L' organizzazione del cervelloIl cervello e il midollo spinale di tutti i mammiferi sono costituiti damiliardi di neuroni ciascuno dei quali, a sua volta, si connette con migliaiadi altri neuroni. Come è organizzata questa enorme rete tridimensionale?

di Walle J.H. Nauta e Michael Feirtag

C

i sono due possibili vie per affron-tare la neurofisiologia cerebrale.Una consiste nel fare un'affer-

mazione generica: il cervello contiene insé il pensiero, i sentimenti, la volontà,l'apprendimento, nonché lo strano senso,condiviso da tutti gli uomini, che è il sen-so del futuro. A questo punto si contem-pla questo mistero fatto carne. Alcuneparti del cervello, in particolare la cortec-cia cerebrale, sono organizzate in modomeraviglioso; altre colpiscono per la loroapparente confusione. Tuttavia anche lestrutture più ordinate, con i loro neuronie le loro interconnessioni paragonabili acircuiti elettronici, sfuggono alla nostracomprensione.

L'altro modo per affrontare il discorsoè più pedestre. Il cervello, ovviamente, ècostituito da diverse componenti: conappropriate tecniche di colorazione si ri-levano, infatti, masse di neuroni racchiu-se in una specie di feltro costituito dai lo-ro prolungamenti filamentosi. In altreparti, invece, il tessuto è composto preva-lentemente da lunghe fibre nervose - gliassoni - che trasmettono le comunicazio-ni a lunga distanza nel sistema nervoso. Ilprimo tipo di tessuto è rappresentato dal-la sostanza grigia, il secondo dalla so-stanza bianca.

Si sarebbe naturalmente tentati di as-segnare a ogni distretto del sistema unaparticolare funzione, come se si trattassedi una radio. Ma la caratteristica del si-stema nervoso centrale - cervello e midol-lo spinale - è quella di incanalare le infor-mazioni sensoriali in entrata convoglian-dole a una molteplicità di strutture, e difar convergere le informazioni verso ineuroni che innervano e attivano i sistemieffettori del corpo, cioè i muscoli e leghiandole. Il sistema nel suo complesso,perciò, assume proprietà che trascendonoquelle proprie di un semplice insieme dimoduli.

Si consideri la struttura cerebrale notacome nucleo sottotalamico. La sua di-struzione nel cervello umano produce ladisfunzione motoria che ha il nome diemiballismo: il paziente effettua dei mo-vimenti incoercibili unilaterali che, come

dice il termine greco che ha dato il nomealla malattia, imitano la danza. Si po-trebbe credere che la funzione del nucleosottotalamico nel cervello intatto consistanel sopprimere movimenti di questo tipo.Ma, naturalmente, non è così. La condi-zione morbosa descritta rappresenta sola-mente il modo di agire di un sistema ner-voso sbilanciato dall'assenza di un nucleosottotalamico.

Abbiamo portato questo esempio permettere in evidenza le limitazioni intrin-seche a ogni spiegazione del cervello intermini anatomici. Questo è proprio quel-lo che ci accingiamo a fare in questo arti-colo. Ma sorvolare su questo inevitabilemargine di imprecisione non sarebbeonesto.

1D uò essere utile fornire alcune nozio-ni preliminari. Nei primi decenni di

questo secolo George Parker della Uni-versità di Yale effettuava una serie di ri-cerche sull'arco riflesso primitivo. Archidi questo tipo erano stati identificati neivertebrati: si tratta di vie nervose costitui-te da uno o più neuroni attraverso i qualiun eccitamento provocato da uno stimolosensoriale in una parte del corpo può es-sere trasmesso a un tessuto effettore eprodurre così un movimento. Ai tempi diParker si riteneva che gli archi riflessifossero il modello più semplice secondo ilquale la natura aveva organizzato le cel-lule a formare un sistema nervoso; diconseguenza si pensava generalmente cheil sistema nervoso avesse avuto originequando alcuni organismi vennero ad ave-re una cellula, o una catena di cellule, ingrado di mediare fra uno stimolo am-

bientale e una risposta motoria. Un gior-no, era presumibile, sarebbe stato accer-tato che l'evoluzione del sistema nervosoaveva prodotto, in organismi sempre piùcomplessi, un aumento di numero e dicomplessità di tali catene.

L'attenzione di Parker si concentròdapprima sullo strato epiteliale di certipolipi e anemoni di mare in cui si vedevadi tanto in tanto una cellula diversa dallealtre che, opportunamente colorata, ras-somigliava a un neurone. Alla base di talecellula Parker osservò l'inizio di un fila-mento, molto simile a un assone, che sisuddivideva in più rami terminali quandosi avvicinava a una fibra muscolare. Eglinon poté stabilire con sicurezza che le duestrutture entravano in contatto, ma ipo-tizzò che entrassero in qualche modo incomunicazione fra loro. Egli aveva certa-mente ragione, ma la disposizione cheprese in considerazione era molto primiti-va; un circuito di quel tipo potrebbe esse-re definito un sistema nervoso unineuro-nale, in quanto l'intera linea di conduzio-ne è costituita da una sola cellula. Preve-dere cosa farà un sistema nervoso diquesto genere in risposta a uno stimolo èfacile come prevedere cosa farà un cam-panello quando lo si suona. Tuttavia, lacosa più ovvia che si possa dire sul siste-ma nervoso umano è che il comporta-mento con il quale viene corredato l'uo-mo è tutt'altro che prevedibile.

E' chiaro che deve intervenire qualcosaa modificare il meccanismo tipo campa-nello e perciò Parker esaminò la situazio-ne in organismi un po' più complessi. Inalcuni polipi e meduse egli trovò alcunineuroni nello strato epiteliale simili a

Nella microfotografia della pagina a fronte risultano evidenti l'ordine e il disordine nell'organiz-zazione cellulare del cervello. Si tratta di due sezioni di cervello di gatto colorate con due tecniche:la tecnica di Golgi, che evidenzia in nero alcuni neuroni con tutti i loro prolungamenti, e la tecnicadi Nissl che colora in blu tutte le cellule neuronali. (Nella figura nostra il blu è diventato, invece,violetto). La tecnica di Golgi colora solo il 5 per cento o meno dei neuroni, sembra casualmente;se tutti i neuroni fossero colorati il tessuto apparirebbe completamente nero. La microfotografiain alto mostra la circonvoluzione dentata dell'ippocampo. Ogni corpo cellulare del neurone ha laforma di una piramide allungata, allineata con le sue vicine, le cui fibre si estendono su linee pa-rallele. La microfotografia in basso rappresenta la formazione reticolare magnocellulare. I neuro-ni sono organizzati in una rete irregolare. La microfotografia è stata ingrandita 48 volte.

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CORTECCIA CEREBRALE

VENTRICOLO LATERALE

aCOLLICOLO SUPERIORE

ACQUEDOTTO CEREBRALE

b ISOSTANZA GRIGIA CENTRALE

TERZO VENTRICOLOIPPOCAMPO

AMIGDALA

CERVELLETTOSUBSTANTIA NIGRA

MIDOLLO SPINALE

cervello umano è qui tagliato in cinque sezioni e aperto a libro per Le due sezioni riportate nella pagina a fronte sono designate con (a) e

consentire di mettere in relazione l'anatomia esterna con quella interna. (b). In (b) si vede il peduncolo cerebrale sotto la massa del proencefalo.

Due sezioni condotte perpendicolarmente all'asse longitudinale di un cervello umano fissato rive-lano la complessità dell'anatomia interna. Le due sottili sezioni sono state trattate con una tecnicache colora selettivamente in nero il rivestimento mielinico delle fibre nervose: la sostanza biancaappare nera, e la sostanza grigia (costituita prevalentemente dai corpi celiulari dei neuroni) è più omeno al naturale. Gli spazi vuoti indicano i ventricoli: cisterne ripiene di liquido situate nella pro-fondità della struttura. La sezione in alto (a) è stata praticata verso la metà della lunghezza del cer-vello, e comprende la corteccia cerebrale, l'ippocampo e il talamo. La seione in basso (b) è più po-steriore e al di sotto si vede una sezione condotta attraverso il peduncolo cerebrale. Il punto in cuisono state condotte le sezioni e la denominazione delle strutture appaiono nella pagina a fronte,materiale proviene dalla collezione di Paul I. Yakoviev alla facoltà di medicina di Harvard.

quelli che aveva trovato nelle ricercheprecedenti. Sotto l'epitelio, però, egli ri-levò altri neuroni che riuniti insieme for-mavano un plesso ampiamente distribui-to. Il sistema nervoso di questo secondotipo di organismi era perciò più sofistica-to: i neuroni dello strato epiteliale stabili-vano un contatto con una rete sottoepite-liale e le cellule di questa rete si connette-vano, a loro volta, in profondità con iltessuto contrattile. Si potrebbe perciòparlare di un sistema nervoso bineurona-le in cui neuroni sensoriali (in tali orga-nismi semplici si tratta dei neuroni sullasuperficie del corpo che sono in contattodiretto con l'ambiente) comunicano con ineuroni motori (cioè neuroni che entranoin contatto con gli effettori, in questo ca-so cellule contrattili e perciò, in sostanza,fibre muscolari).

Un circuito di tal genere non dà an-ch'esso risposte molto facilmente preve-dibili? Forse no. Si immagini che i neuro-ni motori comunichino fra loro per cui imessaggi che giungono a ciascuno di essicomprendano non solo le informazioniprovenienti dai neuroni sensoriali, maanche quelle provenienti dai neuroni mo-tori vicini. Si immagini inoltre che alcunimessaggi siano eccitatori, cioè che abbas-sino la soglia di eccitazione del neuronemotore di fronte all'arrivo di un altrosegnale, e che altri siano inibitori, cioèche alzino invece la stessa soglia. Ci tro-viamo di fronte a un enigma da risolvere:prevedere ciò che un neurone farà in ri-sposta agli stimoli che riceve sembra ri-dursi a una somma algebrica fra i mes-saggi eccitatori e inibitori che su di essoconvergono.

Eprobabile che la disposizione a dueneuroni permetta alla più dotata

medusa di avere un comportamento me-no prevedibile di quello dell'anemone dimare e di altri organismi forniti di un si-stema nervoso composto da un solo neu-rone. Nel corso dell'evoluzione si è poicompiuto un ulteriore progresso, rileva-bile anch'esso in organismi molto primi-tivi, come altre specie di meduse. In uncerto senso è un progresso definitivo, ilpasso finale, in quanto sia il sistema ner-voso di queste meduse sia quello dell'uo-mo sono costituiti, in sostanza, da tre tipidi neuroni: i neuroni sensitivi non comu-nicano più direttamente con i neuronimotori; fra gli uni e gli altri si è sviluppa-to un sistema di neuroni che sono in gra-do di stabilire un certo numero di connes-sioni non soltanto con i neuroni motorima anche fra di loro.

Certamente questo terzo e ultimo passopotrebbe essere stato compiuto da tuttigli organismi dotati di un plesso nervososubepiteliale. Nella precedente descrizio-ne di un sistema nervoso bineuronale siera presunto che tutte le cellule compo-nenti il plesso in questione fossero moto-neuroni, cioè cellule che innervano tessutieffettori. In realtà, tuttavia, solo alcunedelle molte cellule subepiteliali possonostabilire connessioni di questo tipo. Lealtre devono essere in posizione tale, nelplesso, da poter ricevere impulsi dai neu-

roni sensitivi nell'epitelio e da poterlitrasmettere solo ad altre cellule dello stes-so tipo o a neuroni motori. Né sensitive eneppure motorie, sono cellule che in uncerto modo mediano la trasmissione del-l'impulso dalla via sensitiva a quella mo-toria.

In breve, si tratta di neuroni interme-diari o interneuroni. Sebbene sia un po'difficile identificare un'organizzazionetrineuronale in una rete nervosa diffusa,questa è molto evidente in stadi più avan-zati dell'evoluzione; negli animali piùevoluti di quanto non lo sia una medusa,il plesso nervoso diffuso subepiteliale si èconcentrato o in una sequenza segmenta-ria di gangli (aggregati di neuroni) o in unsingolo sistema nervoso centrale non seg-mentario. Il momento cruciale è rappre-sentato, perciò, dall'avvento della «gran-de rete intermediaria», cioè da una bar-riera di interneuroni che si interpone fra ineuroni sensitivi e i neuroni motori nelcaso delle prime fasi evolutive della vitaanimale.

Sino a che punto si sia spinto oggi losviluppo della grande rete di interneuronilo dimostrano, nel modo migliore, alcunecifre. Per cominciare, quanti neuroni visono nel sistema nervoso centrale dell'uo-mo? Si sente dire spesso che la risposta èdell'ordine di 10 10 . Questa cifra tiene con-to dei neuroni motori e degli interneuro-ni, poiché i veri neuroni sensitivi nonstanno nel sistema nervoso centrale bensìin gangli e situati lungo il cervello e il mi-dollo spinale. La cifra è facile da formu-

lare e da ricordare. Però, vi sono classi dineuroni così piccoli e così fittamente sti-pati che valutarne il numero diviene diffi-cile o impossibile. Si pensi alle cellule gra-nulari, che sono così abbondanti in unasola struttura del cervello umano - il cer-velletto - che la cifra di 10'° per tutto ilsistema nervoso umano diventa poco ve-rosimile. Il totale potrebbe essere facil-mente maggiore di un ordine di grandez-za, e magari di due.

Comunque, ammettiamo per un mo-mento che la cifra di 10 10 sia quella giu-sta. Quante di queste cellule sono moto-rie? Non più di due o tre milioni, cifrasorprendentemente bassa se si pensa chesolo tramite i neuroni motori l'attivitàdel sistema nervoso può trovare espres-sione nel movimento. Inoltre questa ri-sposta fa pensare che un numero incredi-bilmente alto di informazioni deve con-vergere sui neuroni motori; o, in altre pa-role, che un tipico neurone motore debbaformare sinapsi con un numero enormedi assoni provenienti da un numero al-trettanto enorme di neuroni della granderete di interneuroni.

Q i ritiene che sulla superficie di un tipi-co neurone motore del midollo spi-

nale umano si formino circa 10 000 con-tatti sinaptici, 2000 dei quali sul corpocellulare e i rimanenti 8000 sui suoi den-driti (le piccole ramificazioni del corpo,distinte dall'assone). Questo non signifi-ca che 10 000 interneuroni formino con-nessioni sinaptiche con un singolo neuro-

ne motore: gli interneuroni tendono a sta-bilire connessioni sinaptiche multiplequando comunicano con una cellula. Ciònonostante, un neurone motore mediodeve essere collegato con un grandissimonumero di cellule della grande rete di in-terneuroni: la cifra totale di 10 10 implicache per ogni neurone motore debbano es-servi da 3000 a 5000 interneuroni.

Dalle cifre che abbiamo riferito va trat-ta un'ultima conclusione: tutto il cervelloe il midollo spinale non sono altro cheuna grande rete intermediaria, con l'ecce-zione di pochi milioni di neuroni motori.E dal momento che questa rete compren-de il 99,98 per cento di tutti i neuroni checostituiscono il sistema nervoso centrale,il termine finisce per perdere gran partedel suo significato: rimane solo rappre-sentativo di quella complessità cui ci sitrova di fronte quando si vuol cercare dicomprendere il sistema nervoso. La suautilità si limita al fatto che dà chiaramen-te l'idea che la grande maggioranza deineuroni del cervello non sono né mototiné sensitivi.

Un secondo gruppo di considerazionipreliminari concerne l'anatomia macro-scopica del sistema nervoso centrale. Ilcervello e il midollo spinale dì tutti i ver-tebrati si presentano, nelle prime fasi del-la vita embrionale, sotto forma di unsemplice tubo la cui parete ha lo spessoredi un solo strato di cellule. La parte ante-riore di questo tubo neurale, che alla finesarà inclusa nel cranio, mostra tre rigon-fiamenti o vescicole primitive: il rom-

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MESENCEFALO STRIATUM

ROMBENCEFALO SUBSTANTIANIGRA

NUCLEOSOTTOTALAMICO

PONTE

COLLICOLO SUPERIORE IPPOCAMPO CIRCONVOLUZIONE DENTATA

COLLICOLO INFERIORE

CERVELLETTONEOCORTECCIA

BULBOOLFATTIVO

PEDUNCOLOOLFATTIVO

IPOTALAMO

Due tecniche di colorazione rivelano due aspetti complementari dell'or-ganizzazione interna del cersello di ratto. La sezione in alto, condottaimmediatamente a fianco della linea mediana e parallelamente a essa, èstata trattata con la tecnica di Nissl che colora selettivamente i corpi cel-

lulari che qui sono rappresentati da punti. La sezione in mezzo è statatrattata con la tecnica di Lovez, che colora selettivamente le fibre mieli-niche e lascia al naturale i corpi cellulari evidenziando così le vie nervo-se. Nello schema in basso sono indicate le varie strutture anatomiche,

boencefalo, o cervello posteriore, il me-sencefalo, e il proencefalo o cervello an-teriore.

Delle tre vescicole primitive il proence-falo è quello che si dimostrerà più pro-duttivo in termini sia di ulteriore suddivi-sione sia di differenziazione. Il fatto dimaggior rilievo nel suo sviluppo embrio-nale è la formazione di due estroflessionilaterali da cui si svilupperanno i dueemisferi cerebrali; questi, insieme, costi-tuiscono il telencefalo, che in alcune spe-cie è di dimensioni modeste mentre in al-tre è molto voluminoso. Tra i due emisfe-ri si trova la componente centrale, singo-la, del proencefalo, che viene denominatadiencefalo.

Contemporaneamente, dal proencefalosi formano altre due estroflessioni: le ve-scicole ottiche. Anche animali privi dellavista le hanno; ma in quelli dotati di vistale vescicole ottiche si portano verso la su-perficie della testa dove danno originealle due retine, collegate alla base delproencefalo dai loro peduncoli, i nervi ot-tici. Infine, dalla faccia inferiore delproencefalo primitivo si sviluppa una pic-cola estroflessione mediana che si diffe-renzierà in seguito a formare il lobo po-steriore dell' ipofisi.

L'illustrazione in basso a pagina 48mostra l'ulteriore evoluzione di questeformazioni embrionali. Si tratta di unoschema che, più o meno, è valido per tuttii mammiferi, e illustra il sistema nervosocentrale completamente formato deimammiferi con tutte le sue varie suddivi-sioni. A sinistra si vede il midollo spinale,molto accorciato nella figura. Alla suadestra, senza un preciso punto di transi-zione, vi è il romboencefalo, la parte piùdistale del cervello vero e proprio. La for-mazione più dorsale è l'appendice chia-mata cervelletto.

Al di sopra del romboencefalo vi è ilmesencefalo che, nei mammiferi,

comprende due paia di strutture; queste,insieme, costituiscono la lamina quadri-gemina o, più semplicemente, il tetto delmesencefalo. La coppia più distale è co-stituita dai collicoli inferiori; quella piùprossimale dai collicoli superiori. Il me-sencefalo non presenta altre suddivisioni:si tratta, in realtà, di un tratto cerebralepiuttosto breve.

Procedendo in senso posteroanteriore,troviamo ora la parte centrale, singola,del proencefalo, o diencefalo. I suoi dueterzi dorsali costituiscono il talamo. Ilresto è rappresentato dall'ipotalamo. (Unpo' lateralmente all'ipotalamo troviamoil terzo distretto del diencefalo il cui piùimportante gruppo di cellule, il nucleosottotalamico, è stato menzionato all'ini-zio. La sua inclusione nella figura l'a-vrebbe eccessivamente appesantita e per-tanto è stato omesso.) L'ipotalamo è ca-ratterizzato dall'appendice ghiandolarenota come ipofisi. Esso si continua nelsetto, una struttura che, nonostante lasua posizione, appartiene in realtà aldiencefalo.

La parte rimanente del proencefalo ècostituita dal telencefalo, cioè dagli emi-

sferi cerebrali, che rappresentano la mag-gior parte del cervello dei mammiferi; inmolte specie il loro strato superficiale - lacosiddetta corteccia cerebrale - è solcatoda sinuosità chiamate circonvoluzioni eda scissure chiamate solchi. La cortecciacerebrale dei mammiferi può essere sud-divisa in molti distretti. Alla base degliemisferi sporge in avanti una strutturache è composta interamente da corteccia,per quanto essa presenti un'architetturacellulare primitiva. Il rigonfiamento chene costituisce l'estremità anteriore è ilbulbo olfattivo mentre il gambo è il pe-duncolo olfattivo; solo la parte che si tro-va immediatamente al di sotto della re-stante parte dell'emisfero cerebrale costi-tuisce la corteccia olfattiva propriamentedetta. Un secondo grande distretto dellacorteccia cerebrale dei mammiferi si tro-va presso il margine libero della cortecciastessa, dove il mantello corticale si ripie-ga su se stesso per formare una circonvo-luzione composita la cui sezione trasver-sale ricorda un ornamento rococò. Que-sta singolare struttura è nota con il nomedi ippocampo.

Tolte queste strutture, rimane unaquantità di corteccia di straordinariaespansione e complessità strutturale; si ri-tiene che nell'uomo e negli altri primatiessa contenga non meno del 70 per centodi tutti i neuroni del sistema nervoso cen-trale. Questa è la neocorteccia, l'ultimaforma di corteccia che sia comparsa nelcorso dell'evoluzione. Ne siamo debitoria una antica ramificazione; alla fine dellostadio dei rettili una linea evolutiva simodellò sullo schema dei rettili e ne deri-varono gli uccelli, mentre un'altra, più«rivoluzionaria», sviluppò la neocortec-cia, e ne derivarono i mammiferi. Da unpunto di vista strettamente filogenetico,perciò, si potrebbe dire che gli uccelli co-stituiscono il logico punto di arrivo dellosviluppo del cervello, laddove i mammi-feri sono in realtà dei devianti, dal mo-mento che non contano gli uccelli fra i lo-ro antenati. In una delle molte ramifica-zioni evolutive dei mammiferi comparve-ro i primati, ordine in cui la neocortecciaraggiunge il massimo sviluppo. Noi uo-mini ne abbiamo ereditato tutte le conse-guenze comprese, forse, le malattie ner-vose.

Nelle profondità degli emisferi cere-brali dei mammiferi vi sono alcune massedi sostanza grigia. Una di queste è l'amig-dala, situata sotto la corteccia olfattiva.Un'altra è il corpo striato, proprio nelcuore dell'emisfero. Esso, a sua volta, ècostituito da due parti aventi una diversacomposizione cellulare: la prima è chia-mata globo pallido, o pallidum; l'altra,più esterna, è chiamata striatum.

Consideriamo ora i circuiti del sistemanervoso centrale dei mammiferi. Co-

minciamo con l'identificazione dei neuro-ni sensitivi, come quelli che Parker scoprìnello strato epiteliale delle medusa. Neivertebrati, tuttavia, la posizione dei neu-roni sensitivi è molto diversa. Esiste soloun caso in cui un neurone sensitivo di ver-tebrato è allo stesso tempo un recettore

sulla superficie del corpo: si tratta dellecellule epiteliali olfattive situate nella mu-cosa che riveste la cavità nasale, che sonoesposte all'ambiente esterno. Tutti gli al-tri neuroni sensitivi nel corpo dei verte-brati si trovano lontano dalla superficiecorporea, in gangli situati lungo il midol-lo spinale o in gangli analoghi vicino alcervello. (Nei vertebrati il termine gan-glio si riferisce a un agglomerato di neu-roni che si trova al di fuori del sistemanervoso centrale.) Ogni neurone sensitivoha un assone che si divide in due rami:uno penetra nel sistema nervoso centrale,mentre l'altro innerva strutture situate al-la periferia.

Nella figura a pagina 50 si vede una diqueste cellule - chiamiamola neurone sen-sitivo di prim'ordine - che invia nel mi-dollo spinale un assone che conduce in-formazioni su un evento sensoriale soma-tico, per esempio un contatto sulla pelle,un movimento di un'articolazione, o lacontrazione di un muscolo. Questi mes-saggi non raggiungono direttamente ilneurone motore; il neurone sensitivo diprim'ordine stabilisce il suo primo con-tatto sinaptico con un neurone interme-diario o interneurone.

Esiste, tuttavia, un'eccezione. Si trattadell'arco riflesso monosinaptico, in cuiun ramo laterale di una fibra sensitiva diprim'ordine stabilisce un contatto sinap-tico diretto con un neurone motore. Aprima vista questo può sembrare strano:solo pochi paragrafi prima abbiamo af-fermato che dopo i primi stadi dell'evolu-zione del sistema nervoso al neurone mo-tore non giungono più informazioni di-rette e non mediate, bensì somme di in-formazioni da neuroni della grande reteintemediaria. Si potrebbe perciò essereindotti a considerare un arco riflesso mo-nosinaptico come un tipo molto primitivodi circuito nervoso. D'altra parte, potreb-be anche essere abbastanza recente; forsesolo gli animali terrestri ne hanno risvi-luppato uno. L'aria e la terra, dopo tut-to, sono gli ambienti più pericolosi: peruna capra di montagna un passo falsopuò essere fatale. Un pesce, invece, puòfare un numero infinito di passi falsi sen-za che gliene derivi alcun danno. Il pesceha un meraviglioso sistema di sospensio-ne; la forza di gravità non è certo altret-tanto minacciosa e ostile. E' la vita ter-restre, perciò, non quella acquatica, a ri-chiedere un sistema di riflessi molto sicu-ro per mantenere l'equilibrio, e in parti-colare un sistema con cui un muscolopossa segnalare agli appropriati neuronimotori (e solo a questi) di essere sottopo-sto a un eccessivo stiramento dalla forzadi gravità.

I riflessi monosinaptici non sono maistati trovati al di fuori di questo contesto.Perciò i cortocircuiti fra informazionisensitive e comandi motori sembrano es-sere una esigua minoranza. La maggiorparte delle fibre sensitive di prim'ordinedei mammiferi entra nella grande rete diinterneuroni e forma connessioni sinap-tiche su membri di quello che chiamere-mo un gruppo di cellule sensitive di se-cond'ordine, cioè neuroni che sono i pri-

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Il cervello e il midollo spinale umani e di altri mammiferi possono esse-re suddivisi in regioni più piccole in base all'aspetto macroscopico,all'embriologia o all'organizzazione cellulare. Nell'immagine in alto èraffigurato un cervello umano in modo tale che le sue strutture internesiano visibili attraverso gli strati esterni trasparenti. In basso è raffigu-rato un cervello tipico di mammifero estremamente schematizzato, cri-terio che verrà adottato per tutte le illustrazioni che seguono in questoarticolo. Le strutture corrispondenti, nei due modelli, hanno lo stessocolore. La divisione più generica che si applica al cervello è quella fraromboencefalo (o cervello posteriore), mesencefalo e proencefalo. Il

cervello posteriore comprende il cervelletto. Il mesencefalo comprende idue rigonfiamenti noti come collicolo superiore e inferiore. Il proence-falo è più complesso. La sua parte più esterna è l'emisfero cerebrale, lacui superficie è rappresentata dalla corteccia con le sue circonvoluzioni,che comprende l'ippocampo, la neocorteccia e i campi olfattivi. All'in-terno dell'emisfero vi sono l'amigdala e il corpo striato: quest'ultimocomprende il pallidum e lo striatum, che a sua volta comprende il nu-cleo caudato e il putamen. Il resto del proencefalo costituisce il dience-falo: i due terzi superiori comprendono il talamo (con varie suddivisio-ni), il terzo inferiore l'ipotalamo (connesso al complesso ipofisario).

CERVELLO

NUCLEO CAUDATO

TALAMO

MESENCEFALO

PUTAMENE GLOBOPALLIDO

PONTE E CERVELLOPOSTERIORE CERVELLETTO

MIDOLLO SPINALE

NEOCORTECCIA

IPPOCAMPO

COLLICOLO SUPERIORE

COLLICOLO INFERIORE

AMIGDALA

IPOTALAMO

CHIASMA OTTICO

BULBO OLFATTIVO

GLOBOPALLIDO

STRIATUM

SETTO

1\ MESENCEFALO

ROMBENCEFALO\

\N

TALAMO

CERVELLETTO

CORPOSTRIATO

I i

MIDOLLO SPINALE

WIPOFISI CAMPILOBO ANTERIORE OLFATTIVI

LOBO POSTERIOREAMIGDALA

mi a ricevere le informazioni sensoriali inarrivo. Da qui, molte vie si dirigono più omeno rapidamente ai neuroni motori.Collettivamente, possiamo raggrupparlesotto il termine di canale di riflesso loca-le, se si tiene presente il fatto che il termi-ne «locale» può essere fuorviante: diversiriflessi coinvolgono il midollo spinale pertutta la sua lunghezza, e tuttavia sono lo-cali perché restano localizzati nell'ambitodi questo. Il primo anello del canale diriflesso locale è una cellula del gruppo dineuroni sensitivi di second'ordine. Moltidi questi non stabiliscono un contatto di-retto con un neurone motore, ma effet-tuano connessioni con un interneuronedella grande rete intermediaria, e soloquest'ultimo completa l'arco riflesso.

Altri canali sono costituiti da assoniche non si dirigono ai neuroni moto-

ri. Si consideri il canale cerebellare. Daigruppi di cellule sensitive di second'ordi-ne del midollo allungato e del midollospinale molti assoni salgono direttamenteal cervelletto. L'assone di questo tipo chesi vede nella figura della pagina seguentesi origina in un gruppo di cellule sensitivedi secondo ordine nel midollo spinale, eviene perciò chiamato «fibra spinocere-bellare» (assone e fibra sono sinoniminella terminologia neuroanatomica).Molte di tali fibre, insieme, concorrono acostituire un fascio spinocerebellare.

Un terzo canale è rappresentato dallavia lemniscale. La parola lemnisco di ori-gine latina significa nastro, e in questocaso si riferisce a fasci di fibre che si ori-ginano da gruppi di cellule sensitive di se-cond'ordine e si dirigono alle regioni an-teriori del cervello, in particolare al tala-mo. Nella illustrazione della pagina se-guente si vede uno di tali fasci che sale, alcentro del midollo spinale. In realtà lasua posizione nel midollo è vicino al suomargine laterale; il semplice schema dellafigura non può rispecchiare fedelmente latopografia. Il fascio è chiamato fasciospinotalamico, sebbene una sola delle trefibre illustrate si veda giungere al talamo.Le altre fibre, per così dire, lo accompa-gnano per un tratto e poi lo abbandona-no: le vediamo terminare entrambe suneuroni del romboencefalo, ma potreb-bero altrettanto bene terminare su neuro-ni del mesencefalo. Il punto è che solouna piccola parte delle fibre del fasciospinotalamico raggiunge effettivamenteil talamo; il fascio, tuttavia, prende il no-me dalla minoranza che termina in unaparte specifica del talamo, cioè nel suonucleo ventrale. Qui le fibre formano si-napsi con i neuroni talamici i cui assonivanno, senza interruzioni, a una specificaregione della neocorteccia, nota comecorteccia di sensibilità somatica.

Si noti che la via che conduce da unneurone sensitivo di prim'ordine alla neo-corteccia contiene, in questo caso, solodue interruzioni sinaptiche. La prima sitrova nel midollo spinale, fra una fibrasensitiva di prim'ordine e un neurone delgruppo di cellule di second'ordine. La se-conda interruzione si trova nel diencefalo,fra una fibra lemniscale e un neurone del

nucleo ventrale del talamo. Ma ciò cheaccade nella neocorteccia può paragonar-si a un cataclisma sinaptico. Nella neo-corteccia la risposta a un segnale in arrivocoinvolge all'inizio centinaia o anchemigliaia di neuroni. E agendo attraversole connessioni sinaptiche, i primi neuronicui giunge il segnale coinvolgeranno a lo-ro volta innumerevoli altri neuroni.

Una conduzione sensoriale a due sinap-si può essere definita una linea diretta, inquanto due sinapsi sono il numero mini-mo contemplato da tali sistemi. Questotipo di linea ha anche un'altra caratteri-stica, e cioè quella di conservare rigida-mente la disposizione topografica dellaregione periferica da cui proviene. Unpolpastrello delle dita, per esempio, puòdistinguere due diversi stimoli che dista-no non più di due o tre millimetri l'unodall'altro. Questa capacità è chiamatadiscriminazione di due punti. La sua esi-stenza significa che ognuna delle duepunte di un compasso deve stimolare viedi conduzione che sono sufficientementeindipendenti da permettere quella chepotrebbe definirsi risoluzione sensitiva.Una cellula della corteccia di sensibilitàsomatica, che è stata studiata medianteun microelettrodo, rivela di essere inte-ressata a un territorio cutaneo di un solomillimetro quadrato sul polpastrello diun indice. Una delle cellule adiacenti po-trebbe essere addetta a un territorio al-trettanto limitato e così via. In questomodo la topografia del corpo verrebbefedelmente riprodotta.

Una linea di conduzione dalle caratteri-stiche diametralmente opposte po-

trebbe essere una che convogliasse mes-saggi provenienti da regioni disparate diun dato organo di senso, o addirittura daorgani di senso diversi. Tale curioso ar-rangiamento esiste, in realtà: una delleramificazioni della via spinotalamica ri-prodotta nella illustrazione della paginaseguente stabilisce un contatto sinapticocon un neurone romboencefalico il cui as-sone prolunga la via sino al talamo. A li-vello di questa interruzione, però, la lineaaccetta messaggi provenienti non solo dalfascio spinotalamico ma anche dal siste-ma acustico.

Come può sapere, il talamo, che cosa èaccaduto quando gli giunge un impulsoda un sistema di questo tipo? Il neuroneromboencefalico è chiamato multimodaleo aspecifico, e la via di conduzione po-trebbe essere definita «aperta»: ogni vol-ta che vi è un'interruzione sinaptica, la li-nea è aperta a messaggi provenienti daaltri neuroni. La grande maggioranza deineuroni che si trovano nella profonditàdel romboencefalo e del mesencefalohanno questa curiosa caratteristica diaspecificità. Essi, con i loro dendriti - le«mani» cellulari - sembrano stare in atte-sa di catturare ogni tipo di messaggio chepassi. Questi neuroni sono tipici di quellache viene chiamata formazione reticola-re, in cui ben pochi gruppi cellulari rice-vono informazioni omogenee.

Un ingegnere elettronico cui si descrivauna situazione di questo genere potrebbe

esserne insospettito: secondo lui, non sene potrebbe ricavare altro che confusionee rumore. E tuttavia tale situazione è lar-gamente presente in tutti i vertebrati, uo-mo compreso. La sua esistenza deve dun-que corrispondere a una qualche funzio-ne. Oggi possiamo affermare che la for-mazione reticolare ha, fra le altre, la fun-zione di produrre uno stato di vigilanzagenerica nel sistema nervoso centrale, eche in essa è compreso un meccanismo diregolazione degli stati di attività nel siste-ma stesso. Uno di questi sistemi regolato-ri è quello deputato al sistema sonno--veglia. E tra questi due estremi - il sonnoe la veglia - esistono moltissime sfumatu,re di allerta e di disattenzione. Tutti sonoespressione di un qualche modulo di atti-vità nella formazione reticolare.

Sicuramente un ingegnere elettronico sitroverebbe molto più a suo agio di frontea un secondo lemnisco sensitivo prove-niente dal midollo spinale. Si tratta dellemnisco mediale. La sua organizzazioneè molto più rigorosa: quasi tutte le suefibre sono del tipo che abbiamo prece-dentemente esaminato e che abbiamo de-finito linea diretta; esse salgono diretta-mente al nucleo ventrale del talamo pro-venendo da un paio di gruppi di cellulesensitive di second'ordine, situati al con-fine fra midollo spinale e midollo allun-gato, chiamati nuclei del funicolo dorsa-le. L'ingegnere non si stupirebbe nel-l'apprendere che la discriminazione didue punti è rappresentata molto meglionel lemnisco mediale piuttosto che nelfascio spinotalamico.

Cosa possiamo dire degli altri sensi? Ilpiccolo organo che, nella illustrazione apagina 52, è raffigurato - per semplificare- vicino al cervelletto, è l'organo dell'udi-to. Al suo interno si trovano cellule dota-te di una sola appendice ciliare, inserite inun complesso epiteliale altamente specia-lizzato chiamato organo di Corti. Essesono innervate da neuroni sensitivi di pri-m'ordine i cui prolungamenti centripetiterminano su neuroni del nucleo cocleare,un gruppo di cellule sensitive di secon-d'ordine situate nel romboencefalo e ad-dette solo alla ricezione e all'elaborazionedi messaggi provenienti dal sistema acu-stico. L'illustrazione mostra solo due ditali neuroni: in realtà ve ne sono decine dimigliaia. Dai nuclei coclearì si origina illemnisco laterale, che sale verso il tala-mo. Nessuna delle sue fibre si estende aldi là del collicolo inferiore. In questa sta-zione mesencefalica - non cortocircuitabi-le - si originano assoni che raggiungono iltalamo dove terminano nel corpo genico-lato mediale. (Nell'illustrazione non sivedono diverse altre stazioni situate lun-go le vie acustiche e che sono, apparente-mente, opzionali, e che sono associate allemnisco laterale.) I neuroni del corpo ge-nicolato mediale, a loro volta, proietta-no, cioè inviano i loro assoni, alla regionedella neocorteccia nota come cortecciaacustica.

Si confronti con il sistema visivo. Unamoltitudine di neuroni nella retina elabo-ra l'informazione proveniente dai fotore-cettori oculari. Gli assoni di alcune di

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L'informazione della sensibilità somatica, per esempio la sensibilità cu-tanea, è trasmessa attraverso varie vie spinali. Sulla sinistra del dia-gramma un paio di neuroni sensitivi di prim'ordine trasmettono segnalidai recettori periferici al midollo spinale. Un ramo di una di queste viesi dirige immediatamente ai neuroni motori (triangoli pieni) sui qualiforma connessioni sinaptiche. Tutte le altre ramificazioni vanno inizial-mente a gruppi di cellule sensitive di second'ordine situati o allo stessolivello nel midollo spinale o all'estremità superiore di esso nei nuclei delfunicolo dorsale. Un primo fascio chiamato lemnisco mediale sale dai

nuclei del funicolo dorsale al nucleo ventrale del talamo, che a sua voltasi proietta all'area della sensibilità somatica della corteccia. Un secondofascio, chiamato fascio spinotalamico (anche se il termine fascio sem-brerebbe qui improprio dal momento che solo una delle tre fibre illu-strate giunge al talamo), sale verso il proencefalo partendo dal gruppodi cellule di second'ordine che si trovano per tutta la lunghezza del mi-dollo spinale, inviando delle ramificazioni a più livelli. Solo una piccolafrazione del fascio spinotalamico raggiunge alla fine il nucleo ventrale.Il gruppo di cellule di second'ordine invia fibre anche al cervelletto.

NEURONI DELLAFORMAZIONE RETICOLARENEURONI MOTORI

GRUPPO DICELLULE SENSITIVEDI SECOND'ORDINE

NUCLEIDEL FUNICOLO

DORSALE

• ......... •

NUCLEO VENTRALEDEL TALAMO

FIBRASPINOCEREBELLAREMUSCOLO SCHELETRICO

CORTECCIA DISENSIBILITA SOMATICA

NEURONI SENSITIVIDI PRIM'ORDINE

LEMNISCOMEDIALE

ARCO RIFLESSOMONOSINAPTICO

FASCIOSPINOTALAMICO

queste cellule formano dapprima il nervoottico. Poi si ha un riarrangiamento degliassoni per cui quelli provenienti dalla me-tà nasale di ogni retina incrociano la lineamediana e si uniscono a quelli provenien-ti dalla metà laterale della retina dell'al-tro occhio. Il risultato è il cosiddetto trat-to ottico. Ogni tratto ottico distribuiscegli assoni che lo costituiscono a due gran-di aree terminali. Una è rappresentata dalcollicolo superiore; ma in tutti i primatil'area più importante, per lo meno perquanto riguarda il numero degli assoni, èsenz'altro il corpo genicolato laterale deltalamo. I neuroni di questo gruppo di cel-lule proiettano a loro tolta i loro assonialla neocorteccia, in particolare a una re-gione posta al polo posteriore dell'emi-sfero cerebrale che è nota con il nome dicorteccia visiva.

Si osservi che mentre nessuna fibra acu-stica può raggiungere la sua stazione

talamica senza interruzione sinaptica, lamaggior parte delle fibre visive, nei pri-mati, è in grado di farlo. Si dovrebbe ag-giungere, comunque, che molti dei neuro-ni del collicolo superiore che ricevono lefibre visive inviano i loro assoni ai tala-mo, non al corpo genicolato laterale maal nucleo posterolaterale. I neuroni diquest'ultimo gruppo cellulare proiettanoi loro assoni alla neocorteccia. Tali proie-zioni, tuttavia, non vanno alla corteccia

visiva, ma a una regione corticale vicinama distinta. Il sistema visivo, a quantopare, possiede due canali che vanno versola corteccia cerebrale.

Il sistema olfattivo infrange tutte le re-gole che sembrano governare l'organizza-zione degli altri meccanismi sensoriali.Come si è già detto, questo è l'unico siste-ma noto in cui i neuroni sensitivi diprim'ordine si trovano sulla superficiedel corpo. Non esiste alcun organo di tra-sduzione qual è quello, per esempio, chesi trova nell'organo di Corti. La cellulaepiteliale olfattiva riceve direttamente glistimoli dall'ambiente esterno. Da questineuroni un assone molto sottile si proiet-ta al bulbo olfattivo, i cui neuroni a lorovolta danno origine ad assoni che termi-nano in contatto sinaptico con cellule del-la corteccia olfattiva.

Abbiamo così seguito l'itinerario diquattro organi di senso: la sensibilità so-matica, l'udito, la vista e l'olfatto. Co-minciano a emergere alcune conclusioni.Per prima cosa, il talamo si imponeall'attenzione come stazione di fonda-mentale importanza, punto di smista-mento finale prima che i messaggi prove-nienti da tutti gli organi di senso - esclu-so, pare, l'olfatto - abbiano accesso allestazioni superiori corticali. Si sarebbetentati di chiamare «relé» ognuna di que-ste interruzioni, ma ciò che accade in que-sti punti di rottura nei circuiti neuronali

può essere ben di più di quanto accade inuna corsa di staffetta quando un atletapassa il testimone a un altro in modo cheil testimone arriva immodificato alla finedella corsa. Nel sistema nervoso centraleil relé è qualcosa di completamente diffe-rente. A ogni interruzione sinaptica lungouna via sensitiva il messaggio viene tra-sformato: il codice nel quale arriva vienecambiato in maniera fondamentale. Pro-babilmente i dati non potrebbero venirecompresi a livello superiore; è necessariaquindi una traduzione e i relé sinapticiandrebbero definiti più esattamente comestazioni di elaborazione.

Possiamo quindi concludere che la cor-teccia cerebrale è la stazione di arrivo del-le vie di conduzione della sensibilità. Ilneuroanatomico può ritenersi soddisfattonel seguire, per esempio, il percorso dellevie ottiche dalla retina al corpo genicola-to laterale e, di qui, alla corteccia visiva.Il problema sorge quando si cerca di capi-re cosa accade dopo, nella complessitàdella corteccia cerebrale che contiene il 70per cento di tutti i neuroni del sistemanervoso centrale dell'uomo. Che cosa sene fanno, tutti questi neuroni, del mes-saggio che arriva a loro? Si considerino leseguenti due osservazioni.

Primo, le proiezioni talamocorticalisono reciproche: la corteccia visiva ri-proietta in senso inverso al corpo genico-lato laterale e la corteccia di sensibilità

somatica riproietta in senso inverso al nu-cleo ventrale. Questa reciprocità significasenza alcun dubbio che lo stato funziona-le della corteccia può influenzare il modoin cui le stazioni sensoriali del talamo va-gliano il flusso di informazioni diretto al-la corteccia.

Secondo, le aree visiva, acustica e so-matica rappresentano solo un primo gra-dino nell'elaborazione da parte della cor-teccia. Da questi primitivi campi senso-riali partono fibre che formano sinapsicon neuroni contenuti in aree adiacentiche non possono essere definite sensorialisenza qualche riserva; esse sono situate auna certa distanza dal punto di arrivodell'informazione. E da queste aree pro-vengono altre fibre che si dirigono ad al-tre aree situate ancora più lontano daiprimitivi campi sensoriali. Le aree dellaneocorteccia che si trovano a distanza daquelle cui arrivano le informazioni senso-riali sono dette aree di associazione enell'uomo esse rappresentano di granlunga la parte più sviluppata della cortec-cia: la corteccia visiva, quella acustica equella somatica, insieme, costituisconocirca un quarto soltanto del totale. Gli

stadi più avanzati della elaborazione han-no luogo, probabilmente, nella cortecciaassociativa. Per esempio, vi sono punti incui le informazioni visive e quelle acusti-che confluiscono. Sappiamo ora che ilprocedere della elaborazione nervosa at-traverso la neocorteccia coinvolge tipica-mente una sequenza di aree associative eche uno dei punti di arrivo di tale proce-dere è invariabilmente l'ippocampo ol'amigdala o entrambe le formazioni.

Nel 1870 Gustav Theodor Fritsched Eduard Hitzig riferirono che

l'applicazione di una corrente elettrica dibassissima intensità a un'area della neo-corteccia immediatamente davanti a quel-la che è chiamata la scissura centrale pro-vocava la contrazione della muscolaturascheletrica (in.quanto opposta a quella vi-scerale) dal lato del corpo opposto a quel-lo della stimolazione. Spesso erano lamano o il piede a muoversi. Questa sco-perta, che conteneva in sé la prima ipotesidi una compartimentazione funzionaledella corteccia cerebrale, accentrò un du-revole interesse sulle organizzazioni delleparti del cervello interessate alla funzione

effettrice (o motoria). Dopo tutto, unacorteccia motoria c'era: una regione cir-coscritta al livello più alto del cervello,che era chiaramente implicata nei movi-menti del corpo. Forse sarebbe stato pos-sibile individuare, ora, una organizzazio-ne puramente motoria in tutto il cervelloe nel midollo spinale.

Cominciò così la ricerca del «sistemamotorio», un termine vago col quale sidesignavano non solo i neuroni motoriche vanno alla muscolatura scheletrica,ma anche i canali nervosi che convergonosui neuroni motori stessi. La ricerca con-tinua fino ai giorni nostri, e ci si chiedeonestamente se essa sarà mai completata.Si consideri l'area 19, una striscia di neo-corteccia che si distingue per l'architettu-ra cellulare dalle zone vicine e che è situa-ta non lontano dall'area visiva. Se, in unanimale da esperimento, si stimola elet-tricamente l'area 19, gli occhi dell'anima-le si girano, all'unisono, verso il lato con-trolaterale; lo sguardo, cioè, si gira in di-rezione opposta al lato del cervello cheviene stimolato. Si sarebbe perciò tentatidi definire l'area 19 un'area motoria.Tuttavia, si tratterebbe di una definizione

50 51

Tre organi di senso (udito, vista e olfatto) inviano le informazioni allacorteccia cerebrale in vari modi. La via acustica passa successivamenteper i nuclei cocleari del romboencefalo, il collicolo inferiore del mesen-cefalo e il corpo genicolato mediale del talamo prima di raggiungerel'area acustica della corteccia cerebrale. La via della visione inizia dallare t ina (che è in reoirà un 2 parte dei ,ery.iln) che elabora rinforma7inneproveniente dai fotorecettori oculari ed entra noi in due canali distinti:

uno v a alla corteccia visiva passando attraverso il corpo genicolato late-rale del talamo, l'altro si proietta, attraverso il collicolo superiore delmesencefalo, a una stazione nel talamo e di qui successivamente aun'area della corteccia situata vicino alla corteccia visiva. Nel sistemaolfaltivo i neuroni recettori nella mucosa nasale si proiettano senza lamediazione del talamo al bulbo olfattivo che è parte della corteccia ce-rebrale, e si proietta poi alla corteccia olfattiva propriamente detta.

NUCLEOPOSTERO-LATERALE CORTECCIA

OLFATTIVAMUCOSANASALE

NERVOOTTICO

CORTECCIA VISIVA CORTECCIA ACUSTICA

CORPOGENICOLATO

LATERALE

CORPOGENICOLATO

MEDIALE

NEURONESENSITIVO DIPRIM'ORDINE

LEMNISCOLATERALE _19

NUCLEICOCLEARI

NEURONISENSITIVI DIPRIM'ORDINE

ORGANODI CORTI

(ORECCHIO INTERNO)

BULBOOLFATTIVO

COLLICOLOINFERIORE

COLLICOLOSUPERIORE

arbitraria perché, da un altro punto di vi-sta, l'area 19 è sensoriale: è noto che inessa viene elaborata l'informazione che èpassata per l'area visiva. Un esempioanalogo si ha per la funzione acustica:l'area 22, vicina alla corteccia acusticapropriamente detta, se stimolata elettri-camente, provoca anch'essa una rotazio-ne degli occhi verso il lato opposto a quel-lo della stimolazione. Tuttavia l'area 22 èin connessione sinaptica con la cortecciaacustica, così come l'area 19 lo è con lacorteccia visiva.

Se ne deduce che non è possibile stabili-re una linea di confine fra il lato sensitivoe quello motorio dell'organizzazione delcervello. In altri termini, tutte le strutturenervose sono coinvolte nella programma-zione e nel governo del comportamentodell'organismo. E' chiaramente questa lafunzione del sistema nervoso e il motivoper cui l'evoluzione ne ha favorito lo svi-luppo. Naturalmente alcune strutture so-no situate all'interno della grande rete diinterneuroni in posizione tale da incorag-giarne l'identificazione come sensoriali;citiamo, per esempio, il corpo genicolatolaterale del talamo. Ad altre strutture, si-tuate a non molte sinapsi di distanza daineuroni motori, si sarebbe tentati di darel'etichetta di motorie. Questo, tuttavia, èl'unico modo in cui ognuna di queste eti-chette possa essere ragionevolmente im-piegata. Di conseguenza, sarebbe forsemeglio esplorare gli aspetti motori del si-stema nervoso centrale cominciando a li-

vello dei neuroni motori, che fanno parteinequivocabilmente del sistema motoriocomunque lo si voglia definire, per poicercare di individuare nel cervello le vieche su di essi confluiscono. Si ricordi, pe-rò, che con questa strategia ci si muovecontrocorrente, cioè ci si muove contro ladirezione prevalente del traffico nervoso.

partendo dal neurone motore, il pri-' mo passo verso la gerarchia di ordi-ne superiore è generalmente breve: chiguida il neurone motore sembra essere in-fatti un gruppo di cellule in, genere vicinee più piccole. Chiamiamo la somma ditutti i neuroni motori e le loro cellule gui-da «sistema motore inferiore» e dividia-mo questo sistema in subunità funzionalichiamata ciascuna «apparato motore lo-cale» corrispondenti a rispettive parti delcorpo: le braccia, le gambe, gli occhi e co-sì via. Ogni apparato motore locale po-trebbe essere considerato una specie dischedario contenente una serie di schede,ciascuna delle quali rappresenta un possi-bile movimento di una data parte del'cor-po. Il cervello, col suo sistema di fibre di-scendenti, lo raggiunge e sceglie quindi lascheda appropriata.

Qual è dunque l'origine dei sistemi di-scendenti? Che cosa influenza l'apparatomotore locale? I neuroni motori si trova-no all'interno del midollo spinale, delromboencefalo e del mesencefalo; nelproencefalo non ce ne sono. Qui, comun-que, possiamo considerare solo le proie-

zioni che convergono sul midollo spinale.Esse si originano a tutti i livelli del siste-ma nervoso centrale. All'interno del mi-dollo stesso molti di essi originano neigruppi di cellule sensitive di second'ordi-ne, o anche, nel caso degli archi riflessimonosinaptici, come collaterali di certefibre sensitive di prim'ordine. Nel rom-boencefalo le proiezioni si originano so-prattutto nei due terzi interni della for-mazione reticolare romboencefalica, di-stretto noto col nome di formazione reti-colare magnocellulare per il fatto di con-tenere neuroni di dimensioni particolar-mente grandi. Nel mesencefalo le proie-zioni originano nel collicolo superiore eanche in un grande ammasso cellulare no-to come nucleo rosso. In generale questisistemi di fibre discendenti (chiamati ri-spettivamente fascio reticolospinale, tet-tospinale e rubrospinale) si consideranoportatori di informazioni - o meglio co-mandi - che hanno antecedenti in ampieregioni del cervello. Il collicolo superiorericeve informazioni non solo dal nervoottico ma anche da vaste zone della cor-teccia cerebrale, compresa la corteccia vi-siva e altro. Il nucleo rosso riceve infor-mazioni soprattutto dal cervelletto e dallacorteccia motoria.

In quanto alla formazione reticolare,essa è particolarmente degna di nota co-me punto di convergenza di informazioniaventi origine più diversa. Ne abbiamogià parlato prima, in tema di sistemiascendenti; questo vale anche per questo

caso, nel contesto di quelli discendenti.Nella figura in alto nella pagina seguente,si vede un neurone che la rappresenta; es-so è modellato sui neuroni la cui attivitàelettrica fu registrata da Giuseppe Mo-ruzzi dell'Università di Pisa e altri. E' si-tuato nella formazione reticolare rom-boencefalica e risponde, a quanto pare, amessaggi provenienti da un gruppo di cel-lule sensitive di second'ordine nel midollospinale. Ma anche un raggio di luce puòstimolarlo, in quanto la notizia di unevento di questo tipo potrebbe giungerealla formazione reticolare attraverso unavia discendente proveniente dal collicolosuperiore. Inoltre, la cellula potrebbe ri-spondere a uno stimolo proveniente dalcervelletto, o dalla neocorteccia, o dallaformazione reticolare mesencefalica. Inbreve, sulla cellula converge un'ampiagamma di messaggi eterogenei. Chiara-mente la formazione reticolare deve in-tegrare questa grande varietà di informa-zioni portate da neuroni che salgono alcervello e ne discendono, dopodiché deveinviare impulsi attraverso le fibre retico-lospinali che terminano sui neuroni inter-mediari del midollo, o anche, sia pure dirado, direttamente sui neuroni motori.Forse al lettore sembrerà nuovamente diudire la voce del critico ingegnere di pri-ma affermare che la formazione reticola-re è qualcosa di insensato.

C i resta ora il compito di sovrapporre,ai sistemi encefalospinali del rom-

boencefalo e del mesencefalo, i sistemi di-scendenti che hanno origine nel proence-falo. In primo luogo praticamente tutte learee della neocorteccia si proiettano allostriatum (la parte laterale del corpo stria-to). La disposizione è topografica: la cor-teccia di sensibilità somatica si proietta aun distretto striatale distinto da quelloche riceve le proiezioni dalla corteccia vi-siva, o da quella acustica, o dalle aree diassociazione o dalla corteccia motoria.Dallo striatum un grosso fascio di proie-zioni converge sul globo pallido (o polli-dum), la parte più mediale del corpostriato. Nel globo pallido vi sono moltomeno neuroni che nello striatum, perciòquesto sistema deve essere consideratocome avente una funzione di imbuto.

Dal globo pallido la via si continua insenso discendente con un fascio di fibrechiamato ansa lenticularis; in senso di-scendente, ma con una curiosa eccezione:una rilevante porzione dell'ansa lenticu-laris si ripiega verso l'alto ed entra nellaparte superiore del nucleo ventrale. Ab-biamo notato che questa massa cellularedel talamo riceve i due grandi lemnischidella sensibilità somatica, il lemnisco me-diale e il fascio spinotalamico, e che siproietta alla corteccia di sensibilità soma-tica. Solo la parte posteriore del nucleoventrale, tuttavia, è una stazione sulla viadella sensibilità somatica. La porzionepiù anteriore dello stesso gruppo cellularericeve due grandi sistemi di fibre: l'ansalenticularis e il brachium conjunctivum,la proiezione verso l'alto del cervelletto.Anche questa porzione del nucleo ventra-le si proietta alla neocorteccia, ma alla

corteccia motoria, non all'area della sen-sibilità somatica.

Ogni patologia che interrompe questocurioso circuito provoca un grande tur-bamento nei movimenti corporei. Uno ditali eventi patologici colpisce un gruppodi fibre che giunge allo striatum non dallacorteccia cerebrale ma da un gruppo dicellule nel mesencefalo caratterizzate dauna strana pigmentazione: nell'uomoqueste cellule sono nerastre, anche in as-senza di qualsiasi procedura di colorazio-ne. Per questo motivo tale gruppo cellu-lare è stato chiamato, alla fine del secoloscorso, substantia nigra. Una estesa per-dita dei neuroni della substantia nigra ècausa del disturbo motorio noto col nomedi morbo di Parkinson. Questa malattia ècaratterizzata da una rigidità muscolareche è di grave ostacolo ai movimenti e chesi rivela, fra l'altro, con una amimia fac-ciale. C'è anche un particolare tremore,che colpisce le braccia e le mani, di bassafrequenza e quasi con effetto rotatorio. Ilpaziente si lamenta per prima cosa di nonriuscire a iniziare il movimento che ha de-ciso di fare.

Il corpo striato può essere perciò consi-derato come un qualcosa che esercitaun'importante influenza sul movimentocorporeo. In senso più generale, esso puòessere considerato come una tra le moltestrutture cerebrali i cui messaggi sono di-retti ai neuroni motori. E tuttavia resta ilfatto degno di nota che il corpo striatonon ha rapporti diretti con tali neuroni, enemmeno con quei gruppi cellulari chepossono essere considerati le loro ported'accesso. Abbiamo già visto che unaparte delle fibre che escono dal corpostriato si ripiega verso l'alto ed entra nelnucleo ventrale del talamo. La parte ri-manente dell'ansa lenticularis continua lasua discesa verso il basso, ma non si spin-ge oltre la parte caudale del mesencefalo,dove un singolo neurone, nella illustra-zione qui in basso, simbolizza il gruppodi molte migliaia di neuroni che compon-gono il nucleo peduncolopontino. Questofa parte della formazione reticolare me-sencefalica. Da qui, la via discendente sifa imprecisa. La formazione reticolarepone difficoltà enormi all'indagine ana-tomica e funzionale.

Le proiezioni che dalla neocortecciavanno allo striatum non sono certo le

sole vie che partono dalla corteccia. Co-me abbiamo visto, alcuni degli impulsiprovenienti dalla neocorteccia terminanonei vari nuclei del talamo parallelamentea quelli che, dal talamo, vanno alla neo-corteccia. Alcuni vanno al mesencefaloper terminare nel collicolo superiore, nelnucleo rosso e nella formazione reticolaremesencefalica. Un altro contingente an-cora, proveniente da varie parti della neo-corteccia, forma connessioni sinaptichecon il ponte, un distretto del romboence-falo, che invia a sua volta proiezioni alcervelletto. Le rimanenti fibre provenien-ti dalla corteccia, quelle che si dirigono inbasso oltre il ponte, si originano per lamaggior parte dalla corteccia motoria.Alcune non oltrepassano la formazione

reticolare mesencefalica mentre altre rag-giungono invece tutti i livelli del midollospinale.

Queste ultime fibre, che compongonoil fascio corticospinale, o fascio pirami-dale sono degne di particolare rilievo. E'già notevole il fatto che esse viaggino dal-la neocorteccia fino al midollo spinale, sesi considera che le fibre provenienti dalcorpo striato non si spingono oltre il me-sencefalo. E' anche notevole che circa il 5per cento di esse, formino direttamentesinapsi con i neuroni motori. Si tratta diun cortocircuito veramente eccezionale;queste fibre non solo entrano nel midollospinale, ma evitano anche i gruppi cellu-lari dell'apparato motore locale. Risultache esse formino di preferenza sinapsi suineuroni motori destinati a innervare lamuscolatura delle estremità. Senza dub-bio l'esistenza del fascio piramidale spie-ga perché, di tutte le aree della cortecciacerebrale, quella motoria sia quella cherichiede la minore quantità di stimolazio-ne elettrica per provocare sperimental-mente il movimento corporeo. Infatti, ditutte le aree della corteccia cerebrale quel-la motoria è quella che dista il numerominimo di sinapsi dai neuroni motori.

Il sistema motore sfida qualunque esa-me dal punto di vista di una distinzionefra sistema volontario e involontario. Siconsideri un'umiliante esperienza comu-ne fra i giocatori di tennis. Il giocatore faun ben colpo e si sente molto soddisfatto.Poi, decide che era merito della fortuna.Infatti la volta successiva che una pallagli arriva con la stessa traiettoria proba-bilmente la sbaglierà. E' vero che un mo-vimento volontario è stato eseguito consuccesso, ma che merito ne ha la personache lo ha eseguito?

Nonostante l'enigma del controllo vo-lontario, l'esperienza soggettiva del-

la volontà ha dato il nome al sistema mo-torio che innerva la muscolatura schele-trica: esso viene definito sistema nervososomatico, o volontario, per distinguerloda/ sistema nervoso autonomo, o invo-lontario, che innerva le ghiandole e lamuscolatura liscia viscerale. In questa ul-tima definizione è, tuttavia, implicito unequivoco, così come ce n'era uno nelladefinizione precedente. Il termine «auto-nomo» significa «che si governa da sé»,ma il sistema autonomo non si governaaffatto da sé. Le sue funzioni sono inte-grate con i movimenti volontari nellastessa misura in cui lo sono con le moti-vazioni e gli affetti. In breve, le sue radicistanno nel cervello: le esperienze dell'uo-mo dettano non solo le contrazioni deisuoi muscoli scheletrici, ma anche impor-tanti mutamenti funzionali nei suoi orga-ni interni. Il termine «autonomo» si è cio-nonostante imposto nei paesi di lingua in-glese. In Germania si parla di un viszeraleNervensystem, in Italia di un sistema ner-voso vegetativo.

La periferia autonoma o vegetativa èrappresentata nell'illustrazione in bassonella pagina seguente da un organo a for-ma di tubo cavo: potrebbe trattarsi di untratto intestinale, o della vescica urinaria,

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FASCIO BRACHIUMRETICOLOSPINALE CONJUCTIVUM

CORTECCIAMOTORIA

CERVELLETTO

COLLICOLOSUPERIORE

ARCO RIFLESSOMONOSINAPTICO

FASCIORUBROSPINALE

NEURONI MOTORI

• FASCIO CORTICOSPINALE(PIRAMIDALE)

ANSALENTICULARIS

NEURONESTRIATALE

NEURONEPALLIDALE

FORMAZIONERETICOLARE

ROMBENCEFALICA

I neuroni motori del cervello e del midollo spinale (triangoli piene) rice-vono informazioni da molteplici canali convergenti. Nella figura si ve-dono neuroni motori che ricevono gli stimoli da un neurone sensitivo diprim'ordine, da un gruppo di cellule sensitive di second'ordine nel mi-dollo spinale, dalla formazione reticolare del peduncolo cerebrale e dal-la corteccia motoria del proencefalo. Il nucleo rosso e la formazione re-ticolare ricevono stimoli da più fonti. Un esempio di convergenza sui

FORMAZIONE RETICOLARE MESENCEFALICA(NUCLEO PEDUNCOLOPONTINO)

neuroni motori è particolarmente illustrativo: l'intera neocorteccia,comprendente le sensibilità acustica, visiva e somatica, nonché le areemotorie e altri campi, invia proiezioni al corpo striato. Questo ammas-so cellulare proietta le sue fibre, a sua volta, alla formazione reticolareche, infine, agisce sui neuroni motori. Una seconda via, dal corpo stria-to, funge da circuito retroattivo: essa invia le sue fibre a una partedel talamo che si riproietta all'indietro alla corteccia motoria.

NUCLEOROSSO

Circuiti retroattivi centrati sull'ipotalamo che regola l'attività ghiando-lare e dei muscoli lisci (come la muscolatura involontaria dei visceri) at-traverso sistema nervose ‘.'24.,•e!efive e i! eemp!esse ipefisarie. IL'ipeta-lamo riceve proiezioni dall'ippocampo e dall'amigdala, i principali

componenti del sistema limbico, e riceve informazioni anche dalla for-mazione reticolare e dalla corteccia frontale, la parte più anteriore degliemisferi cerebrali . siste.s limhieci è il punto di arrivo di vie nrove-

nienti dalla corteccia cerebrale, tra cui alcune dalla corteccia olfattiva.

AREA ENTORINALE IPPOCAMPO

VIA VENTRALE CHE PARTEDAL LA MIGDALA

CORTECCIAOLFATTIVAMUSCOLO LISCIO

FORMAZIONE RETICOLAREMESENCEFALICA

2•1PvSETTO

CORTECCIAASSOCIATIVA

FRONTALE

FORNICENEURONI MOTORIVISCERALI

IPOFISIPOSTERIORE

IPOFISIANTERIORE

AMIGDALA

IPOTALAMO

di un bronco o di un'arteria; tutti sono insostanza strutture a forma di tubo cavo lacui larghezza è definita da uno o più stra-ti di muscolatura liscia. L'innervazionemotoria di questo tessuto muscolare (o diuna ghiandola) consta di due neuroni. Ilprimo sta all'interno del sistema nervosocentrale. Esso emette un assone sottileche si connette mediante sinapsi con unsecondo neurone, spesso situato in unganglio. Il secondo neurone, a sua volta,invia il suo assone nel tessuto effettoreviscerale.

Nel cervello i neuroni preposti in modospecifico all'attività del sistema nervosoautonomo o vegetativo sembrano essereconcentrati nell'ipotalamo. La dimostra-zione è evidente: se si distrugge all'im-provviso l'ipotalamo di un animale, e an-cora più dell'uomo, l'individuo muoreper una reazione massiva di quello cheClaude Bernard chiamò l'ambiente inter-no, termine che include i fluidi tissutali ele funzioni organiche, quali la pressionesanguigna, la frequenza cardiaca, il respi-ro ecc. I neurochirurghi che sono costrettia operare nelle vicinanze dell'ipotalamosono sempre molto cauti, nel timore diarrecare danno a questa struttura. Infattipazienti che erano stati operati con suc-cesso sono morti per ipertermia, nono-stante si fossero prese tutte le precauzionipossibili per non ledere l'ipotalamo.D'altra parte se una massiva lesionedell'ipotalamo si sviluppa lentamente,per esempio nel caso di un tumore a lentoaccrescimento, possono anche mancaredel tutto gli effetti drammatici. E' comese vi fosse una gerarchia di comandi nelsistema nervoso autonomo; una specie diautonomia di livelli, per cui se l'ipotala-mo viene lentamente inabilitato, regionidel cervello al di sotto dell'ipotalamopossono agire in modo tale da renderestabile l'ambiente interno, sia pure entrocerti limiti.

Tutto ciò concorda con quanto sappia-mo sul circuito autonomo. Sono sta-

te recentemente isolate delle fibre chevanno senza interruzione dall'ipotalamoai neuroni motori autonomi del midollospinale, ma questi sembrano costituireuna piccola minoranza delle fibre ipota-lamiche; l'ipotalamo non possiede nientedi simile al fascio corticospinale per por-tare alla periferia gli impulsi che da essopartono. Sembra che per la maggior partele sue proiezioni non si spingano al di làdel mesencefalo, ai neuroni della forma-zione reticolare. Infatti le vie discendentiche vanno ai neuroni motori autonomisono tipicamente interrotte in molti pun-ti. A livello di ciascuna di queste interru-zioni numerose altre istruzioni possonoentrare nel sistema. E' utile che sia così.La vita dipende dall'innervazione dei vi-sceri; in un certo senso tutto il resto è unsovrappiù biologico. E i sistemi vitali de-vono essere organizzati in modo tale chenessuna singola eccitazione possa in-fluenzarne il funzionamento in misura ri-levante. In realtà la convergenza delle in-formazioni sui neuroni motori può esserealtrettanto caratteristica del sistema auto-

nomo quanto lo è rispetto al sistema so-matico.

Questo per quanto concerne i neuronidiscendenti che vanno ad agire sui tessutieffettori viscerali; ma che cosa agisce asua volta su questi neuroni? In altre paro-le, quali sono le proiezioni che vannoall'ipotalamo? La illustrazione a frontein basso mostra una via che parte dallaformazione reticolare mesencefalica, chea sua volta riceve impulsi da una fibra delfascio spinotalamico. Si suppone che, inquesto modo, l' ipotalamo possa control-lare lo stato dell'ambiente interno. AI dilà di questo, la ricerca degli ingressi all'i-potalamo ci conduce a una regione cere-brale implicata nell'affetto e nella moti-vazione, una regione in cui gli attacchiepilettici, per esempio, causano un cam-biamento dell'umore, talvolta con ango-scia o con terrori irragionevoli. Questonon deve sorprenderci. Dopo tutto gli af-fetti e la motivazione trovano un'espres-sione osservabile nelle modificazioni vi-scerali ed endocrine.

Non può esservi dubbio, dunque, chela più importante influenza esercitatadall'emisfero cerebrale giunga all'ipota-lamo dall'ippocampo e dall'amigdala. E'una funzione che queste due strutturehanno in comune con ben poche altre, eper questo motivo è legittimo riferirsi atutte e due come a un tutto unico: esse so-no le due principali componenti di quelloche è stato chiamato il sistema limbico.Nella illustrazione a fronte in basso si os-servi la presenza di un sistema di fibre bi-direzionali che gira lungo il margine dellaneocorteccia dall'ippocampo all'ipotala-mo. Il fascio si chiama fornice. Nel gattoe nella scimmia i due terzi, circa, dellefibre del fornice che partono dall'ippo-campo entrano direttamente nell'ipotala-mo. Il terzo rimanente forma sinapsi nelsetto da cui, come si vede, sempre nell'il-lustrazione a fronte in basso, le fibre ri-tornano all'ipotalamo.

bbiamo notato che l'ippocampo èuna stazione d'arrivo per una se-

quenza di proiezioni provenienti dallaneocorteccia. Se si segue il loro corsocontrocorrente, cioè in senso contrarioalla direzione dell'impulso, risulta chiaroper il sistema autonomo quello che era ri-sultato chiaro per quello somatico, e cioèche viene interessata una porzione sempremaggiore della grande rete di interneuro-ni. Vi è, però, una differenza. Da una da-ta area della neocorteccia, per esempiol'area visiva, la via diretta all'ippocampodeve attraversare con molte interruzioniuna serie di campi di neoccu-teccia inter-posti. La neocorteccia termina in prossi-mità dell'area entorinale, una regionedella corteccia cerebrale vicina all'ippo-campo e la cui struttura è intermedia fraquella della neocorteccia e quella dell'ip-pocampo stesso. Da qui un tratto finalecompleta il tragitto all'ippocampo. Alcontrario le fibre che vanno allo striatumda qualsiasi parte della neocorteccia nonpresentano alcuna interruzione.

Si consideri ora l'amigdala. Sebbene lasua architettura cellulare sia molto diver-

sa da quella dell'ippocampo, anch'essainvia le sue proiezioni in larga misuraall'ipotalamo. Essa a sua volta riceve fi-bre provenienti da un distretto della neo-corteccia molto lontano da qualsiasi areasensoriale. Essa riceve anche, però, fibreche originano dalla corteccia olfattiva;tale, in realtà, è l'area entorinale. Inoltreuna parte dell'amigdala riceve fibre dalbulbo olfattivo. Nell'olfatto, perciò, latrasmissione dei dati sensoriali al sistemalimbico è assai più diretta che in altri sen-si. Perché l'olfatto deve godere di questoprivilegio?

Una risposta sta nella probabilità che ilsenso dell'olfatto sia il primo a essersisviluppato come mezzo per ricevereun'informazione a distanza. Si tratta for-se del primo mezzo con cui organismi inmovimento potevano cercare le fonti dicibo e identificare i membri della lorospecie distinguendoli da quelli delle altre.Forse il sistema olfattivo, essendo com-parso per primo, ebbe connessioni più di-rette. Una seconda risposta, che non con-trasta con la prima, è che il riconoscimen-to di un oggetto (per fare un esempio) ri-chiede procedure complesse: nella suaforma più alta richiede che i dati senso-riali in arrivo possano condurre a unarappresentazione indipendentementedall'angolo visuale, dalla distanza edall'illuminazione. In che altro modo unoggetto potrebbe essere riconosciuto,cioè paragonato con l'esperienza passa-ta? Anche a livello più semplice, come ilriconoscimento di una striscia (per esem-pio, quando un pesce vede il fianco di unaltro pesce) o di un punto in movimento(come una rana che vede una mosca) ri-chiede che nell'elaborazione nervosa sia-no conservati i rapporti topograficinell'apporto alla struttura sensitiva, la re-tina. L'olfatto, al contrario, funzionasemplicemente come discriminatore digradienti di intensità. In breve, l'olfatto,come guida a un comportamento adatta-tivo, manca di gran parte della difficoltàcomputazionale che è inerente, se si vuo-le, alla visione e agli altri sensi.

Argomenti di questo tipo possono an-che non sembrare molto convincenti. Se ilsistema limbico richiede che i dati visivi,acustici e somatici in origine sensoriali,debbano attraversare tante tappe nellaneocorteccia per poi ricevere una loro ri-rappresentazione, perché ciò non dovreb-be essere vero anche per lo striatum? Eper qual motivo, inoltre, lo striatum rice-ve segnali sia dalle aree della sensibilitàprimarie sia da quelle associative in cui idati corticali originali vanno incontro asuccessive trasformazioni? Forse la diffi-coltà maggiore sta nel mistero di ognistruttura cerebrale che riceva «messaggi»da tutta (o quasi tutta) l'espansione dellaneocorteccia. Caratterizzare con chiarez-za tali messaggi è impresa impossibile, ecosì sembra al di là delle nostre forze im-maginare ciò che può fare la struttura cheli riceve. E tuttavia nel sistema nervoso sene possono annoverare molte di tali strut-ture: il sistema limbico, lo striatum ilponte (e attraverso questo, il cervelletto)e il collicolo superiore.

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