RUOLO DEL CERVELLETTO NEL CONTROLLO DEL MOVIMENTO. considerazioni fisiologiche

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1 RUOLO DEL CERVELLETTO NEL CONTROLLO DEL MOVIMENTO considerazioni fisiologiche Prof. Paolo CAVALLARI Cattedra d Fisiologia Umana Dipartimento di Medicina, Chirurgia e Odontoiatria - Polo Didattico San Paolo Università degli Studi di Milano

2 cervelletto: istologia Jan Evangelista Purkyne, Purkinje ( )

3 due numeri sul cervelletto Blinkov SM and Glezer II (1968) The Human Brain in Figures and Tables, New York, Plenum Press g Escalona PR et al (1991) Am J Neuroradiol 12: g Number of Purkinje cells = million Number of synapses made on a Purkinje cell = up to 200,000

4 microstruttura della corteccia cerebellare Folium Molecular layer Purkinje cell layer Folium Granule cell layer White matter

5 microstruttura della corteccia cerebellare tre strati: molecolare Purkinje granulare fibre: rampicanti (olivari) muscoidi (non olivari) parallele uscita: cellule di Purkinje rampicanti muscoidi esterno M P G sostanza bianca

6 fibre afferenti

7 microstruttura della corteccia cerebellare

8 le cellule del cervelletto cellule di Purkinje ogni cellula di Purkinje riceve una fibra rampicante, che può formare fino a 26,000 contatti sinaptici con il suo albero dendritico ogni cellula di Purkinje cell riceve inoltre circa 175,000 contatti sinaptici dalle fibre parallele (nel ratto) ogni fibra parallela prende contatto con numerosissime cellule di Purkinje gli assoni delle cellule di Purkinje costituiscono la principale via efferente del cervelletto, attraverso i nuclei cerebellari.

9 microstruttura della corteccia cerebellare

10 le cellule del cervelletto Le cellule dei granuli sono ecitatorie ed utilizzano glutammato come mediatore sinaptico Sono attivate dalle fibre muscoidi Gli assoni delle cellule dei granuli costituiscono il sistema delle fibre parallele

11 microstruttura della corteccia cerebellare

12 le cellule del cervelletto cellule stellate cellule a canestro localizzate nello strato molecolare le cellule di Golgi sono localizzate nello strato granulare; il loro assone, insieme alle fibre muscoidi e ai dendriti delle cellule dei granuli costituiscono il glomerulo.

13 la circuiteria Parallel fibers Gr G GABA St P GABA B P Climbing fibers Mossy fibers Spinal cord and brain stem Deep cerebellar nuclei B: Basket cells Gr: Granule cells G: Golgi cells P: Purkinje cells St: Stellate cells From inferior olivary nucleus Dendrites Excitatory Inhibitory

14 microstruttura della corteccia cerebellare

15 microstruttura della corteccia cerebellare

16 cellule di Purkinje: spikes semplici e complessi

17 cervelletto: fisiologia

18 funzioni del cervelletto integra varie forme di informazioni sensoriali per rendere armonico ed accurato il movimento volontario modula il comando motorio e controlla velocità e traiettoria di un movimento controlla il tono muscolare, la postura e l equilibrio controlla la produzione verbale è necessario per alcune forme di apprendimento motorio

19 attività dei nuclei cerebellari i neuroni del fastigio sono attivati selettivamente durante la locomozione i neuroni dell interposito scaricano quando la posizione di un arto viene alterata da una forza transiente, per compensare e correggere il movimento l attività neuronale del dentato precede l inizio del movimento ed è attivato dall associazione mentale con stimoli visivi o uditivi

20 effetti di lesioni dei nuclei cerebellari normal lesioned: excessive angulation of shoulder; target overshoot deficits in standing and walking arm tremor during reaching; lack of coordination in the agonist-antagonist muscles deficits in reaching and pinching; decomposition of movement

21 scarica neuronale durante il movimento attivo movimento rapidi in risposta a stimolo visivo inizio del movimento sviluppo del movimento

22 scarica neuronale durante il movimento attivo mantenimento di una posizione costante + disturbo riflesso da stiramento

23 scarica neuronale durante il movimento attivo componente riflessa componente volontaria uomo EMG del m. bicipite scimmia neuroni del dentato

24 effetti di lesioni cerebellari un paziente portatore di una lesione all emisfero cerebellare sinistro è sottoposto ad un test in cui deve allungare due molle, con la mano destra e con la mano sinistra, e manterele stirate la mano destra, lato sano, si muove rapidamente ed accuratamente, mantenendo la molla stirata in modo opportuno la mano sinistra, lato patologico, inizia il movimento con ritardo, si muove lentamente, compie numerosi aggiustamenti, oltrepassa la mira e non riesce a mantenere la molla stirata Time

25 sincronizzazione dell attività degli antagonisti

26 risposte oscillatorie nel movimento volontario mantenimento di una posizione costante + disturbo movimento volontario Villis T and Hore J (1977) J Neurophysiol 40:

27 risposte oscillatorie durante un movimento riflesso riflesso tendineo in un soggetto sano (A) ed in un paziente cerebellare (B)

28 atassia cerebellare (adiadococinesi) scarica tonica a riposo inibizione scarica tonica a riposo inibizione

29 atassia cerebellare (adiadococinesi)

30 movimenti di inseguimento nell atassia cerebellare normale patologico normale patologico

31 atassia da ingestione di alcool

32 cervelletto e controllo posturale A B

33 cervelletto e controllo posturale

34 tennis e cervelletto: coordinazione occhio-mano

35 RC Miall, GZ Reckess, H Imamizu (2001) Nature neuroscience, 4(6): coordinazione occhio-mano

36 coordinazione di più segmenti: mano-piede lesioni agli emisferi lesioni vermiane e paravermiane

37 coordinazione di più segmenti: mano-piede lesioni agli emisferi lesioni vermiane e paravermiane

38 apprendimento di movimenti nuovi

39 apprendimento motorio (correzione di un errore) Martin TA et al (1966a,b) Brain 119: ;

40 apprendimento motorio (correzione di un errore) Martin TA et al (1966a,b) Brain 119: ;

41 apprendimento motorio (correzione di un errore) Martin TA et al (1966a,b) Brain 119: ;

42 apprendimento motorio (regolazione di guadagno)

43 apprendimento motorio (regolazione di guadagno) sopressione VOR flocculo con fissazione can. sem. al buio movimento occhi movimento testa

44 apprendimento motorio (regolazione di guadagno) Optican and Robinson (1980) J Neurophysiol 44(6):

45 vie del riflesso condizionato dell ammiccamento

46 effetto di lesioni cerebellari sul riflesso condizionato

47 attività dell interposito durante il condizionamento disaccoppiati tono accoppiati giorno 1 giorno 2 tono soffio tono soffio soffio 120 trials 120 trials

48 funzioni cognitive studi PET e fmri, nell uomo, hanno dimostrato siti di attivazione del cervelletto dutrante compiti cognitivi adulti e bambini portatori di lesioni confinate al cervelletto soffrono di alterazioni affettive e cognitive (deficit di working memory, disturbi visuospaziali, mutismo, problemi intellettivi) il cervelletto sembrerebbe implicato sia nell autismo che nella schizofrenia

49 funzioni cognitive (discriminazione sensoriale) JH Gao et al. (1996) Science, 272:

50 funzioni cognitive (immaginazione motoria)

51 funzioni cognitive (discriminazione di ritmo e melodia)

52 funzioni cognitive (scale vs. concerto)

53 funzioni cognitive (musica suonata e immaginata)