CONTROLLO DEL MOVIMENTO: IL CERVELLETTO

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1 CONTROLLO DEL MOVIMENTO: IL CERVELLETTO Il cervelletto contiene circa il 50% dei neuroni encefalici Il cervelletto non è indispensabile per l elaborazione degli elementi di base delle percezioni e dei movimenti.. MA.. le lesioni cerebellari provocano gravi alterazioni di: equilibrio e tono muscolare precisione spaziale e coordinazione temporale dei movimenti movimenti oculari apprendimento motorio.

2 CERVELLETTO: SUDDIVISIONE IN BASE ALLE AFFERENZE PRINCIPALI Suddivisione filogenetica Suddivisione su base afferente PALEOcerebello SPINOcerebello. CORTICOcerebello NEOcerebello ARCHI cerebello VESTIBOLOcerebello

3 IL CERVELLETTO È IN UNA POSIZIONE UNICA TRA AFFERENZE SENSORIALI E CONNESSIONI RECIPROCHE CON LA CORTECCIA CEREBRALE Aree premotorie progetto motorio copia progetto motorio Corteccia motoria primaria correzione Tronco dell encefalo correzione Cervelletto possibilità di confronto tra progetto e risultato del movimento postura & movimento afferenze propriocettive afferenze vestibolari equilibrio

4 SEZIONE TRASVERSA SCHEMATICA DI UN FOLIUM CEREBELLARE Glomerulo cerebellare Le fibre muscoidi portano input da molte strutture, tranne dall oliva inferiore Le fibre rampicanti portano input dall oliva inferiore (porzione rostrale del bulbo) Gli assoni delle cellule di Purkinje sono l unica uscita dalla corteccia cerebellare e terminano nei nuclei cerebellari profondi (tranne una piccola quota che va direttamente ai nuclei vestibolari).

5 CIRCUITI CEREBELLARI (SEZIONE LUNGO L ASSE LONGITUDINALE DI UN FOLIUM) Nei circuiti della corteccia cerebellare sono presenti anche alcuni tipi di interneuroni: 1. Cellule dei granuli 2. Cellule di Golgi 3. Cellule a canestro 4. Cellule stellate Tutti questi interneuroni direttamente o indirettamente modificano lo stato di eccitazione delle cellule di Purkinje.

6 L OLIVA INFERIORE PROIETTA A TUTTA LA CORTECCIA CEREBELLARE CONTROLATERALE TRAMITE LE FIBRE RAMPICANTI Le afferenze all Oliva inferiore provengono da: Corteccia cerebrale Nuclei vestibolari Nucleo Rosso Midollo spinale Oliva inferiore Tra i neuroni dell Oliva inferiore si trovano molte sinapsi elettriche: attività sincronizzata Fibre rampicanti Una fibra rampicante si connette a poche cellule di Purkinje Una cellula di Purkinje riceve sinapsi da una sola fibra rampicante Le fibre rampicanti hanno scarica basale bassa (1 spike/s), quando aumenta non è mai alta (~ 2 spike/s): essa rispecchia li stato di attività dell oliva inf.

7 TUTTE LE AFFERENZE CEREBELLARI TRANNE QUELLE DALL OLIVA INFERIORE PROIETTANO A REGIONI SPECIFICHE DELLA CORTECCIA CEREBELLARE TRAMITE LE FIBRE MUSCOIDI Le afferenze propriocettive spinali (e anche quelle dalla testa) proiettano alle zone vermiana e intermedia del cervelletto ipsilaterale Le proiezioni dalla Corteccia Cerebrale (con sinapsi nei nuclei del Ponte) arrivano alla pars intermedia e laterale dell emisfero cerebellare controlaterale. M1 PPC

8 LE AFFERENZE VESTIBOLARI PROIETTANO ALLA CORTECCIA CEREBELLARE TRAMITE LE FIBRE MUSCOIDI E TERMINANO PREVALENTEMENTE NEL LOBO FLOCCULONODULARE Le afferenze specifiche al VESTIBOLOCEREBELLO provengono: 1. dai nuclei vestibolari 2. direttamente dai neuroni sensitivi primari del ganglio vestibolare (dalle creste ampollari dei canali semicircolari) (In tutto il cervelletto ci sono anche le afferenze aspecifiche dall oliva inferiore).

9 Glomerulo cerebellare OGNI FIBRA MUSCOIDE FA CONTATTO SINAPTICO ECCITATORIO CON NUMEROSI GRANULI (NELLA REGIONE SPECIFICA ALLA QUALE È DESTINATA) Le fibre muscoidi scaricano a frequenza elevata (20100 spike/s) e fanno contatti eccitatori con i granuli I granuli sono interneuroni eccitatori che portano i loro potenziali d azione verso lo strato superficiale del cervelletto formando le fibre parallele (anche 6 mm di lunghezza), lungo l asse maggiore dei folia, con sinapsi eccitatorie sull alberatura dei neuroni di Purkinje.

10 LE FIBRE MUSCOIDI TRAMITE I GRANULI PROVOCANO SULLE CELLULE DI PURKINJE EPSP E POTENZIALI D AZIONE SEMPLICI Gli spike semplici dovuti all attività delle fibre afferenti muscoidi/fibre parallele dei granuli nascono in seguito a SOMMAZIONE SPAZIALE E TEMPORALE DI PICCOLI EPSP (una cellula di Purkinje riceve sinapsi da circa fibre parallele, ogni fibra parallela può scaricare anche a 100 spike/s).

11 LE FIBRE RAMPICANTI PROVOCANO SULLE CELLULE DI PURKINJE EPSP PROLUNGATI E POTENZIALI DI AZIONE COMPLESSI Lo spike complesso nasce a freq. 13 Hz per l attività eccitatoria dei numerosi contatti sinaptici di una sola fibra rampicante Prolungato EPSP apertura di Ptype calcium channel ingresso di Ca ++ raffica di potenziali d azione di ampiezza via via calante, seguito da IPSP Gli effetti a lunga durata sul potenziale di membrana delle cellule di Purkinje sono forse substrato di processi di apprendimento motorio.

12 ALMENO DUE TIPI DI INTERNEURONI INIBITORI Interneuroni inibitori: cellule di Golgi cellule a canestro Le cellule di Golgi, eccitate da fibre parallele, inibiscono a ritroso i granuli e modulano il segnale prima che arrivi alla cellula di Purkinje: inibizione a feedback Una cellula a canestro, eccitata da una fibra parallela, INIBISCE cellule di Purkinje poste AI LATI del fascio di fibre parallele: inibizione laterale.

13 INIBIZIONE LATERALE NELLO STRATO MOLECOLARE DEL CERVELLETTO Un fascio di fibre parallele può essere sperimentalmente stimolato: si eccita una fila di cellule di Purkinje, mentre gli interneuroni (cellule a canestro) provocano inibizione nelle due file laterali.

14 Esiste anche un sistema di fibre afferenti al cervelletto a proiezione diffusa aminergiche provenienti da ipotalamo, locus coeruleus, nuclei del rafe pontino. Complessivamente i principali neurotrasmettitori nel Cervelletto sono: ECCITATORI INIBITORI TRASMETTITORE CELLULA TRASMETTITORE CELLULA acetilcolina f. muscoidi GABA Cell. Purkinje aspartato f. rampicanti GABA Cell. Golgi glutammato serotonina noradrenalina granuli aminergiche GABA Cell. a canestro

15 TUTTE LE FIBRE AFFERENTI ALLA CORTECCIA CEREBELLARE LASCIANO COLLATERALI CHE ECCITANO ANCHE I NUCLEI CEREBELLARI PROFONDI + corteccia cerebellare (Cellule Purkinje) Sinapsi GABAergica Segnali in uscita: assoni dei neuroni dei nuclei cerebellari Tutti i segnali in ingresso: fibre rampicanti e muscoidi Afferenze periferiche e centrali + nuclei cerebellari Oliva inferiore + Talamo/Corteccia cerebrale Tronco dell encefalo

16 LE EFFERENZE DAL CERVELLETTO PROVENGONO DAI NUCLEI CEREBELLARI Fanno eccezione solo le efferenze dal vestibolocerebello che vanno direttamente ai nuclei vestibolari Il Nucleo del Fastigio proietta (bilateralmente) a: Nuclei Vestibolari Formazione Reticolare del Ponte e del Bulbo Il Nucleo Interposito (n. globoso & n. emboliforme) proietta a: Nucleo Rosso controlaterale (e poi vie rubrospinali dirette al lato opposto) Talamo controlaterale, a cellule nel nucleo VL che proiettano a M1 Il Nucleo Dentato proietta a: Talamo controlaterale, a cellule nel nucleo VL che proiettano alle aree Premotoria e SMA.

17 LE EFFERENZE DAL CERVELLETTO SONO STRUTTURATE IN ACCORDO CON LE AFFERENZE 5 A Cort. Cerebrale Premotoria e SMA: pianificazione movimento Talamo VL 4 A Cort. Cerebrale M1: esecuzione movimento Talamo VL 3 A MS: Controllo muscoli distali n. Rosso 2 A MS: Controllo muscoli assiali n. Vest. e Form. reticolare D IP F verme F IP D cervelletto 1 Ai Nuclei vestibolari: movimenti oculari e mantenimento di equilibrio F = nucleo del Fastigio IP= nucleo Interposito D = nucleo Dentato

18 LE EFFERENZE DAL CERVELLETTO SONO STRUTTURATE IN ACCORDO CON LE AFFERENZE

19 Temporizzazione dell attività di scarica prima e durante il movimento di un polso: le variazioni più precoci nella frequenza di scarica sono quelli nella corteccia motoria e nel nucleo dentato Questi dati però non sono in grado di dimostrare dove è iniziato il comando motorio. In: Fields WS, Willis WD [eds]: Cerebellum in Health and Disease. St. Louis, Warren Green, 1970

20 EFFETTO DI LESIONI CEREBELLARI Localizzazione della lesione: lobulo flocculonodulare disturbi di equilibrio e di marcia, nistagmo oculare regione vermiana alterazioni motorie del tronco regione emisferica alterazioni motorie distali (errori di direzione, forza, velocità e ampiezza del movimento) instabilità, anche a occhi aperti marcia da ubriaco = andatura atassica ipotonia tremore intenzionale dismetria + adiadococinesi Eventuali lesioni unilaterali provocano sintomi ipsilaterali

21 EFFETTI DI LESIONI CEREBELLARI Lesioni al lobo flocculonodulare causano nistagmo oculare e difficoltà di equilibrio e cammino. Lesioni al verme o alla regione intermedia o emisferica causano disturbi motori al tronco e agli arti, rispettivamente; i disturbi motori includono perdita di equilibrio (caduta dal lato affetto), perdita di tono muscolare, perdita di coordinazione motoria: andatura atassica (come quella nell intossicazione da alcool e nella sclerosi multipla) dismetria, incapacità di arrestare il movimento della mano alla posizione voluta tremore intenzionale, quando si richiede al paziente di toccare un bersaglio, soprattutto nella parte finale della traiettoria adiadococinesi, inabilità a compiere ripetute supinazioni e pronazioni della mano scomposizione del movimento nell esecuzione di movimenti complessi disartria con scomposizione della parola.

22 Pianificazione del movimento Cervelletto laterale Area Motoria Supplementare Corteccia parietale posteriore Nuclei Talamici VA/VL Nuclei della Base LE STRUTTURE NERVOSE COINVOLTE NELLA PIANIFICAZIONE DEL MOVIMENTO VOLONTARIO si attivano centinaia di millisecondi prima dell inizio del movimento Corteccia Motoria primaria Cervelletto intermedio Recettori sensoriali S. Reticolare discendente Midollo Spinale movimento I segnali di ritorno, soprattutto propriocettivi, con l intervento del CERVELLETTO, permettono di confrontare gli effetti del MOVIMENTO in atto con il PROGRAMMA MOTORIO, in modo da rendere armonica l esecuzione del movimento.

23 CONTROLLO DEL MOVIMENTO: I NUCLEI DELLA BASE striato basalganglia.html

24 I Nuclei della Base CONTROLLO DEL MOVIMENTO: I NUCLEI DELLA BASE sono nuclei profondi del telencefalo strettamente connessi con alcuni nuclei diencefalici e mesencefalici sono soprattutto implicati nella regolazione dell attività motoria Afferenze: Efferenze: dalla corteccia cerebrale alla corteccia cerebrale prefrontale, premotoria e motoria tramite il talamo (nuclei VL e VA) I nuclei della base Non ricevono afferenze dirette dal midollo spinale Non mandano efferenze dirette al midollo spinale I NUCLEI DELLA BASE FANNO PARTE DI CIRCUITI CHE INIZIANO E FINISCONO NELLA CORTECCIA CEREBRALE

25 NUCLEI DELLA BASE: PROIEZIONI AL TALAMO

26 EFFERENZE TALAMICHE NEL CIRCUITO DEI NUCLEI DELLA BASE Motor & Premotor Cortex

27 SCHEMA DELLA VIA DIRETTA Aree corticali motorie + + Caudato / Putamen GloboPallido Interno Corteccia premotoria e prefrontale Sostanza Nera Reticolata Talamo VA/VL Attività sulla via diretta: rimozione dell inibizione tonica esercitata dal GPi sul Talamo motorio disinibizione = effetto finale eccitatorio sulla corteccia motoria. Midollo Spinale / Tronco encefalico

28 SCHEMA DELLA VIA INDIRETTA Aree corticali motorie + Corteccia premotoria e prefrontale GloboPallido Esterno + Caudato / Putamen Talamo VA/VL Nucleo Subtalamico GloboPallido Interno + Attività sulla via indiretta: disinibizione del Nucleo Subtalamico e disinibizione del GPi inibizione del Talamo motorio = effetto finale inibitorio sulla corteccia cerebrale. Midollo Spinale / Tronco encefalico

29 PARTICOLARITÀ DEI CIRCUITI DEL NUCLEI DELLA BASE Sostanza Nera Compatta GloboPallido Esterno Nucleo Subtalamico Dopamina La Dopamina liberata dai neuroni SN pars compacta stimola i neuroni dello Striato con recettori D1 (via diretta) e inibisce i neuroni dello Striato con recettori D2 (via indiretta). Aree corticali motorie Caudato / Putamen + GloboPallido Interno + Corteccia premotoria e prefrontale + Talamo VA/VL I neuroni dello Striato che proiettano a GPi (via diretta) liberano GABA + sost.p I neuroni dello Striato che proiettano a GPe (via indiretta) liberano GABA + encefalina Midollo Spinale / Tronco encefalico

30 EFFETTI DELLA DEGENERAZIONE DEI NEURONI DOPAMINERGICI Sostanza Nera Compatta GloboPallido Esterno Nucleo Subtalamico Dopamina Aree corticali motorie Caudato / Putamen + GloboPallido Interno + Corteccia premotoria e prefrontale La degenerazione dei neuroni dopaminergici della SN pars compacta fa mancare la stimolazione della via diretta (eccitatoria) e fa mancare il freno sulla via indiretta (inibitoria) Sbilanciamento a favore dell inibizione dell attività motoria. + Talamo VA/VL Midollo Spinale / Tronco encefalico

31 EFFETTI DELLA DEGENERAZIONE DELLA VIA INDIRETTA Sostanza Nera Compatta GloboPallido Esterno Nucleo Subtalamico Dopamina Aree corticali motorie + Caudato / Putamen GloboPallido Interno + Corteccia premotoria e prefrontale + Talamo VA/VL La degenerazione dei neuroni GABAergici (e colinergici) dello Striato che proiettano al Globo Pallido esterno fa mancare tutta l attività della via indiretta (inibitoria) Sbilanciamento a favore di attività motoria incontrollata e movimenti ballistici. Midollo Spinale / Tronco encefalico

32 CONTROLLO DEL MOVIMENTO: NUCLEI DELLA BASE Se la lesione riguarda prevalentemente un nucleo o una via, i sintomi dipendono dal bilancio finale tra connessioni eccitatorie e inibitorie bradicinesia mimica facciale povera rigidità tremore a riposo lento corea (movimenti rapidi) ballismo (mov. violenti e ampi) veloce prevalenza via indiretta prevalenza via diretta (Lesioni unilaterali causano sintomi controlaterali)

33 SEGNI DEL MORBO DI PARKINSON (PREVALENZA VIA INDIRETTA ) Sono danneggiati neuroni della Sostanza Nera che producono dopamina Prevale la via indiretta il repertorio dei movimenti di impoverisce BRADICINESIA MIMICA FACCIALE POVERA SINDROME DEL FREEZING RIGIDITA MUSCOLARE TREMORE A RIPOSO FLESSIONE DEL TRONCO IN AVANTI (atteggiamento camptocormico).

34 DANNI AI NUCLEI DELLA BASE: PREVALENZA VIA DIRETTA DISTURBI IPERCINETICI ATETOSI Movimenti lenti, aritmici, continui, di media ampiezza, prevalenti alle estremità (mani e piedi), non modificati da postura e movimenti volontari, si accentuano con le emozioni e scompaiono nel sonno COREA movimenti rapidi, di breve durata, ampiezza variabile, improvvisi ed imprevedibili, irregolari ed asimmetrici, associati ad ipotonia e scompaiono nel sonno BALLISMO Movimenti improvvisi, rapidi, aritmici, stereotipati, molto ampi e con notevole energia potenziale, prossimali e a carico di un emilato (emiballismo), prevalenti all arto superiore.