Sistema nervoso parte seconda: 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)
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)
Il sistema nervoso dei vertebrati presenta un alto livello di centralizzazione e di cefalizzazione Sistema nervoso centrale (SNC) Encefalo Midollo spinale Sistema nervoso periferico (SNP) Nervi cranici Gangli Nervi spinali
SNC Sistema Nervoso Centrale Il SNC è costituito dall encefalo e dal midollo spinale. Liquido cerebrospinale Encefalo Meningi Sostanza bianca Sostanza grigia 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
SNC: sostanza bianca/grigia Il SNC è formato da sostanza grigia (corpo dei neuroni) e sostanza bianca (assoni mielinizzati).
Il midollo spinale e i nervi Il midollo spinale porta le informazioni dalla periferia all encefalo attraverso le vie sensoriali ascendenti e trasferisce le risposte mediante le vie motorie discendenti. I nervi spinali collegano il midollo spinale ai recettori sensoriali, ai muscoli e alle ghiandole. 8 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
midollo spinale
Il midollo spinale è composto da una sezione interna di materia grigia (che assomiglia molto alla forma di una farfalla) circondata da materia bianca. Dai corpi cellulari dei neuroni dei corni anteriori della farfalla partono i motoneuroni del SNP. Nei corpi cellulari delle corna posteriori arrivano le fibre dei neuroni sensoriali del SNP.
Il midollo spinale, lungo circa 45 cm nell'adulto e pesa circa 40 g, è costituito da un fascio di nervi che si estende dal cervello, e stabilisce delle connessioni tra questo e SNP. Il midollo spinale è protetto dalle 33 vertebre della spina dorsale lunga 70 cm.
percorsi sensoriali del midollo spinale: 1) percorso sensoriale ascendente trasporta informazioni ricevute da tutto il corpo verso specifici livelli del midollo spinale e successivamente verso l encefalo. L informazione proviene da cellule specializzate, come i sensori nella pelle (che si occupano del tatto, del dolore o dei cambiamenti ambientali) e i sensori che monitorano gli organi interni (ad esempio cuore, polmoni, intestino ecc).
2) percorso senso-motorio discendente Questo percorso controlla sia i muscoli degli organi interni (es. cuore, stomaco, intestino, ecc.) sia i muscoli coinvolti nei movimenti. Il percorso discendente inizia dai nervi localizzati nell encefalo i quali spediscono segnali elettrici al midollo, da qui poi i neuroni trasmettono gli impulsi a parti specifiche del corpo.
3) Il midollo spinale contiene anche parti di circuiti neuronali che sono coinvolti nei riflessi spinali. Questi circuiti coinvolgono messaggi che sono stati ricevuti dai nostri organi di senso, che raggiungono il midollo spinale, e dal quale parte una risposta diretta ai muscoli senza necessariamente che il cervello sia stato coinvolto con una decisione.
I riflessi spinali Il midollo spinale può generare semplici risposte involontarie anche senza coinvolgere l encefalo, come nel caso del riflesso rotuleo o patellare. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 16
encefalo L encefalo è formato da sostanza grigia e sostanza bianca ed è suddiviso in: telencefalo; diencefalo; tronco encefalico; cervelletto.
encefalo
barriera emato-encefalica
Le meningi L encefalo e il midollo spinale sono avvolti da tre membrane di tessuto connettivo, dette meningi: dura madre; aracnoide; pia madre. 21 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
Liquido cefalo-rachidiano o cerebro-spinale
ventricoli
nervi cranici
regioni dell 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.
tubo neurale Durante le prime fasi dello sviluppo embrionale si forma il tubo neurale. Nei vertebrati, durante i primi stadi dello sviluppo embrionale, all estremità anteriore del tubo neurale compaiono tre rigonfiamenti: prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo.
Regioni dell encefalo embionale Regioni presenti nell adulto Prosencefalo Cervello (emisferi cerebrali; comprende la corteccia, la sostanza bianca e i nuclei basali) Diencefalo (talamo, ipotalamo, ipofisi, epifisi) Mesencefalo Mesencefalo (parte del tronco encefalico) Rombencefalo Ponte (parte del tronco) Cervelletto Midollo allungato (parte del tronco encefalico) Mesencefalo Rombencefalo Emisfero cerebrale Diencefalo Mesencefalo Ponte Cervelletto Midollo allungato Prosencefalo Midollo spinale Embrione (un mese) Feto (tre mesi)
encefalo Corteccia cerebrale Cervello Prosencefalo Talamo Ipotalamo Ipofisi Mesencefalo Rombencefalo Ponte Midollo allungato Cervelletto Midollo spinale
strutture encefaliche
tronco encefalico Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato e ponte, e il mesencefalo formano un unità funzionale chiamata complessivamente tronco encefalico.
midollo allungato contiene reti di neuroni che costituiscono il centro di controllo delle funzioni vitali come la respirazione e la pressione sanguigna, frequenza cardiaca, digestione e riflessi complessi.
midollo allungato e ponte
ponte Modulare l attività dei neuroni nei centri superiori del cervello. Connessioni con il cervelletto. Controllo di funzioni come la respirazione.
cervelletto Ruolo centrale nel controllo, memoria e coordinazione spazio-temporale dei movimenti. Comportamenti automatici.
tronco encefalico: mesencefalo Riceve e integra le sensazioni uditive e riflessi visivi (raphe nuclei). Media diverse funzioni tra centri cerebrali superiori ed inferiori (sonno ed attenzione ad esempio).
talamo Il talamo invia alla corteccia cerebrale gli impulsi sensoriali; riceve dalla corteccia cerebrale le risposte motorie. L informazione non viaggia semplicemente in una sola direzione, ma avanti e indietro. Presenta centri importanti nel processo di percezione del dolore e nei processi di costruzione del sé.
ipotalamo L'ipotalamo e' situato alla base del cervello, ha grossomodo le dimensioni di un pisello, ma e' responsabile di aspetti importantissimi del comportamento.
ipotalamo Controlla la temperatura corporea. Controlla la secrezione ormonale (tramite le connessioni con l ipofisi) e l omeostasi. Fame e Sete Ritmi circadiani Emozioni (è parte del sistema limbico)
Telencefalo (cervello)
Il telencefalo Il telencefalo (o cervello) è composto da due emisferi cerebrali, ricoperti dalla corteccia cerebrale e uniti dal corpo calloso. La porzione più antica del telencefalo, in termini evolutivi, viene chiamata sistema limbico. 48 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
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.
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
emisferi cerebrali Gli emisferi cerebrali sono costituiti da una parte centrale, nota come gangli della base, ed un foglio sottile ma esteso di neuroni che costituiscono la materia grigia della corteccia cerebrale.
gangli della base I gangli della base giocano un ruolo di primo piano nella capacità di iniziare e controllare un movimento.
Gangli della Base: nucleo caudato, putamen, globus pallidus, la pars reticulata e quella compacta della substantia nigra ed il nucleo subtalamico.
sistema limbico
corteccia cerebrale Impacchettata nello spazio limitato del cranio, la corteccia cerebrale è accartocciata con pieghe verso l interno e verso l esterno, consentendo di avere una superficie disponibile molto maggiore di quanto altrimenti possibile per il foglio di neuroni che la compone.
La parola "corteccia" e' utilizzata per similitudine con quella degli alberi. Lo spessore della corteccia cerebrale varia da 2 a 6 mm. La parte destra e quella sinistra della corteccia cerebrale sono interconnesse da uno spesso strato di fibre nervose, detto "corpo calloso".
Nei mammiferi superiori, come l'uomo, la corteccia cerebrale ha molte sporgenze e rientranze. Una sporgenza della corteccia cerebrale si chiama giro ed una rientranza si chiama solco. I mammiferi più semplici, come i topi e i conigli, hanno pochissimi giri e solchi.
È suddivisa in un gran numero di aree separate, ciascuna distinguibile in base ad una propria struttura stratiforme e specifiche connessioni. Principali funzioni: Pensiero Movimento volontario Linguaggio Ragionamento Percezione (aree visiva, uditiva ed olfattiva, aree somatosensoriali).
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
corteccia
La corteccia cerebrale La corteccia cerebrale ricopre la superficie degli emisferi, dividendoli in lobi, ed è coinvolta nelle funzioni superiori del sistema nervoso. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 67
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.
regioni specializzate ed aree di associazione Le aree specializzate compiono funzioni specifiche La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è costituita dalle aree di associazione, siti in cui avviene l integrazione tra le diverse informazioni sensoriali e mnemoniche.
lateralizzazione Gli emisferi cerebrali destro e sinistro tendono a specializzarsi a svolgere funzioni differenti. Nella maggior parte delle persone l emisfero sinistro è responsabile del linguaggio e della logica matematica. L emisfero destro responsabile della percezione spaziale, dei volti e nell elaborazione delle emozioni in generale.
lobo temporale Aree associative uditive ed olfattive Corteccia visiva lobo occipitale
lobo parietale Corteccia somatoestetica (somatosensoriale) Interpretazione stimoli complessi (negligenza parietale) Area del Wernicke (comprensione del linguaggio) (emisfero sinistro) Area percettiva del gusto.
lobo frontale Aree associative frontali (pensiero logico, giudizio, astrazione, coscienza) Area di Broca (struttura logica del linguaggio) (emisfero sinistro) Corteccia motoria primaria Area premotoria (neuroni specchio)
Lobo frontale Lobo parietale Area di associazione Frontale (logica, giudizio) Area di associazione somatosensoriale Linguaggio: area di Wernicke Senso logico e comprensione Percezione del gusto Linguaggio: area di Broca Sintassi del linguaggio Percezione dell udito Percezione dell olfatto Area di associazione uditiva Area di associazione visiva Vista Lobo temporale Lobo occipitale
La corteccia motoria e quella somatoestesica primaria La corteccia motoria primaria controlla l attività dei muscoli, mentre la corteccia somatoestesica primaria raccoglie tutte le informazioni tattili e pressorie. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 76
corteccia motoria L area funzionale chiamata corteccia motoria ha soprattutto la funzione di inviare comandi ai muscoli scheletrici, fornendo risposte appropriate agli stimoli sensoriali.
decussazione Le vie nervose che connettono i recettori sensoriali alla corteccia e la corteccia ai muscoli si incrociano da un emisfero all altro. Ciò significa che i movimenti della parte destra del corpo sono controllati dalla parte sinistra della corteccia cerebrale (e vice versa). Sono eccezione le vie nervose della testa.
area somatosensoriale
corpo calloso Le due metà del cervello non lavorano in maniera isolata, poiché la corteccia cerebrale destra e sinistra sono connesse da un largo tratto di fibre detto corpo calloso
sezione mediale
snp
Il sistema nervoso periferico (SNP) Il SNP comprende i nervi e i gangli ed è formato da due componenti funzionalmente diverse: il sistema nervoso somatico costituito da neuroni sensoriali, che trasmettono le informazioni percepite, e da neuroni motori, che producono movimenti volontari; il sistema nervoso autonomo che controlla le funzioni involontarie. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 86
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
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. Il sistema nervoso enterico controlla i movimenti dei processi digestivi.
Il sistema nervoso autonomo (SNA) Il SNA comprende due gruppi di neuroni che costituiscono la divisione ortosimpatica (o semplicemente simpatica) e quella parasimpatica, che hanno azioni contrapposte. 89 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
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. digerisci e rilassati (acetilcolina) L altro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema simpatico, tende a svolgere il compito opposto, preparando il corpo alle attività che consumano energia. combatti o fuggi (noradrenalina)
Il sistema nervoso autonomo: