crisi epilettiche era sempre la stessa, in tutti i pazienti che ne soffrivano (epilessia Jacksoniana) anche il cervello doveva essere sempre organizzato allo stesso modo.

18 Nel 1861 P. Broca mostrò alla Société d Anthropologie (Parigi) il cervello di un paziente, il sig. Leborne, morto il giorno prima, sei giorni dopo averlo visitato. Il sig. Leborne soffriva di epilessia, emiplegia e, soprattutto, perdita del linguaggio. La lesione corticale era così netta, che la corrispondente regione è stata chiamata area di Broca, successivamente classificata come area 44 da Brodmann.

19 Area di Wernicke (1871)

20 Gordon Holmes ( ) descrisse molti casi di soldati della prima guerra mondiale con ferite cerebrali, associando la sede della lesione al deficit motorio o percettivo da essa detrminato. Il caso illustrato è quello del luogotenente H., che il 5 novembre del 1915 fu ferito da un proiettile. Pochi giorni dopo il ferimento, la sua visione era generalmente buona, ma non era in grado di vedere le 4-5 righe sottostanti ai caratteri che stava leggendo.

21 Primi del '900 Golgi e Cajal: La "teoria del neurone" e le origini della concezione moderna del cervello

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23 1906: Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina

24 Il contemporaneo affinamento delle tecniche istologiche ha consentito la costruzione di mappe molto precise della corteccia cerebrale

25 Korbinian Brodmann ( ): La specifica differenziazione istologica delle aree corticali dimostra in modo inconfutabile la loro specifica differenziazione funzionale

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27 I neurochirurghi dettero, infine, un contributo fondamentale alla conoscenza delle localizzazioni funzionali, adottando le tecniche di registrazione e stimolazione elettrica della corteccia cerebrale da poco messe a punto dai fisiologi. Flessione del pollice LESIONE Sensazioni al dito indice Solco centrale Scissura di Silvio H. Cushing, 1909 Wilder Penfield (~1950) Sensazioni sul dorso della mano Omuncolo sensitivo, secondo Penfield Vennero, così, mappate tutte le aree primarie, sia motorie che sensitive, confermando ed estendendo le conoscenze già acquisite sugli animali

28 Constantin Von Economo, 1925

29 funzioni Constantin Von Economo, 1925

30 Area motoria primaria SCISSURA DI ROLANDO Area somatosensitiva primaria LOBO FRONTALE LOBO PARIETALE Area visiva primaria LOBO OCCIPITALE SCISSURA DI SILVIO Area uditiva primaria LOBO TEMPORALE Vennero definite Primarie tutte quelle aree la cui lesione produceva chiari, stabili e riproducibili deficit nella sfera motoria o in quella sensitiva e la cui stimolazioni dava origine a chiare e riproducibili sensazioni sempre nella stessa modalità o a semplici movimenti, a bassa soglia (utilizzando la minor corrente possibile). Vennero quindi aggiunte altre caratteristiche, quali la presenza di una chiara relazione topografica con la periferia, l appartenenza ad una singola area citoarchitettonica (uniformità strutturale) ed altro ancora.

31 E tutta la restante corteccia? Anche se era già noto che alcune lesioni (frontali o parietali) potevano dare origine a differenti forme di afasia ed altre (prevalentemente temporali) a differenti alterazioni della memoria, le regioni corticali non immediatamente eloquenti vennero etichettate come associative CORTECCIA PARIETALE ASSOCIATIVA CORTECCIA FRONTALE ASSOCIATIVA CORTECCIA OCCIPITALE ASSOCIATIVA CORTECCIA TEMPORALE ASSOCIATIVA L estensione della corteccia associativa è, in realtà, una misura delle dimensioni del buco nero che abbiamo sulla conoscenza del cervello. Fortunatamente, le dimensioni della corteccia associativa sono andate rapidamente diminuendo, negli ultimi 50 anni.

32 LOBO OCCIPITALE

33 LOBO OCCIPITALE

34 LOBO OCCIPITALE

35 LOBO TEMPORALE

36 LOBO TEMPORALE

37 LOBO TEMPORALE

38 LOBO PARIETALE

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40 LOBO PARIETALE

41 LOBO FRONTALE

42 Nel 1868, M. Harlow e H. Bigelow pubblicarono il caso di Phineas Gage, un operaio che ebbe il cranio attraversato da una sbarra di ferro. Gage sopravvisse 12 anni, ma con gravi alterazioni della personalità. Egli è sregolato, irriverente, indulge talvolta nella bestemmia più volgare (che in precedenza non era suo costume), manifestando poco rispetto per i compagni, intollerante verso limitazioni o avvertimenti, quando questi siano in conflitto con i suoi desideri Progetta molti piani per il futuro, che vengono tuttavia abbandonati, in favore di altri piani che sembrano più facilmente attuabili. Harlow, 1868.

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45 LE MALATTIE CEREBRALI NELLA COMPRENSIONE DEL CERVELLO Piero Paolo Battaglini Centro interdipartimentale BRAIN (Basic Research And Integrative Neuroscience) Università di Trieste