Struttura e funzione del sistema nervoso

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.  Il sistema nervoso svolge tre funzioni strettamente interconnesse: l’acquisizione sensoriale, l’integrazione e lo stimolo motorio.  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.  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. Un esempio di funzione del sistema nervoso è rappresentato dal circuito relativamente semplice che produce le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi. Da cosa è costituito il sistema nervoso? Il sistema nervoso è costituito da due tipi di cellule:  CELLULE DI SOSTEGNO che proteggono, isolano e sostengono i neuroni. Il neurone possiede un corpo cellulare contenente il nucleo e gli organuli citoplasmatici.  NEURONI (cellule nervose) che sono specializzati nella trasmissione degli impulsi nelle varie parti del corpo CELLULE DI SOSTEGNO  Cellule della glia ( o neuroglia) . Hanno funzione nutritiva e di sostegno per i neuroni. Assicurano l’isolamento dei tessuti nervosi e la protezione da corpi estranei in caso di lesioni.  Cellule di Schwann. Cellule del sistema nervoso periferico e fanno parte della glia. Rivestono gli assoni dei neuroni con uno strato di mielina. I NEURONI (unità funzionale)  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 ricevono il segnale da altri neuroni) e l’assone (sempre unico che trasmette gli impulsi in uscita).  In molti animali gli assoni che trasportano rapidamente gli impulsi sono avvolti per gran parte della loro lunghezza da una sostanza isolante chiamata guaina mielinica.  Nei vertebrati questo materiale ha l’aspetto di una collana costituita da perle di forma allungata: ogni «perla» è una cellula di Schwann.

L’impulso nervoso e la sua trasmissione  La velocità del segnale dipende dalle dimensioni della fibra nervosa, (>diametro>velocità) e dalla presenza della guaina mielinica che ne aumenta la velocità di trasmissione. Vengono raggiunti anche i 100 m/s.  Gli impulsi nervosi si generano attraverso variazioni elettriche che avvengono nelle membrane dei neuroni.  I potenziali d’azione sono sempre uguali indipendentemente dal fatto che lo stimolo che li ha generati sia forte o debole.  È la frequenza dei potenziali d’azione che cambia al variare dell’intensità dello stimolo.  I neuroni comunicano attraverso le sinapsi  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 nervosa.  Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche. La sinapsi elettrica  In una sinapsi elettrica l’impulso nervoso passa direttamente da un neurone a quello successivo.  Vi è quindi un diretto contatto tra le cellule.  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, che può generare un potenziale d’azione nella cellula postsinaptica.  Il neurotrasmettitore diffonde attraverso la sinapsi e si lega ai recettori presenti sulla membrana della cellula postsinaptica.  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.  I neurotrasmettitori che aprono i canali del sodio possono generare potenziali d’azione nella cellula postsinapica: tali neurotrasmettittori e le sinapsi in cui essi sono liberati, sono chiamati eccitatori.  Viceversa, molti neurotrasmettitori aprono i canali di membrana di altri ioni che fanno diminuire nella cellula postsinaptica la tendenza a generare i potenziali d’azione: tali neurotrasmettitori e le loro sinapsi sono detti inibitori.  La membrana di un neurone può ricevere contemporaneamente sia segnali eccitatori sia segnali inibitori.  Se nel loro complesso gli impulsi eccitatori sono abbastanza forti da suscitare nella membrana un potenziale superiore alla soglia, allora nella cellula postsinaptica si genera il potenziale d’azione.  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. Sostanze psicoattive  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.

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.  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.  Il sistema nervoso dei vertebrati presenta un alto livello di centralizzazione e di cefalizzazione  Il sistema nervoso di tutti i vertebrati presenta alcune somiglianze fondamentali come:  la suddivisione in un sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) e periferico;  l’elevato grado di cefalizzazione.  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.  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.  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. L’encefalo umano  L’encefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori del tubo neurale Nei vertebrati, durante i primi stadi dello sviluppo embrionale, all’estremità anteriore del tubo neurale compaiono tre rigonfiamenti: prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo.  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.  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.  Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato e ponte, e il mesencefalo formano un’unità funzionale chiamata complessivamente tronco encefalico.

Principali strutture dell’encefalo umano:

CERVELLO, CERVELLETTO, TALAMO E IPOTALAMO  Il cervelletto, un’altra componente del rombencefalo, è il centro operativo che coordina i movimenti.  Il cervello è la porzione più grande e sofisticata dell’encefalo. I più sofisticati centri di elaborazione nervosa sono quelli che derivano dal prosencefalo: il talamo, l’ipotalamo e il cervello. Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell’attività della parte opposta del corpo.  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.  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. REGOLAZIONE DEL SONNO  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.  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.  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. 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.  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.  La schizofrenia è associata a sottili differenze nella struttura del cervello che si riscontrano nel 40-50% dei casi. Inoltre si rilevano modifiche nella chimica cerebrale durante gli stati psicotici acuti. Gli studi sulle differenze delle attività funzionali nel cervello hanno dimostrato che le differenze sembrano verificarsi più comunemente nei lobi frontali e temporali.E’ stata riportata una riduzione del volume del cervello, inferiore a quella che si

riscontra nella malattia di Alzheimer. Non è chiaro se questi cambiamenti volumetrici siano progressivi o preesistenti nella comparsa della malattia.  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. 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.  La malattia di Alzheimer è una malattia degenerativa del cervello caratterizzata da perdita di memoria e confusione mentale.  Numerosi fattori aumentano il rischio di sviluppare la patologia: l’età avanzata, la storia familiare, traumi cranici, stili di vita e condizioni che comportano problemi ai vasi sanguigni.  La malattia è dovuta a una diffusa distruzione di neuroni, essa è accompagnata da una forte diminuzione di acetilcolina nel cervello (un neurotrasmettitore). La conseguenza di queste modificazioni cerebrali è l'impossibilità per il neurone di trasmettere gli impulsi nervosi, e quindi la morte dello stesso, con conseguente atrofia progressiva del cervello nel suo complesso.  A oggi non esiste una cura per l’Alzheimer: i trattamenti disponibili consentono di alleviare i sintomi e, in alcuni casi, di rallentare la progressione della patologia.  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.  Il morbo di Parkinson è una malattia dovuta alla degenerazione cronica e progressiva che interessa soprattutto un'area ridotta del sistema nervoso centrale, detta sostanza nera o substantia nigra e situata a livello del mesencefalo, in cui viene prodotta la dopamina, un neurotrasmettitore essenziale per il controllo dei movimenti corporei, nella quale svolge un'attività inibitoria.  Nell'organismo si crea perciò uno squilibrio fra i meccanismi inibitori e quelli eccitatori, a favore di questi ultimi. L'innervazione eccitatoria (controllata dall'acetilcolina) prevale su quella inibitoria provocando progressivamente tremore a riposo, ipertonia con rigidità, incapacità al movimento senza riduzione della forza muscolare (acinesia), disturbi della parola e della scrittura, turbe vegetative e spesso sintomi ansioso-depressivi.