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Il sistema nervoso

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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.


Acquisizione sensoriale

Recettore

sensoriale

Effettore

Stimolo motorio

Integrazione

Sistema nervoso

periferico (SNP)

Encefalo e midollo spinale

Sistema nervoso

centrale (SNC)

Il sistema nervoso svolge tre funzioni strettamente

interconnesse: l’acquisizione sensoriale, l’integrazione

e lo stimolo motorio.

Funzione del sistema nervoso


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.

Tipi di neuroni


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.

SNC e SNP


Muscolo

quadricipite

Muscoli

flessori

Encefalo

Midollo

spinale

Nervo

SNP

Ganglio

SNC

Interneurone

4

2 Neurone sensoriale

3Motoneurone

1 Recettore

Un esempio di funzione del sistema nervoso è

rappresentato dal circuito relativamente semplice che

produce le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi.

Arco riflesso


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).

Struttura dei neuroni


Struttura di un neurone motorio mielinizzato:

Cellula di Schwann

Direzione dell’impulsoDendriti

Corpo

cellulare

Nucleo

Assone

Cellula di

Schwann

Direzione dell’impulso

Guaina mielinica

Nodo di Ranvier

Nodo di Ranvier

Nucleo

Bottoni sinaptici

Corpo cellulare

SE

M 3

60

0

Struttura di un neurone

Strati di mielina

che formano

la guaina

mielinica


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.

Le sinapsi


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.

La sinapsi chimica


Neurone presinaptico

Assone del neurone

presinaptico

Neurone

postsinaptico

Spazio sinaptico

Neurone

postsinaptico

Terminazione

sinaptica

Molecole di neurotrasmettitore

Vescicole

Canali ionici

Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato

Ioni

NeurotrasmettitoreRecettore

Sinapsi

Schema della sinapsi chimica:

La vescicola si fonde

con la membrana

plasmatica

23

Il neurotrasmettitore viene liberato nello spazio sinaptico

4

Il neurotrasmettitore si lega al recettore

1

Arriva il potenziale d’azione

5 Il canale ionico si apre 6 Il canale ionico si chiude

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

Guaina

mielinica

Assone

Terminazioni sinaptiche

Inibitore

Corpo cellulare del

neurone postsinaptico

Eccitatore

Terminazioni sinaptiche

SE

M 5

500

Sinapsi chimica


• 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.

Neurotrasmettitori eccitatori e inibitori


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.

Neurotrasmettitori


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.

Farmaci e sistema nervoso


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

Nervi

periferici

Encefalo

Cordone

nervoso

ventrale

Gangli dei

segmenti

Sanguisuga (un anellide)

Cordone

nervoso

ventrale

Gangli

Insetto (un artropode) Calamaro (un mollusco)

Encefalo

Assone

gigante

Planaria (un verme piatto)

Encefalo

Organizzazione del sistema nervoso


Encefalo

Liquido cerebrospinale

Meningi

Sostanza bianca

Sostanza grigia

Ganglio della

radice dorsale

(parte del SNP)

Nervo spiale (che fa

parte del sistema

nervoso periferico) Canale centrale

Midollo spinale

(sezione trasversale)

Ventricoli

Canale ependimale

del midollo spinale

Midollo spinale

Cavità interna del SNC e sezione trasversale del midollo

spinale:

Anatomia SNC


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

Anatomia SNP


• 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.

SNP somatico e autonomo


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.

Sistema parasimpatico e simpatico


Il sistema

nervoso

autonomo:

Sistema parasimpatico e simpatico


L’encefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori

del tubo neurale

L’encefalo umano

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

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

Mesencefalo

Ponte

Cervelletto

Midollo allungato

Midollo spinale

Feto (tre mesi)

Cervelletto


• 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.

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.

L’encefalo umano


Prosencefalo

Mesencefalo

Rombencefalo

Cervello

Talamo

Ipotalamo

Ipofisi

Ponte

Midollo

allungato

Cervelletto

Midollo spinale

Corteccia cerebrale

Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato

e ponte, e il mesencefalo formano un’unità funzionale

chiamata complessivamente tronco encefalico.

Tronco encefalico


Principali strutture dell’encefalo umano


Emisfero

cerebrale sinistro

Emisfero

cerebrale destro

Corpo

calloso

Gangli basali

Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e

sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell’attività della

parte opposta del corpo.

Emisferi cerebrali


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

Lobo occipitaleLobo temporale

Area di associazione

frontale

Area di associazione

somatosensorialeLinguaggio

Percezione del gusto

Percezione

delle parole scritte

Percezione dell’udito

Percezione

dell’olfattoArea di associazione

uditiva

Area di

associazione

visiva

Vista

Linguaggio

Corteccia cerebrale


• 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.

Aree di associazione


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.


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.

Sonno e veglia


Informazioni

provenienti

dall’orecchioOcchio

Formazione reticolare

Informazioni provenienti

dai recettori del tatto, del

dolore e della temperatura

Informazioni in uscita

verso la corteccia

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.

Formazione reticolare


Paziente sveglio, a riposo, con gli occhi chiusi (onde alfa)

Paziente sveglio, con intensa attività mentale (onde beta)

Paziente addormentato

Sonno non-REM (onde delta) Sonno REM Sonno non-REM (onde delta)

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.

Elettroencefalogramma


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.

Olfatto

Bulbo olfattivoGusto Ippocampo

Cervello

Talamo

Ipotalamo

Corteccia prefrontale

Sistema limbico


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.

Malattie mentali


• 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.

Depressione


140

120

100

80

60

40

20

01995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Anno

Pre

scrizio

ni (

mili

on

i)

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.

Farmaci antidepressivi


• 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

LM

25

0

Malattia di Alzheimer


• 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.

Morbo di Parkinson

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