Modificato in versione stampa da: Il sistema nervoso

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1 Modificato in versione stampa da: Il sistema nervoso

2 Struttura e funzione del sistema nervoso Il sistema nervoso riceve e interpreta gli impulsi sensoriali e trasmette quindi i comandi appropriati Il sistema nervoso è costituito dai neuroni, cellule specializzate costituite da un corpo cellulare (che contiene il nucleo e gli organuli) e da lunghi sottili prolungamenti, chiamati fibre nervose. Il cervello umano contiene circa 100 miliardi di neuroni specializzati nel trasferire segnali da un punto all altro del corpo.

3 Funzione del sistema nervoso Il sistema nervoso svolge tre funzioni strettamente interconnesse: l acquisizione sensoriale, l integrazione e lo stimolo motorio. Recettore sensoriale Acquisizione sensoriale Integrazione Stimolo motorio Encefalo e midollo spinale Effettore Sistema nervoso periferico (SNP) Sistema nervoso centrale (SNC)

4 Tipi di neuroni Alle tre principali funzioni del sistema nervoso, corrispondono i tre tipi funzionali di neuroni: i neuroni sensoriali: trasportano le informazioni dai recettori sensoriali verso il sistema nervoso centrale; gli interneuroni: integrano i dati forniti dai neuroni sensoriali e poi trasmettono segnali appropriati ad altri interneuroni o neuroni motori; i neuroni motori: trasmettono i messaggi provenienti dal sistema centrale alle cellule effettrici.

5 SNC e SNP Tranne alcune eccezioni, il sistema nervoso viene suddiviso in due parti: sistema nervoso centrale (SNC): costituito dall encefalo e, nei vertebrati, dal midollo spinale; sistema nervoso periferico (SNP): formato essenzialmente dalle vie di comunicazione (i nervi) che portano i messaggi verso l interno e verso l esterno del sistema nervoso centrale; il sistema periferico possiede anche i gangli, che raggruppano i corpi cellulari dei neuroni.

6 Arco riflesso Un esempio di funzione del sistema nervoso è rappresentato dal circuito relativamente semplice che produce le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi. 1 Recettore 2 Neurone sensoriale Encefalo Ganglio Muscolo quadricipite Motoneurone 3 4 Midollo spinale Muscoli flessori Nervo SNP Interneurone SNC

7 Struttura dei neuroni I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso La capacità dei neuroni di ricevere e trasmettere impulsi dipende dalla loro struttura. La maggior parte degli organuli del neurone, compreso il nucleo, è localizzata nel corpo cellulare. Dal corpo cellulare si estendono due tipi di prolungamenti, i dendriti (che sono numerosi) e l assone (sempre unico).

8 Struttura di un neurone SEM 3600 Struttura di un neurone motorio mielinizzato: Direzione dell impulso Dendriti Corpo cellulare Assone Corpo cellulare Nodo di Ranvier Strati di mielina che formano la guaina mielinica Nucleo Cellula di Schwann Guaina mielinica Direzione dell impulso Nodo di Ranvier Bottoni sinaptici Nucleo Cellula di Schwann

9 Le sinapsi I neuroni comunicano attraverso le sinapsi La sinapsi elettrica Il passaggio dell informazione da cellula a cellula avviene attraverso le sinapsi, ovvero le regioni di spazio tra una terminazione sinaptica e un altra cellula. Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche. In una sinapsi elettrica l impulso nervoso passa direttamente da un neurone a quello successivo.

10 La sinapsi chimica La sinapsi chimica Nelle sinapsi chimiche è invece presente un breve spazio sinaptico che separa il neurone presinaptico da quello postsinaptico. Il segnale elettrico deve quindi essere prima convertito in un segnale chimico, costituito da molecole di neurotrasmettitori. Il neurotrasmettitore diffonde attraverso la sinapsi e si lega ai recettori presenti sulla membrana della cellula postsinaptica.

11 Sinapsi chimica Schema della sinapsi chimica: Assone del neurone presinaptico Neurone presinaptico Vescicole Terminazione sinaptica 1 Arriva il potenziale d azione 2 La vescicola si fonde con la membrana plasmatica 3 Sinapsi Il neurotrasmettitore viene liberato nello spazio sinaptico Spazio sinaptico Neurone postsinaptico Neurone postsinaptico Canali ionici Molecole di neurotrasmettitore 4 Il neurotrasmettitore si lega al recettore Neurotrasmettitore Recettore Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato Ioni 5 Il canale ionico si apre 6 Il canale ionico si chiude

12 SEM 5500 Sinapsi chimica Le sinapsi chimiche rendono possibile l elaborazione di informazioni complesse Un neurone può ricevere informazioni da centinaia di altri neuroni attraverso migliaia di terminazioni sinaptiche. Dendriti Terminazioni sinaptiche Inibitore Eccitatore Guaina mielinica Assone Corpo cellulare del neurone postsinaptico Terminazioni sinaptiche

13 Neurotrasmettitori eccitatori e inibitori I neurotrasmettitori possono generare potenziali d azione nella cellula postsinapica: tali neurotrasmettittori e le sinapsi in cui essi sono liberati, sono chiamati eccitatori. Viceversa, molti neurotrasmettitori fanno diminuire nella cellula postsinaptica la tendenza a trasmettere l impulso nervoso: tali neurotrasmettitori e le loro sinapsi sono detti inibitori.

14 Neurotrasmettitori Molte piccole molecole svolgono la funzione di neurotrasmettitori Molte molecole svolgono il ruolo di neurotrasmettitore nelle sinapsi chimiche: l acetilcolina; le ammine biogene; gli amminoacidi e i peptidi; l ossido di azoto.

15 Farmaci e sistema nervoso Numerosi farmaci e altre sostanze agiscono a livello delle sinapsi chimiche Molte sostanze psicoattive (tra cui caffeina, nicotina e alcol etilico) influenzano l azione dei neurotrasmettitori nelle sinapsi presenti nel nostro cervello.

16 Organizzazione del sistema nervoso Nel regno animale si sono evoluti diversi tipi di sistema nervoso Gli organismi a simmetria radiale hanno uno dei modelli più semplice di sistema nervoso, costituito da una rete nervosa, ossia da un sistema a reticolo di neuroni che si estende per tutto il corpo. Rete nervosa Neurone Idra (uno cnidario)

17 Organizzazione del sistema nervoso La maggior parte degli animali presenta simmetria bilaterale, con due aspetti evolutivi caratteristici: la cefalizzazione, cioè la concentrazione delle strutture nervose presso l estremità anteriore; la centralizzazione, ossia la presenza di un sistema nervoso centrale separato da quello periferico. Macchia oculare Encefalo Cordone nervoso Encefalo Cordone nervoso ventrale Encefalo Cordone nervoso ventrale Encefalo Assone gigante Nervi periferici Gangli dei segmenti Gangli Planaria (un verme piatto) Sanguisuga (un anellide) Insetto (un artropode) Calamaro (un mollusco)

18 Anatomia SNC Cavità interna del SNC e sezione trasversale del midollo spinale: Encefalo Liquido cerebrospinale Meningi Sostanza grigia Sostanza bianca Ganglio della radice dorsale (parte del SNP) Canale centrale Nervo spiale (che fa parte del sistema nervoso periferico) Ventricoli Canale ependimale del midollo spinale Midollo spinale (sezione trasversale) Midollo spinale

19 Anatomia SNP Il sistema nervoso periferico ha una struttura funzionale gerarchica Il sistema nervoso periferico dei vertebrati può essere suddiviso in due componenti funzionalmente diverse: il sistema nervoso somatico e il sistema nervoso autonomo. Sistema nervoso periferico Sistema somatico (volontario) Sistema autonomo (involontario) Sistema simpatico Sistema parasimpatico Sistema enterico

20 SNP somatico e autonomo Il sistema nervoso somatico trasporta i segnali da e verso i muscoli scheletrici, principalmente in risposta a stimoli esterni. Viene detto volontario perché gran parte delle sue azioni è sotto il controllo della volontà. Il sistema nervoso autonomo regola l ambiente interno, controllando la muscolatura liscia, il miocardio e gli organi dei sistemi digerente, cardiovascolare, escretore ed endocrino. Questo controllo è generalmente di tipo involontario.

21 Sistema parasimpatico e simpatico Gli effetti contrapposti dei neuroni dei sistemi simpatico e parasimpatico regolano l ambiente interno Un gruppo di neuroni, che costituisce il sistema parasimpatico, induce nell organismo le attività legate all acquisizione e alla conservazione dell energia. L altro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema simpatico, tende a svolgere il compito opposto, preparando il corpo alle attività che consumano energia.

22 Sistema parasimpatico e simpatico Il sistema nervoso autonomo:

23 L encefalo umano L encefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori del tubo neurale Regioni dell encefalo embionale Regioni presenti nell adulto Nei vertebrati, durante i primi stadi dello sviluppo embrionale, all estremità anteriore del tubo neurale compaiono tre rigonfiamenti: prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo. Prosencefalo Mesencefalo Rombencefalo Mesencefalo Rombencefalo Prosencefalo Embrione (un mese) Cervello (emisferi cerebrali; comprende la corteccia, la sostanza bianca e i nuclei basali) Diencefalo (talamo, ipotalamo, ipofisi, epifisi) Mesencefalo (parte del tronco encefalico) Ponte (parte del tronco) Midollo allungato (parte del tronco encefalico) Emisfero cerebrale Diencefalo Feto (tre mesi) Cervelletto Mesencefalo Ponte Cervelletto Midollo allungato Midollo spinale

24 L encefalo umano Se confrontato a quello dei pesci, degli anfibi e dei rettili, il cervello degli uccelli e dei mammiferi è molto più grande, rispetto alle altre parti dell encefalo. Un cervello più ampio è direttamente correlato con il comportamento più elaborato che caratterizza uccelli e mammiferi.

25 L encefalo umano La struttura di un supercomputer vivente: l encefalo umano L encefalo umano è più potente di qualsiasi computer. È formato da tre regioni principali che si sono evolute considerevolmente rispetto alle forme originali ancestrali: prosencefalo; mesencefalo; rombencefalo.

26 Tronco encefalico Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato e ponte, e il mesencefalo formano un unità funzionale chiamata complessivamente tronco encefalico. Corteccia cerebrale Prosencefalo Cervello Talamo Ipotalamo Ipofisi Mesencefalo Rombencefalo Ponte Midollo allungato Cervelletto Midollo spinale

27 Principali strutture dell encefalo umano

28 Emisferi cerebrali Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell attività della parte opposta del corpo. Emisfero cerebrale sinistro Emisfero cerebrale destro Corpo calloso Gangli basali

29 Corteccia cerebrale La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni specializzate che interagiscono L intricato circuito neuronale della corteccia cerebrale dà origine alle caratteristiche umane più peculiari: la logica e le capacità matematiche, l abilità linguistica, l immaginazione, il talento artistico e la personalità. Lobo frontale Lobo parietale Area di associazione frontale Area di associazione somatosensoriale Linguaggio Linguaggio Percezione dell olfatto Percezione del gusto Percezione delle parole scritte Percezione dell udito Area di associazione uditiva Area di associazione visiva Vista Lobo temporale Lobo occipitale

30 Aree di associazione L area funzionale chiamata corteccia motoria ha soprattutto la funzione di inviare comandi ai muscoli scheletrici, fornendo risposte appropriate agli stimoli sensoriali. La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è costituita dalle aree di associazione, che sono i siti delle attività mentali più sofisticate, ossia di ciò che noi chiamiamo semplicemente pensiero. Gli emisferi cerebrali destro e sinistro tendono a specializzarsi a svolgere funzioni differenti.

31 Utilità delle lesioni per gli studi Lesioni e interventi chirurgici al cervello forniscono informazioni sulle sue funzioni Gran parte di ciò che sappiamo sul cervello proviene dagli studi effettuati su persone che hanno subito lesioni cerebrali o interventi chirurgici, oppure affette da particolari malattie.

32 Sonno e veglia Diverse parti del cervello regolano il sonno e la veglia L ipotalamo, insieme ad altre regioni dell encefalo, è responsabile del ciclico alternarsi di sonno e veglia. Il ponte e il midollo allungato contengono centri che, se stimolati, inducono il sonno. Il mesencefalo invece contiene un centro dell attenzione. Un altro sistema di neuroni importante nella regolazione del sonno e della veglia è la formazione reticolare.

33 Formazione reticolare La formazione reticolare attraversa il centro del tronco encefalico e riceve informazioni dai recettori sensoriali, le filtra rimuovendo quelle che arrivano costantemente al sistema nervoso, e invia i dati utili alla corteccia cerebrale. Informazioni in uscita verso la corteccia Occhio Formazione reticolare Informazioni provenienti dai recettori del tatto, del dolore e della temperatura Informazioni provenienti dall orecchio

34 Elettroencefalogramma I ricercatori studiano il tipo di attività elettrica del cervello durante la veglia e il sonno mediante una tecnica detta elettroencefalografia: un dispositivo trasforma i segnali elettrici, chiamati onde cerebrali, in un tracciato detto elettroencefalogramma o EEG. Paziente sveglio, a riposo, con gli occhi chiusi (onde alfa) Paziente sveglio, con intensa attività mentale (onde beta) Sonno non-rem (onde delta) Sonno REM Sonno non-rem (onde delta) Paziente addormentato

35 Sistema limbico Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell apprendimento Gran parte delle emozioni, della memoria e dell apprendimento umani dipende dal nostro sistema limbico, un unità funzionale del prosencefalo, costituita da numerosi centri di integrazione e da aree neuronali interconnesse, che include parti del talamo e dell ipotalamo. Ipotalamo Corteccia prefrontale Talamo Cervello Olfatto Bulbo olfattivo Gusto Ippocampo

36 Disturbi neurologici Alterazioni delle funzioni fisiologiche nell encefalo possono causare disturbi neurologici I disturbi neurologici (o malattie del sistema nervoso) hanno un enorme impatto sulla società. Alcuni esempi sono: la schizofrenia, la depressione, la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson.

37 Malattie mentali La schizofrenia è un grave disturbo mentale caratterizzato da episodi psicotici durante i quali il paziente perde la capacità di distinguere la realtà. Tra i sintomi ci sono le allucinazioni, manie, insensibilità, mancanza d iniziativa, facilità alla distrazione e difficoltà nell espressione verbale.

38 Depressione Sono state identificate due forme di depressione: la depressione maggiore e il disturbo bipolare. La depressione maggiore colpisce circa il 5% della popolazione. Il disturbo bipolare interessa circa l 1% della popolazione ed è caratterizzato da drastici cambiamenti dello stato d animo.

39 Farmaci antidepressivi Prescrizioni (milioni) Molte persone depresse presentano uno squilibrio della concentrazione dei neurotrasmettitori (in particolare della serotonina). Alcune medicine sono in grado di correggere tale squilibrio: la classe più comune di farmaci antidepressivi (SSRI) inibisce il riassorbimento della serotonina Anno

40 Malattia di Alzheimer LM 250 La malattia di Alzheimer è una malattia degenerativa del cervello caratterizzata da perdita di memoria e confusione mentale: La sua incidenza nella popolazione varia a seconda dell età. Placca amiloide Matassa neurofibrillare

41 Morbo di Parkinson Il morbo di Parkinson è una malattia caratterizzata da rigidità muscolare, difficoltà a iniziare i movimenti e lentezza nell eseguirli. Questo morbo è progressivo, legato all età del paziente e, in genere, si manifesta dopo i 60 anni.