Cellule e strutture: Anatomia del sistema nervoso centrale

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1 2 Cellule e strutture: Anatomia del sistema nervoso centrale

2 Il sistema nervoso è composto da cellule Il SN si estende per tutto il corpo La descrizione dell encefalo riguarda sia la struttura che la funzione L encefalo è protetto e nutrito da speciali sistemi di sostegno Le tecniche di neuroimmagine rivelano sia la struttura che la funzione dell encefalo

3 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Neuroni rappresentano le componenti principali del sistema nervoso centrale Cellule gliali supportano i neuroni e partecipano anch esse alla elaborazione dell informazione La dottrina del neurone: L encefalo costituito da cellule indipendenti L informazione viene trasmessa da una cellula all altra attraverso le sinapsi

4 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Neuroni e le (cellule gliali) Dendriti ricevere messaggi da altri neuroni Soma corpo della cellula Assoni trasmette I messaggi in uscita dal soma (POTENZIALI DI AZIONE) Questi terminano nei bottoni terminali che secernono sostanze chimiche (neurotrasmettitori) Guaina mielinica (glia, proteine e grassi) isola gli assoni e aumenta la velocità del potenziale d azione (sclerosi multipla)

5 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Il neurone ha 4 parti: Zona di ricezione (input) riceve le informazioni da altre cellule attraverso I dendriti Zona di integrazione corpo della cellula (o soma) che riceve altre sinapsi (oltre ai dendriti) e integra informazione ricevuta Zona di conduzione gli assoni conducono le informazioni fuori dal soma in forma di impulso elettrico Zona di emissione (output) I terminali assonici(o bottoni sinaptici) comunicano l attività neurale ad altre cellule attraverso le sinapsi

6 2 Il sistema nervoso è composto da cellule I neuroni hanno differenti forme che corrispondono a differenti Motoneuroni (neuroni motori) sono larghi con lunghi assoni per stimolare i muscoli Neuroni sensoriali hanno forme diverse a seconda degli stimoli di input (luce, odore, tatto..) Interneuroni con assoni corti ricevono input e mandano input ad altri neuroni

7 Le dimensioni di alcune strutture nervose, le unità di misura e l ingrandimento utilizzato

8 Le dimensioni di alcune strutture nervose, le unità di misura e l ingrandimento utilizzato

9 2 Il sistema nervoso è composto da cellule A seconda della forma abbiamo tre tipi di neuroni: Neuroni multipolari un assone, molti dendriti; più comune Neuroni bipolari un assone, un dendrita Neuroni unipolari una singola estensione che si dirama in due direzioni, formando uan zona di input ed una di output

10 Tre tipi di neuroni

11 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Il soma e i dendriti ricevono informazioni attraverso le sinapsi Infomazione si trasmette dal neurone presinaptico al neurone postsinaptico Sinapsi hanno tre componenti: Membrana presinaptica parte terminale dell assone del neurone presinaptico Membrana postsinaptica sul dendrite o soma del neurone postsinaptico Fessura sinaptica uno spazio che separa le membrane

12 Sinapsi

13 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Vescicole sinaptiche- piccole sfere nelle terminazioni presinaptiche che contengono un neurotrasmettitore, una particolare sostanza chimica Neurotrasmettitori sono rilasciati in risposta all attività elettrica dell assone (potenziale d azione) I recettori dei neurotrasmettitori sono proteine specializzate che reagiscono a specifici neurotrasmettitori Il concetto di plasticità neuronale si riferisce al continuo rimodellamneto delle connessioni neurali

14 2 Il sistema nervoso è composto da cellule L assone è una regione specializzata nell integrazione e nella trasmissione dell informazione Cono d emergenza dell assone la porzione conica del corpo cellulare di un neurone dalla quale emerge l assone Il cono trasforma l input in segnali elettrici che attraversa l assone e innerva le cellule target Assoni collaterali l assone è un tubicino sottile che presso l estremità getta dei rami collaterali (che portano enzimi e proteine) Trasporto assonico il movimento bidirezionale di sostanze negli assoni

15 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Le cellule gliali assistono attività neuronale fornendo segnali chimici e struttura Due tipologie si annidano attorno all assone per costituore la mielina: Oligodendrociti formano la mielina nel cervello e nella corteccia spinale Cellule di Schwann provvedono alla mielina delle cellule al di fuori di cervello e corteccia spinale Nodi di Ranvier spazi tra sezioni di mielina in cui gli assoni sono esposti Sclerosi multipla una malattia di demielinizzazione

16 Cellule gliali

17 2 Il sistema nervoso è composto da cellule Altri due tipi di cellule gliali dell encefalo svolgono tutta una serie di funzioni diverse Astrociti possiedono prolungamenti tentacolari che si insinuano tra I vari neuroni e li avvolgono. Alcuni prendono contatto con I neuroni altri con i vasi sanguigni così da aumentare apporto sanguigno all encefalo Astrociti inoltre secernono sostanze chimiche che modulano attività nervosa e la formazione di sinapsi Cellule microgliali, o microglia piccole e mobili con il compito di ripulire le zone che hanno avuto un danno, e limitarne estensione Le cellule gliali però non hanno solo compiti benefici: a volte in seguito ad un danno si gonfiano (edema) e questo danneggia i neuroni

18 Cellule gliali

19 Il SN si estende per tutto il corpo Neuroanatomia macroscopica parti del sistema nervoso che sono visibili ad occhio nudo (1) Sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) (2) Sistema nervoso periferico (nervi cranici e nervi spinali)

20 Sistema nervoso centrale e periferico

21 Il SN si estende per tutto il corpo Il SNP è costituito da nervi, o fasci di assoni Nervi motori che trasmettono l informazione dal midollo spinale e dall encefalo ai muscoli e alle ghiandole Nervi sensoriali che portano l informazione dal corpo dal SNC

22 Il SN si estende per tutto il corpo Il SNP ha tre componenti: Nervi del cranio direttamente collegati all encefalo Nervi spinali anche chiamati nervi somatici, collegati al midollo spinale in punti regolarmente intervallati Il Sistema nervoso autonomo composto di nervi che raggiungono gli organi viscerali (interni)

23 Il SN si estende per tutto il corpo Nervi del cranio 12 paia uno a destra e uno a sinistra per ogni paio Emergono dall encefalo e innervano il capo e il collo senza connettersi al midollo spinale Vie sensoriali che partono dal encefalo (tre): o Olfattivi (I) odore o Ottici (II) visione o Vestibolo-cocleare (VIII) udito ed equilibrio

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25 Il SN si estende per tutto il corpo Cinque paia di nervi sono vie motorie che partono dall encefalo Nervi oculomotorii (III) movimenti oculari Trocleari (IV) movimenti oculari Abducenti (VI) movimenti oculari Nervi accessori spinali (XI) muscoli del collo Ipoglossi (XII) lingua

26 Il SN si estende per tutto il corpo Funzioni sia sensoriali che motorie (quattro): o Nervi trigemini (V) tramite alcuni assoni trasmettono sensazioni facciali e tramite altri controllano i muscoli della masticazione o Nervi facciali (VII) controllano muscoli facciali e ricevono sensasioni gustative o glossofaringei (IX) ricevono sensazioni dalla regione faringea e ne controllano i muscoli o I nervi vaghi (X) innervano il cuore, il fegato e intestino

27 Il SN si estende per tutto il corpo Nervi spinali 31 paia Emergono dal midollo spinale attraverso aperture intervallate della colonna vertebrale Ciascun nervo comprende un gruppo di fibre motorie che emergono dalla parte ventrale (anteriore) del MS e un gruppo di fibre sensoriali che emergono dalla parte dorsale (posteriore) del MS: Prendono il nome dal segmento vertebrale a cui sono connessi: o o o o o Cervicali (collo) 8 segmenti Toracici (tronco) 12 segmenti Lombari (parte bassa della schiena) 5 segmenti Sacrali (pelvi) 5 segmenti Coccigei (coccige) 1 segmento

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29 Il SN si estende per tutto il corpo Il Sistema nervoso autonomo il sistema attraverso il quale l encefalo controlla gli organi interni del corpo Autonomo si riferisce al fatto che non abbiamo un controllo conscio e volontario delle sue azioni Due sistemi: Il Sistema nervoso simpatico contiene degli assoni che partono dal MS e innervano i gangli del simpatico, piccoli gruppi di neuroni che si trovano fuori del SNC, disposti in due catene situate ai due lati del MS Le innervazioni del simpatico preparano il corpo all azione la risposta combatti o fuggi

30 Il SN si estende per tutto il corpo Il sistema nervoso parasimpatico o Gli assoni dei nervi parasimpatici emergono nelle regioni del midollo al di sopra e al di sotto dell emergenza dei nervi simpatici o Terminano molto distante nei gangli parasimpatici, che si trovano in prossimità degli organi innervati o L attività parasimpatica aiuta il corpo a rilassarsi, recuperare le energie ed essere quindi pronto ad azioni future la risposta riposa e digerisci o I due sistemi, simpatico e parasimpatico, hanno effetti diversi sugli organi perchè rilasciano differenti neurotrasmettitori

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32 Il SN si estende per tutto il corpo Piani di orientamento del corpo (e l encefalo): Piano sagittale piano che divide il corpo nelle due metà destra e sinistra Piano frontale (o coronale) divide il corpo in una parte anteriore ed una posteriore Piano orizzontale divide il corpo in una parte superiore ed una inferiore

33 Il SN si estende per tutto il corpo Termini usati per indicare diversi orientamenti del cervello: Mediale verso il centro Laterale verso un lato Ipsilaterale stesso lato Controlaterale lato opposto Superiore sopra Inferiore sotto Anteriore o rostrale vertice della testa Posteriore o caudale punta della coda (punta della testa)

34 Il SN si estende per tutto il corpo Prossimale vicino al centro Distale più periferico Dorsale verso o vicino al dorso (la schiena) Ventrale verso o vicino al ventre (la pancia) Per descrivere il passaggio dell informazione: Afferente porta imformazioni verso la regione di interesse Efferente porta l informazione via, lontano dall aerea di interesse

35 I tre piani per osservare corpo ed encefalo

36 Il SN si estende per tutto il corpo IL SNC: Consiste nell encefalo e il midolo spinale Il midollo spinale convoglia nell encefalo l informazione sensoriale proveniente dal corpo e trasporta nei vari distretti del corpo gli ordini motori dell encefalo L encefalo pesa in media 1400 grammi (2% del peso corporeo) è costitiuito da due emisferi cerebrali

37 SVILUPPO PRENATALE del SNC Rapporto peso cerebrale/peso corporeo nell adulto il cervello pesa circa il 2% del peso complessivo

38 Il SN si estende per tutto il corpo Caratteristica dell encefalo è la superficie bitorzoluta e convoluta, effetto del ripiegamento di uno spesso strato di tessuto (la corteccia cerebrale) composto da neuroni e le loro fibre in queso tessuto le parti rilevate sono giri, separate da scanalature detti solchi La parte più cospicua dell encefalo composta dai due emisferi è ciò che di solito chiamiamo cervello La corteccia cerebrale è lo strato più esterno degli emisferi cerebrali ed è la sede delle funzioni cognitive complesse

39 Il SN si estende per tutto il corpo Gli emisferi cerebrali contengono 4 lobi: Frontale la parte più anteriore Parietale tra il frontale e l occipitale Occipitale regione posteriore, elaborazione visiva Temporale regione laterale, elaborazione uditiva e memoria Confini tra i lobi: Scissura di Silvio confine del lobo temporale Solco centrale divide il lobo frontale da quello parietale

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41 * 6

42 Il SN si estende per tutto il corpo I 4 lobi comunicano e cooperano continuamente. Inoltre I due emisferi sono collegati tra loro da centinaia di milioni di assoni che attraversano il corpo calloso Ciò permette un funzionamento unitario dell encefalo durante le elaborazioni complesse Alcune funzioni (ritmo cardiaco, rspirazione, riflessi, equilibrio) si trovano in regioni più caudali dell encefalo Giro Postcentrale una striscia di corteccia parietale, che si trova appena dietro il solco centrale importante per il tatto Giro Precentrale davanti al solco centrale, nel lobo frontale, importante per il controllo motorio e organizzato come una mappa motoria

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44 Il SN si estende per tutto il corpo Due colori del tessuto cerebrale: Materia bianca consiste per lo più di assoni ricoperti da mielina Materia grigia contiene per lo più i corpi delle cellule e i dendriti che non sono coperti da mielina Semplificando si può dire che la materia grigia riceve ed elabora informazioni e la materia bianca trasmette informazioni

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46 2 Il Sistema Nervoso interessa tutto il corpo Suddivisioni dello svilluppo: Tubo neurale sviluppa tre divisioni proencefalo, mesencefalo e romboencefalo Il proencefalo si sviluppa dopo nel telecenfalo (due emisferi cerebrali) e nel diencefalo (talamo e ipotalamo) o Il romboencefalo si sviluppa nel cervelletto, ponte, e midollo allungato o Troncoencefalico ci si riferisce a queste tre strutture e il mesencefalo

47 Sviluppo dell encefalo

48 Suddivisione del sistema nervoso

49 Il SN si estende per tutto il corpo All interno del SNC: Nucleo un insieme di neuroni (esempio il nucleo caudato) Tratti un fascio di assoni che decorre all interno del SNC Fuori dal SNC gruppi di neuroni formano i gangli e fasci di assoni i nervi

50 2 L encefalo in termini strutturali che funzionali I vertebrati hanno una simmetria bilaterale: lato destro e sinistro del nostro corpo sono speculari Anche encefalo e quasi tutte le strutture si presentano in paia Principio importante dell encefalo: un lato controlla la parte del corpo controlaterale (encefalo destro la parte sinistra del corpo, dalla quale riceve anche informazioni sensoriali)

51 2 L encefalo in termini strutturali che funzionali I neuroni della corteccia cerebrale formano 6 strati, ciascuno dei quali contiene distinti pattern di neuroni o processi neuronali Celle piramidali sono i neuroni prevalenti nella corteccia cerebrale o Questi neuroni si trovano prevalentemente negli strati III o V In certe regioni corticali i neuroni sono organizzati in colonne, perpendicolari agli strati o Queste colonne perpendicolati servono da unità di trasmissione dell informazione

52 Strati della corteccia cerebrale

53 2 L encefalo in termini strutturali che funzionali Al di sotto della corteccia si trovano varie strutture formate da materia grigia e connesse tra loro e con altre regioni dell encefalo I gangli della base, importanti nel controllo motorio, che sono costituiti da: Nucleo caudato Putamen Globo pallido

54 2 L encefalo in termini strutturali che funzionali Insinuato tra i gangli della base si trova il sistema limbico (rete estesa e scarsamente definita) coinvolte nella genesi delle emozioni, l apprendimento e la memoria: Amigdala regolazione emotiva e percezione degli odori Ippocampo e fornice apprendimento e memoria Giro del cingolo attenzione Bulbo olfattivo percezione degli odori Ipotalamo gestione di comportamenti caratterizzati da forte motivazione, dal sesso all aggressività, alla regolazione dei sistemi ormonali

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56 2 L encefalo in termini strutturali che funzionali Altre strutture limbiche: Talamo una sorta di vigile urbano dell encefalo indirizza le informazioni sensoriali a regioni appropriate della corteccia e le manda Ipotalamo contiene diversi nuclei con varie funzioni vitali (la fame, la sete, la termoregolazione, il sesso). Controlla l ipofisi e quindi interfaccia tra encefalo e sistemi endocrini.

57 All interno dell encefalo

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59 2 L encefalo sia in termini strutturali che funzionali Sistemi sensoriali del mesencefalo: Collicolo superiore protuberanze rostrali processa informazione visiva Collicolo inferiore protuberanze caudali processa informazione uditiva Insieme dei collicoli sono conosciuti come tetto Sistemi motori del mesencefalo Sostanza nera dal punto di vista funzionale appartiene ai gangli della base (una perdita di questi neuroni, utilizzando come neurotrasmettitore la dopamina, è collegata al morbo di Parkinson) Altri sistemi mesencefalici: Formazione reticolare insieme di neuroni che si estende fino al midollo allungato coinvolta nel sonno, arousal o attivazione, controllo temperatura, controllo motorio

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61 2 L encefalo sia in termini strutturali che funzionali Certe funzioni vitali sono controllate dal tronco encefalico Emisferi del cervelletto attaccato al tronco è cruciale per la coordinazione e il controllo motorio e alcune forme di apprendimento Ponte contiene nuclei sensoriali e motori e dà origine ad alcuni nervi cranici Midollo allungato segna la transizione dall encefalo al midollo spinale. Oltre a contenere tutte le principali fibre sensoriali e motorie provenienti da o dirette a varie parti del corpo, controlla alcune funzioni importanti come la respirazione e il battito cardiaco

62 2 L encefalo è protetto e nutrito da speciali sistemi di sostegno All interno delle teche ossee (cranio e vertebre) encefalo e midollo spinale sono avvolti da tre membrane protettive, le meningi: Dura madre esterna e robusta Pia madre interna e delicata, aderente alla superficie dell encefalo Membrana aracnoidea sta tra le altre due, delicata che sospende l encefalo in un fluido detto fluido cerebrospinale (LCS) L encefalo galleggia in questo liquido acquoso, che attutisce gli urti leggeri. Meningite è una infezione acuta delle meningi Meningioma sono tumori che si formano nelle meningi e anche quando sono benigni sono pericoli perchi crescono nello spazio ristretto della scatola cranica e comprimono encefalo

63 2 L encefalo è protetto e nutrito da speciali sistemi di sostegno Il sistema ventricolare è costituito da una serie di camere comunicanti riempite da LCS Il ventricolo laterale attraversa tutti e 4 i lobi ed è rivestito dal plesso coroideo, una membrana specializzata che secerne il liquido cerebrospinale per filtrazione del sangue. Dal ventricolo laterale il liquido passa al terzo ventriclo e poi al quarto, che si trova tra il cervelletto e il ponte Sotto il cervelletto si trovano tre piccole aperture attraverso le quale il LCS fuoriesce e va a bagnare la superficie esterna dell encefalo e del midollo spinale. Il LCS è poi riassorbito nel sistema circolatorio attraverso ampi vasi venosi che si trovano in superficie, sotto la scatola cranica

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65 Ventricoli cerebrali)

66 2 L encefalo è protetto e nutrito da speciali sistemi di sostegno Accanto al LCS, abbiamo il sangue (altro liquido fondamentale) Il termine generico di ictus (stroke) si riferisce ad un coagulo, un restringimento vasale o una lesione che interrompono il rifornimento di sangue ad una regione dell encefalo causandone la morte Sintomi: 1) Stordimento o debolezza improvvisi 2) Alterazioni della visione 3) Capogiro 4) Forte mal di testa 5) Difficoltà a parlare e confusione

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69 2 L encefalo è protetto e nutrito da speciali sistemi di sostegno Accanto al LCS, abbiamo il sangue (altro liquido fondamentale) Il termine generico di ictus (stroke) si riferisce ad un coagulo, un restrimgimento vasale o una lesione interrompono il rifornimento di sangue ad una regione dell encefalo causandone la morte I vasi piccoli che si staccano dalle arterie principali portano sostanze nutrienti e le loro membrane non si fanno attraversare da grandi molecole (barriera ematoencefalica)

70 Tecniche di neuroimmagine Tomografia assiale computerizzata (TAC o TC ultilizza l energia dei raggi X per generare immagini Fornisce una mappa anatomica del cervello sulla base della densità dei tessuti Principio dei raggi X: la ricostruzione del cervello avviene attraverso un PC che permette di distinguere, a seconda della densità, fra sostanzia bianca, grigia, ossa e liquor cerebrospinale Strutture appaiono bianche quando i raggi vengono attenuati (ossa o lesioni)

71 Tecniche di neuroimmagine Tomografia computerizzata (TC) Lesione traumatica temporale sinistra Demenza senile tipo Alzheimer

72 Tecniche di neuroimmagine Tomografia computerizzata (TC) Tomografia computerizzata. Lesione ipodensa (nera) emisferica destra [fonte: Rode, G., Michel, C., Rossetti, Y., Boisson, D., & Vallar, G. Left size distortion (hyperschematia) after right brain damage. Neurology, 67, , 2006].

73 Tomografia computerizzata Vantaggi: Esame rapido (no anestesia né sedazione) Poco costoso (RMN) Svantaggi Esposizione ai raggi X Non alta definizione immagini Non vede bene cervelletto

74 Tecniche di neuroimmagine Lesione Tomografia computerizzata

75 RMN Risonanza magnetica nucleare Immagini cerebrali sulla base di tre fattori: 1) Emissione di impulsi a radiofrequenze 2) Presenza di un forte campo magnetico 3) Tessuti differenti nel nostro cervello RMN: Spettroscopia Voxel-based morphometry Studi di diffusione e perfusione

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77 Risonanza magnetica nucleare (RMN) Risonanza magnetica nucleare. Immagine T2: lesione ipodensa (bianca) emisferica destra [fonte: Rode et al. 2006]

78 Tomografia a emissione di positroni (PET) Misura il flusso sanguigno e produce un immagine a elevata risoluzione della distribuzione spaziale di un radionuclide (tracciante) precedentemente somministrato al soggetto

79 Tomografia a emissione di positroni (PET) è Viene iniettato nel corpo una certa quantità di liquido marcato con isotopi radioattivi è Misurazione attività metabolica: fornisce quindi informazioni di tipo quantitativo e qualitativo sui processi biochimici e biologici in atto.

80 Risonanza magnetica funzionale

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82 Tecniche di neuroimmagine Attività dell encefalo studiata attraverso il magnetismo: Stimolazione magnetica transcranica Magnetoencefalografia (MEG)

83 Stimolazione magnetica transcranica Nell ambito delle neuroscienze cognitive sono state introdotte nuove tecniche per lo studio della relazione tra cervello e comportamento. Nello specifico, la stimolazione cerebrale ha lo scopo di indurre cambiamenti nell attività corticale, determinando modificazioni nelle risposte comportamentali correlate a specifici processi cognitivi.

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85 Stimolazione magnetica transcranica La TMS prevede la somministrazione sullo scalpo di un impulso magnetico breve e potente attraverso una bobina (coil). L impulso magnetico induce nella superficie corticale al di sotto del coil una corrente elettrica transitoria, che causa la depolarizzazione delle membrane cellulari e la depolarizzazione transinaptica della popolazione di neuroni corticali.

86 Ricerca con TMS e tdcs

87 Magnetoencefalografia Misura i piccolissimi campi magnetici emessi da insiemi di cellule corticali durante specifiche attività comportamentali Più EEG

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