Neuroscienze - Il Cervello

8/14/2019 Neuroscienze - Il Cervello

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NeuroscienzePer iniziare

Centro interdipartimentale B.R.A.I.N.dellUniversit di Trieste

Comitato per la Promozione delle Neuroscienze


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Pubblicato a cura dellufficio stampa e P.R. della Regione Autonoma Friuli-Venezia Giulia


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Le cellule staminali pag. 49

La neurogenesi pag. 51

La chimica del cervello pag. 53LE SINAPSI 53

I neurotrasmettitori 53ALIMENTAZIONE E CONSUMO ENERGETICO 55DROGHE 56

Oppio 57Morfina 57Droghe sintetiche 58Allucinogeni 58

PSICOFARMACI 59ALCOOL 60

Fa bene o fa male? 60SEGNALI DI FUMO 62

Appendici pag. 65LA SETTIMANA DEL CERVELLO 67PER APPROFONDIRE 71


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LE NEUROSCIENZELe neuroscienze sono un gruppo di discipline, molto

diverse fra loro, che studiano il sistema nervoso, cio ilcervello, il midollo spinale e le reti di neuroni che sono spar-si per tutto il corpo. Luomo contiene circa 100 miliardi dineuroni, che sono le unit funzionali del sistema nervoso.Essi comunicano fra di loro facendosi percorrere da segnalielettrici per distanze anche molto lunghe e liberando poisostanze chimiche, chiamate neurotrasmettitori, a livellodelle sinapsi, che sono strette zone di separazione fra unneurone e laltro. Il lavoro dei neuroscienziati rivolto a: descrivere il cervello ed il suo funzionamento in con-

dizioni normali determinare come il sistema nervoso si sviluppi, matu-

ri e si mantenga per tutta la vita trovare le strategie per prevenire o curare le devastanti

patologie neurologiche ed i disordini psichiatrici che lopossono colpire.

Il B.R.A.I.N.A Trieste, in queste attivit sono coinvolti a tempo

pieno molti ricercatori di alto livello sia allUniversit chealla S.I.S.S.A. (la Scuola Internazionale Superiore di StudiAvanzati). AllUniversit, il Centro interdipartimentale perle Neuroscienze (B.R.A.I.N.: Basic Research AndIntegrative Neuroscience) nato nel 1998 proprio per ren-dere sinergiche le attivit svolte dai ricercatori in questocampo. Il centro prevalentemente coinvolto nella ricercadi base e non dotato delle strutture e dei mezzi per ope-rare in campo clinico. Il perseguimento della conoscenza,daltronde, il motore per ogni finalit applicativa. unpo come quando qui da noi, in golfo, si vedono i ragazzi-ni che escono in Optimist per fare scuola di vela. Spessovengono rimorchiati da un gommone dove c listruttore.La cosa importante del convoglio sono loro e tutto vienefatto in loro funzione, perch saranno poi loro a cimentar-si nelle regate. Il nostro ruolo simile a quello del gom-mone: portiamo la clinica, le applicazioni mediche, nella

direzione e nel posto migliore perch queste possano darei massimi risultati.

La ricerca quindi una ricerca di frontiera, che tende arispondere a domande ancora aperte, a risolvere problemiancora insoluti.

Le frontiere delle neuroscienze sono tante: dallo studioe utilizzo delle cellule staminali per riparare parti del tes-suto nervoso danneggiate o morte, alla comprensione deimeccanismi che regolano linvecchiamento e determinanola morte, alla visualizzazione del cervello in attivit per

comprendere dove e come esso svolga le funzioni vitali cui preposto ed eserciti le capacit cognitive ed intellettiveche lo caratterizzano distinguendolo da quello degli altrianimali. E tantissimo altro ancora.

ALCUNI ESEMPICellule staminali

Allinizio degli anni 90, la sperimentazione animaleha prodotto la prima, chiara evidenza che le cellule sta-minali possono essere utilizzate per formare blocchi dicellule da utilizzarsi come trapianti. I ricercatori hannodimostrato che si possono prelevare cellule staminali daun animale in crescita e persuaderle a dividersi e molti-plicarsi in laboratorio. Le nuove cellule possono svilup-parsi in modi diversi, potendo dare origine anche a neu-roni. Non solo, ma quando queste cellule vengono

impiantate nel cervello, esse crescono e stabiliscono con-tatti funzionali con quelle pre-esistenti. Da allora, le sco-perte si sono succedute una dietro laltra, in modo travol-gente. Si scoperto che anche il cervello umano, nonsolo durante la crescita, ma anche quando adulto, pos-siede cellule staminali che possono essere indotte a mol-tiplicarsi ed essere utilizzate per fare innesti. Anche altritessuti, come losso, il midollo osseo e la pelle, possie-dono cellule staminali che possono essere forzate, inlaboratorio, a produrre cellule con le caratteristiche diquelle nervose. La ricerca ora indirizzata a: comprendere in dettaglio la biologia e le funzioni delle

cellule staminali sviluppare metodologie per riparare il cervello ed il

midollo spinale in modo permanente.I neuroscienziati sanno da tempo, infatti, che dopo una

lesione molti neuroni del sistema nervoso periferico (inervi) possono ricrescere (si pu, infatti, riattaccare un artoamputato), ma i neuroni del sistema nervoso centrale (cer-vello e midollo spinale) non hanno questa capacit. Infatti,nel sistema nervoso centrale alcune cellule producono pro-teine che impediscno la rigenerazione delle cellule e deiloro prolungamenti. Ma dagli anni 80 gi si sa che lam-

biente esterno a queste cellule pu essere modificato, con-trastando lazione di queste proteine o promuovendo quel-la dei fattori di crescita. Sono attive in tutto il mondo ricer-che che tendono a: comprendere i meccanismi che regolano la riparazione

delle cellule nervose danneggiate sviluppare metodologie per promuovere la riparazione

di queste cellule.Negli ultimi anni i ricercatori hanno gi ottenuto

qualche risultato negli animali da esperimento. Si

PREFAZIONE


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scoperto che alcune cellule embrionali ignorano le mo-lecole che si oppongono alla rigenerazione ed allariparazione delle cellule adulte. Queste cellule possonoripristinare le connessioni perse in un midollo spinalelesionato. Ratti e gatti con lesioni spinali hanno anchedimostrato un certo recupero dellattivit motoria, inseguito a trattamenti di questo tipo. Altri gruppi di ricer-

ca stanno studiando la possibilit di utilizzare cellulenon embrionali.

Invecchiamento

Si sta cercando di capire cosa si verifica nel normale pro-cesso di invecchiamento, compresi i meccanismi molecolariche mantengono le capacit cognitive e le funzioni sensitivee motorie in et avanzata. Questi studi stanno chiarendo lemodalit di comparsa di fenomeni neurodegenerativi comelAlzheimer ed il Parkinson. Per esempio, studiando il pas-saggio dallinvecchiamento normale allAlzheimer, si visto

che molti soggetti anziani con un modesto danno cognitivo,ancor prima di manifestare demenza, hanno gi una eviden-te perdita neuronale in alcune parti della corteccia cerebrale,simile a quella che si ha nellAlzheimer. Si stanno cercandomodifiche cellulari e cognitive ancora pi precoci, in mododa poter identificare le persone pi a rischio ed, eventual-mente, trattarle.

Le attuali tecniche neuropsicologiche ed i sistemi divisualizzazione del cervello in vivo stanno chiarendo le rela-zioni esistenti fra cambiamenti fisiologici che si verificano inun cervello normale e quelli che daranno origine a deficitcognitivi. Molto recentemente si visto che, contrariamente

a quello che si era sempre pensato, alcune regioni del cervel-lo possono produrre nuovi neuroni, anche nellanziano. Ilnumero di nuovi neuroni che si formano diminuisce dram-maticamente con let, ma pu essere aumentato da vari fat-tori, quali lesercizio (fisico ed intellettuale) e larricchimen-to ambientale. Lultrasessantenne che legge molto, va a tea-tro, va alle conferenze organizzate dai club culturali dellacitt, incontra gli amici al bar e fa capannello in Piazza Unitdi domenica, fa un ottimo lavoro per mantenere efficiente ilproprio cervello. Lo stesso vale per il bambino o adolescen-te che studia, svolge unattivit fisica, magari di squadra,

gioca molto, vive in un ambiente familiare e scolastico sti-molante e viaggia molto.

Si stanno cominciando a capire le fasi molecolari checontrollano la produzione di nuovi neuroni, nella speranza dipoterla accelerare. Un altro fronte quello di stimolare lafunzione di neuroni che degenerano o perdono le loro carat-teristiche con let. Cellule ingegnerizzate per produrre fatto-ri di crescita neuronali sono gi state impiantate nel cervellodi primati non umani vecchi che hanno significativamenterecuperato le funzioni perse di quelle parti del cervello.

Visualizzazione del cervello

Negli anni 70 i ricercatori hanno iniziato ad utiliz-zare i computer per analizzare le informazioni che siottengono da un fascio di raggi-x quando attraversa ilcervello. stato cos possibile ottenere le prime imma-gini anatomiche del cervello in un essere umano viven-te. Alla TAC (tomografia assiale computerizzata) si poi

aggiunto, negli anni 80, un secondo metodo che utilizzagrossi magneti per catturare i segnali che i protoni emet-tono quando vengono eccitati in un certo modo: la RMN(risonanza magnetica nucleare). Essa in grado di forni-re immagini anatomiche ancora pi precise, fino al puntodi distinguere la sostanza bianca da quella grigia. Neglianni 90 si scoperto che la stessa RMN poteva essereutilizzata per rilevare le variazioni di flusso ematico, for-nendo cos le prime indicazioni funzionali sullattivitdel cervello.

Nella met degli anni 90, infine, si sono sviluppati i

primi modelli realistici, basati su risonanza magnetica,per identificare le sedi precise dellattivit elettrica delcervello, rilevata mediante elettroencefalografia (EEG).Come dal rumore di una strada affollata si possonoestrarre le voci dei passanti, il rumore dei tacchi o ilsuono di una radiolina, dal segnale EEG si possonoestrarre le componenti dovute a regioni corticali diverseed identificarne la localizzazione.

In questo campo, le ulteriori frontiere sono rappresen-tate da:

conoscere con precisione quali regioni corticocerebrali

sono responsabili di singole funzioni motorie, sensitivee cognitive

individuare quali regioni possono vicariare quellealterate

sviluppare efficaci strategie mirate per il recupero e lariabilitazione delle funzioni perse.

Non solo di questi argomenti, ma di molti altri si par-ler in questo piccolo manuale sulle neuroscienze, chevuole essere pi informativo che scientifico, pi divulgati-vo che nozionistico. I singoli capitoli sono stati scritti e

disegnati da giovani amanti delle neuroscienze, curiosi edentusiasti, che non chiedono niente in cambio, gi paghidella soddisfazione e del divertimento di averlo fatto. Inquesto spirito, non ci sono diritti di copyright, se non intel-lettuale. Ogni parte del libro pu essere riprodotta in qual-siasi forma e per qualsiasi scopo. Lunica richiesta quel-la di rendere onore agli Autori, menzionandoli quando siutilizza il loro materiale.


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Hanno partecipato alla stesura di questo libretto:

Alberto BiancoAndrea BrovelliAnna MontagniniEleonora VasileGiovanni Mirabella

Laura BorgioniLuca TiciniLucia CarrieroLuigi Corvetti

Ci stata particolarmente utile, per aver letto le bozzeed averci dato buoni suggerimenti, la dott.ssa FrancescaCapodanno.

Prof. P. Paolo BattagliniResponsabile del B.R.A.I.N.Presidente del Comitato per la Promozione delle Neuroscienze


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CERVELLO E MIDOLLO SPINALEIl sistema nervoso riveste un ruolo chiave nellammini-

strazione del corpo di tutti gli animali. In ogni momentoesso riceve ed elabora unenorme quantit di segnali pro-venienti sia dallambiente esterno che dagli organi internie, sulla base di tali informazioni, elabora strategie che con-sentono agli esseri viventi di sopravvivere e riprodursi.Questa incessante attivit particolarmente dispendiosa daun punto di vista energetico. Negli esseri umani il cervelloadulto rappresenta solo il 2% del peso corporeo e tuttaviaconsuma oltre il 20% delle risorse energetiche dellorgani-smo. Questalto costo compensato dalle straordinariecapacit cognitive delluomo che ne fanno uno degli esse-ri viventi pi adattabili che esistano sul pianeta.

Lelemento costitutivo di base del sistema nervoso sempre lo stesso: il neurone. Tuttavia, esattamente allo

stesso modo in cui usando dei tasselli di ceramica si pos-sono costruire mosaici diversi, il sistema nervoso dei varianimali si differenzia sia per la sua struttura anatomica cheper i compiti che riesce a portare a termine. Le differenzepi evidenti sono quelle esistenti tra i vertebrati (pesci,

anfibi, rettili, uccelli e mammiferi) e gli invertebrati (inset-ti, molluschi, vermi, e cos via). Gli invertebrati hanno unsistema nervoso relativamente semplice che consente perlo pi reazioni stereotipate a stimoli esterni (con la note-vole eccezione dei molluschi che sono in grado di appren-dere soluzioni a problemi relativamente complessi). Cinon significa che questi animali siano inferiori, anzinella maggioranza dei casi rispondere velocemente senzapensare un sistema molto efficace sia per sfuggire ai pre-datori che per catturare le prede. I vertebrati hanno inveceevoluto un sistema nervoso molto pi malleabile neiconfronti delle informazioni apprese nel corso della lorovita. Quindi in questi animali accanto ai comportamentiistintivi, che non spariscono affatto, si affiancano compor-tamenti appresi dalla nascita allet adulta.

Dal momento che noi siamo dei vertebrati, abbiamo scel-

to di descrivere questo tipo di sistema nervoso soffermando-ci, con un pizzico di partigianeria, su quello dei mammiferi.

Il sistema nervoso di tutti i vertebrati, da quello deipesci a quello delluomo, pu essere suddiviso in due parti:il sistema nervoso centrale e il sistema nervoso periferico.

IL SISTEMA NERVOSO

Il midollo spinale interamente racchiuso

in un canale che le

vertebre formano una

sullaltra: il canale ver-

tebrale. Lateralmente e

fra una vertebra e lal-

tra, il canale vertebrale

dotato di apertureche consentono il pas-

saggio dei nervi spina-

li. Fra un corpo verte-

brale e laltro esiste uncuscinetto fibroso (il

disco intervertebrale)

con al centro un

nucleo relativamente

pi molle, che consen-te loro un certo grado

di mobilit e funge da

ammortizzatore.


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Con una certa approssimazione si pu dire che questulti-mo rappresenta linterfaccia del sistema nervoso centralecon il mondo esterno. Il sistema nervoso periferico includetutti i nervi e tutti i gangli, ovvero tutti quei raggruppa-menti di neuroni che stanno sparsi nel corpo al di fuoridella colonna vertebrale. Esso formato da una compo-nente sensoriale e da una componente motoria. Linsieme

dei nervi sensoriali trasmette al sistema nervoso centralesia le sensazioni che provengono dai visceri che quelleprovenienti dagli organi sensoriali. Diversamente, gli ordi-ni emanati da questultimo vengono inviati tramite i nervimotori. La componente motoria viene ulteriormente distin-ta nel sistema nervoso somatico, comprendente i nervi chevanno ai muscoli, e nel sistema nervoso autonomo, forma-to dai nervi che vanno agli organi interni e che sono corre-lati al controllo di funzioni involontarie. A sua volta ilsistema nervoso autonomo formato da due sistemi, quel-lo simpatico e quello parasimpatico, che hanno effetti

opposti sugli organi interni. Lattivazione del sistema sim-patico prepara allazione: la frequenza cardiaca aumenta, ipolmoni si dilatano per fornire pi ossigeno, la digestione inibita, viene stimolata la secrezione di adrenalina. Alcontrario, lattivazione del sistema parasimpatico consentele funzioni di mantenimento dellorganismo: la frequenzacardiaca si abbassa, la digestione viene attivata e il sogget-to spesso cade in uno stato di torpore.

Il sistema nervoso centrale dei mammiferi formato datre regioni: il midollo spinale, il cervello ed il cervelletto.Il midollo spinale contenuto interamente nella colonnavertebrale, mentre le altre strutture si trovano allinterno

della scatola cranica.Non affatto un caso che il sistema nervoso centrale

sia racchiuso da un involucro possente. Le sue parti sonoinfatti molto delicate e siccome, specie in et adulta, lacapacit di rigenerazione del tessuto nervoso molto limi-tata, la sua integrit deve essere preservata da possibilitraumi.

Non questa lunica protezione: infatti, lintero siste-ma nervoso centrale immerso in un fluido incolorechiamato liquido cerebrospinale.

Questo liquido fa da cuscinetto attutendo i colpi che

accidentalmente lanimale riceve sulla testa o sul tronco,distribuendone limpatto su tutta la superficie del cervello.Le varie regioni del sistema nervoso svolgono compitidiversi e, in un certo senso, complementari. Il midollo spi-nale la principale via di comunicazione fra il cervello edil sistema nervoso periferico. Al midollo afferiscono tuttele informazioni sensoriali provenienti dalla pelle, daivisceri, dai muscoli e dalle articolazioni del tronco e degliarti. Dal midollo, nascono le fibre motorie che giungonoai muscoli e che controllano i movimenti volontari.

Il cervello, nelluomo, pesa circa 1300 1400 grammi ed fatto

da circa 100 miliardi di neuroni. La superficie corticale dotata di

profondi solchi, che separano le circonvoluzioni, al fine di aumen-tarne la superficie. Laspetto esteriore diverso da individuo a

individuo (come diversa la faccia di ciascuno), ma molti dei sol-chi sono sempre presenti e consentono la suddivisione del cer-

vello in lobi. I lobi prendono il nome dalle ossa della scatola cra-

nica sotto cui si trovano: lobo frontale, davanti, parietale in alto edal centro, occipitale dietro e temporale in basso.

Il liquido cerebrospinale fa da cuscinetto attutendo i colpi che

accidentalmente lanimale riceve sulla testa o sul tronco, distri-buendone l'impatto su tutta la superficie del cervello.


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Il cervello formato da diverse parti: il bulbo, il ponteed il mesencefalo, che presiedono al controllo delle fun-zioni vegetative (ad esempio modulano la frequenza delbattito cardiaco e determinano quella respiratoria); il dien-cefalo, formato dallipotalamo, con il ruolo di mantenerecostante lambiente interno del corpo (cio di mantene-re attorno a certi valori ottimali caratteristiche come la

temperatura corporea e la concentrazione di alcune sostan-ze sciolte nel sangue), e dal talamo, attraverso il quale pas-sano tutte le informazioni dirette alla corteccia cerebrale.

Infine gli emisferi cerebrali. Sono due, sono approssi-mativamente uguali e, nelluomo, ricoprono quasi tutte lealtre parti del cervello. La superficie degli emisferi rive-stita dalla corteccia cerebrale, che specialmente nelluomo

presenta un gran numero di fessure, dette solchi, e di con-vessit, detti giri. Ogni emisfero ulteriormente suddivisoin quattro lobi principali, separati da fessure profonde: illobo frontale, il lobo parietale, il lobo temporale e il lobooccipitale. A loro volta i lobi possono essere divisi in ungran numero di aree cerebrali ognuna delle quali specia-lizzata per una certa funzione. Le aree possono essere sud-

divise in sensoriali primarie (le prime a ricevere i messag-gi dalle vie sensoriali ascendenti), sensoriali secondarie(compiono ulteriori analisi sui segnali in ingresso), moto-rie (generano e controllano i movimenti volontari) e poli-modali (combinano segnali sensoriali provenienti dadiversi sistemi e danno il via alla preparazione di un attomotorio o ad altre funzioni cognitive).

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EMISFERO SINISTRO

Comunicazione verbale Elaborazione verbale e simbolica dellemozione Elaborazione analitica delle immagini Esecuzione di sequenze motorie complesse Percezione dei suoni ad alta frequenza Elaborazione dellinformazione con alta frequenza tem-

porale Riconoscimento dei volti Esecuzione di sequenze motorie apprese volontariamen-

te Elaborazione e memorizzazione a modelli, ad esem-

pio A+B=C

EMISFERO DESTRO

Comunicazione non verbale (gesti ed espressioni) Capacit visuo-spaziali: percezione della profondit,

localizzazione spaziale, identificazione di figure geome-triche complesse

Conoscenza spaziale del proprio corpo e del suo inseri-mento nellambiente

Percezione ed elaborazione globale delle immagini Percezione della tonalit e modulazione della voce Percezione dei suoni a bassa frequenza Discriminazione dellespressione del viso Elaborazione dellinformazione con bassa frequenza

temporale Apprendimento associativo non cosciente

Principali differenze funzionali fra i due emisferi cerebrali

Nella figura schematizzata l'estensione delle aree motorie e

sensitive primarie in tre diversi cervelli animali (non riprodotti in

scala). L'estensione relativa (rispetto all'intero cervello) non cam-

bia molto, ma la grossa differenza fra il cervello dell'uomo e quel-lo degli altri animali l'enorme aumento in superficie delle aree

associative e polimodali, soprattutto nel lobo frontale, ma anche

nel temporale e nel parietale.

Nel corso dellevoluzione dei mammiferi c stato unprogressivo aumento del volume del cervello soprattuttoin virt della crescente estensione della corteccia cerebra-le. Tuttavia non vi stato un corrispondente aumento delvolume della scatola cranica. Per guadagnare spazio, lacorteccia si ripiegata su se stessa, formando solchi e giri.Laspetto che ne risulta dallesterno un po come quellodel guscio di una noce, anche se le irregolarit sono in pro-porzione pi marcate. Questa progressione evolutiva la si

pu intuire osservando il cervello di diverse specie dimammiferi attualmente esistenti. Lespansione della cor-teccia non stata omogenea nel senso che ci che si ampliato sono le aree polimodali, quelle frapposte tra learee sensoriali e le aree motorie, ovvero tra linput e lout-put. Lincredibile espansione di questi settori della cortec-cia sta ad indicare che gli animali pi evoluti possonoelaborare le informazioni pi a lungo e pi approfondita-mente prima di produrre una risposta.


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I NEURONIIl cervello umano composto da un enorme numero di

cellule, chiamate neuroni: ce ne sono circa 100 miliardi, unnumero paragonabile a quello delle galassie esistenti nel-luniverso. A loro volta tali cellule sono connesse le unealle altre secondo schemi specifici e molto complessi.Lorganizzazione del cervello quindi estremamente com-

plicata, ma le sue componenti strutturali sono cellule,ovvero entit analoghe a quelle che si trovano in ogni altraparte del corpo. E tali cellule funzionano esattamente comein tutti gli altri organi del corpo, ma nel cervello lintera-zione produce qualcosa di straordinario: la visione, lamemoria e tutte le altre funzioni mentali.

Quello dellinterazione un punto fondamentale.Infatti, presi singolarmente, i neuroni non sono in gradodi espletare alcuna funzione cognitiva, nemmeno la pielementare. Non esistono neuroni in grado di vedere, diricordare o di pensare. Non sono cio i singoli compo-nenti a fare del cervello leccezionale organo che . Maallora? Lipotesi pi accreditata che le operazioni cog-

nitive pi elementari, da cui poi discendono quelle picomplesse, siano il frutto delle interazioni dinamiche diinsiemi neuronali o reti. A supporto di questa teoria, stato dimostrato che le propriet dellinsieme sonomolto di pi della semplice somma delle propriet dellesingole cellule.

I neuroni sono le cellule pi vecchie e

pi lunghe dell'organismo. I neuroni simantengono per tutta la vita: le altre

cellule, anche da adulte, muoiono e

vengono rimpiazzate, ma questo non si

verifica per i neuroni. Da vecchi, per,abbiamo meno neuroni che da giovani,

ma quelli che sono rimasti sono

comunque gli stessi di quando erava-

mo piccoli. Ci nonostante, almeno inuna regione del cervello (l'ippocampo),

nuovi neuroni possono crescere nell'uo-

mo adulto.

I neuroni possono essere anche molto

grandi. In alcuni casi, come per i neu-roni corticospinali (che si portano dalla

corteccia motoria al midollo spinale), i

motoneuroni o i neuroni afferenti primari

(come quelli che portano informazionidalla pelle al midollo spinale ed al tron-

co dell'encefalo), si possono raggiun-

gere lunghezze di diverse decine di

centimetri, fino al metro e pi!


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La forma dei neuroni

Le cellule nervose sono elementi altamente specializ-zati nel captare e inviare messaggi. La loro forma testimo-nia la vocazione di queste cellule alla comunicazione: dalcorpo cellulare di ogni neurone si diparte un grandissimonumero di diramazioni lunghe e ramificate che gli con-sentono di entrare in contatto con molti altri neuroni.

In media ciascun neurone comunica direttamente concirca 1000 altri neuroni: moltiplicando per il numero dicellule nervose, si pu stimare che nel cervello vi sianocirca 100.000 miliardi di contatti. Bastano queste cifreastronomiche per spiegare le funzioni cerebrali? No! Se icontatti fossero stabiliti casualmente, infatti, di certo nonsaremmo in grado di leggere questo libretto e di fare moltealtre cose. Il piano di cablaggio dei neuroni ha una pre-cisa organizzazione che si stabilisce nel corso dello svilup-po, ma che pu essere modificata anche nel corso delletadulta. Le ramificazioni dei neuroni si distinguono in due

categorie: dendriti e assoni. I dendriti, che possono esserenumerosissimi, sono le porte dingresso dei segnali ner-vosi, mentre lassone (ogni neurone ne possiede uno solo) il canale duscita. I messaggi viaggiano sempre in unu-nica direzione: vengono captati dai dendriti, si propaganosino al corpo cellulare e vengono convogliati nellassone.Una volta raggiunta la fine dellassone, i segnali nervosi

passano da una cellula allaltra a livello di una strutturaestremamente specializzata chiamata sinapsi, della qualeparleremo in un altro capitolo.

La morfologia dei neuroni del cervello di un mammi-fero molto eterogenea: si possono annoverare circa 1000tipi di neuroni diversi, che vengono distinti a seconda dellaloro forma e del tipo e quantit di ramificazioni. I neuroniunipolari, che rappresentano la forma pi primitiva di cel-lula nervosa, sono tipici del sistema nervoso degli inverte-brati. Hanno un solo prolungamento che ha sia la funzionedi ricevere che di trasmettere segnali. I neuroni bipolari

hanno due prolungamenti: uno il dendrite, laltro unassone. Nei mammiferi adulti questo tipo di cellule sonopresenti nellepitelio olfattivo, nella retina e nel midollospinale. I neuroni multipolari sono quelli pi comuni nelsistema nervoso dei mammiferi. Essi hanno molti dendritied un solo assone, il quale pu dar origine a numerosi ramicollaterali. La configurazione dei rami dendritici pu esse-re molto varia. (1) Nei motoneuroni del midollo spinale lecellule che innervano i muscoli scheletrici, cio i dendriti,originano da tutta la superficie del corpo e sono relativa-mente pochi. (2) Nelle cellule piramidali i dendriti nasco-no dagli apici del corpo cellulare. (3) Infine in un tipo di

neurone che si trova nel cervelletto, chiamato cellula diPurkinje, i dendriti si dispongono in un unico verso, ricor-dando i rami di un albero. Lenorme numero di dendritisuggerisce che le cellule di Purkinje sono in grado di rice-vere una grande quantit di informazioni.

I neuroni (le cellule nervose) hanno diverse forme e dimensioni. I

neuroni pi piccoli sono grandi solo 4 micron, mentre quelli pi

grandi posso arrivare a 100 micron (un micron corrisponde a unmillesimo di millimetro).


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Per pi di 100 anni si detto che, una volta raggiunta let adulta, la vita del cervello tutta in caduta. Non sifanno nuovi neuroni dopo la nascita, stato detto, e li perdiamo soltanto, probabilmente ad una velocit di unmilione al giorno.

Cos, quando nel 1998 Henriette van Praad, al Salk Institute (USA), ha visto i risultati dei suoi esperimenti corsafuori dal laboratorio a comprarsi un paio di scarpe da ginnastica, sperando che quella vecchia convinzione fosse sba-

gliata. La ragione del suo ottimismo derivava dallaver appena scoperto che i ratti adulti che si allenano correndo suun tappeto ruotante producevano nuovi neuroni ad una velocit incredibilmente superiore che nei ratti sedentari.Lavorando nello stesso laboratorio dove appena un anno prima Fred Gage aveva dimostrato per la prima volta cheluomo adulto pu produrre nuovi neuroni, Henriette ha sperato di poter aumentare i propri, magari potenziandoanche le proprie capacit intellettive, correndo.

Molti scienziati oggi pensano che potrebbe avere ragione, specialmente alla luce di nuove ricerche che hannodimostrato che i neuroni appena nati nel cervello dei ratti adulti sono fondamentali per aumentare la memoria. La sco-perta fa seguito a quelle succedutesi negli ultimi 15-20 anni che hanno rivelato come il cervello sia, a livello cellula-re, molto malleabile e modifichi costantemente le proprie connessioni interne. Si visto che lapprendere nuove abi-lit si associa allo sviluppo di nuovi contatti (sinapsi) fra i neuroni, potenziando cos la capacit di comunicazione frale cellule: il cervello, insomma, si costruisce sulla base dellesperienza. Mentre labilit di rimodellare le proprie con-

nessioni interne ormai un principio certo alla base della memoria e dellapprendimento, le nuove scoperte degliultimi 3-5 anni indicano che il cervello ha una seconda possibilit per migliorare le proprie prestazioni: formare nuovineuroni ed aumentare, cos, enormemente le propie capacit di elaborazione. Fino ad oggi sono due le zone del cer-vello dove stata dimostrata una crescita significativa di neuroni: il bulbo olfattivo e lippocampo. Questultimo giocaun ruolo estremamente importante nella regolazione della memoria, dellapprendimento e delle emozioni.

La scienza, per, ha il palato difficile e sono ancora necessarie delle prove inequivocabili che lesercizio fisico oqualsiasi altra cosa, come nuove esperienze, possano effettivamente far moltiplicare i neuroni nel cervello adulto edaumentarne la memoria. E bisogna ancora dimostrare che anche altre regioni, al di fuori del bulbo olfattivo e del-lippocampo, abbiano questa capacit. Questultimo punto , probabilmente, solo questione di tempo: la sperimenta-zione animale e ladozione di sofisticate tecniche di indagine (grazie alla quantit di denaro che i risvolti economicidi queste ricerche riescono a mobilitare) stanno portando a ritenere che si possa avere neurogenesi anche nella cor-teccia cerebrale e, forse, in altre regioni sottocorticali.

Gli psichiatri sanno da tempo che lesercizio fisico pu aiutare le persone ad uscire da uno stato di depressione eora i neuroscienziati stanno scoprendo la base strutturale di tale fenomeno. Ci sono anche prove preliminari che alcu-ni farmaci antidepressivi, come il Prozac, possano in parte esercitare la loro azione favorendo la formazione di unmaggior numero di neuroni. Queste informazioni propongono un concetto completamente nuovo sulla depressione: chegran parte di essa sia dovuta a processi che deprimono la neurogenesi, mentre la guarigione potrebbe essere dovutaa fattori che la potenziano. Il fatto che larricchimento delle esperienze ambientali possa drasticamente modificarelentit della popolazione neuronale ed il suo modo di funzionare pu anche spiegare perch, dopo la menopausa, ledonne in terapia con estrogeni sembrano mantenere meglio la loro acutezza mentale e perch le persone che fannocruciverba, leggono molto o sono coinvolte in altre forme regolari di ginnastica mentale abbiano gli stessi benefici.Daltra parte si potrebbe anche capire perch un ambiente monotono e poco stimolante incupisca e renda meno reat-tive le persone e perch lAlzheimer sia pi frequente nelle persone con pi basso livello di scolarizzazione. Queste

nuove ricerche potrebbero anche spiegare perch una buona notte di sonno sia cos importante per lapprendimento:si d pi tempo ai nuovi neuroni di stabilire nuove connessioni nelle regioni del cervello dove la memoria viene depo-sitata.

Queste sono solo alcune delle fantastiche possibilit che derivano dalla recente scoperta che le persone produco-no nuovi neuroni per tutta la vita, forse migliaia al giorno, e che ci dipende dalla loro attivit fisica e mentale. I ricer-catori stanno lavorando affinch queste scoperte portino a metodi semplici per potenziare la capacit del cervello aprodurre nuovi neuroni, per migliorare lapprendimento e la memoria, riparare i danni dovuti a infarti o traumi, pre-venire o curare la malattia di Alzheimer, il morbo di Parkinson e altre patologie neurodegenerative.


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Il potenziale di riposo

Come comunicano i neuroni? Tramite segnali che,indipendentemente dal loro contenuto, sono tutti della stes-sa natura, ovvero sono segnali elettrici. Siamo quindi dellecentrali elettriche? In qualche modo proprio cos. Tutte lecellule del nostro organismo sono immerse in un liquidoformato da acqua e sali, dal quale sono isolate grazie alla

membrana cellulare che le circonda. Sia nel liquido ester-no che in quello presente allinterno del neurone vi sonodiversi tipi di molecole elettricamente cariche: gli ioni.Alcuni ioni hanno una carica positiva mentre altri hannouna carica negativa.

Gli ioni pi rappresentati sono gli ioni sodio (Na+),potassio (K+), calcio (Ca++) e cloro (Cl-) e, solo allinter-no della cellula, vi sono alcune proteine che hanno caricanegativa. In condizioni di riposo, ovvero quando la cellulanon invia alcun messaggio ad altri neuroni, vi uno squi-librio nella distribuzione delle cariche elettriche fra i ver-

santi esterno ed interno della membrana, tale che linternodel neurone elettricamente negativo rispetto allesterno(il K+ pi concentrato allinterno, mentre il Na+ e ilCa++ sono pi concentrati allesterno). Questa differenzafissa, dettapotenziale di riposo, si aggira, per quasi tutti ineuroni, attorno ai -70 millivolt.

La diversa distribuzione ionica viene creata e mantenu-ta nel tempo dallazione di particolari proteine della mem-brana cellulare, chiamate pompe ioniche, presenti nella

membrana. Queste pompe spingono gli ioni nella direzio-ne opposta a quella naturale. La pi diffusa nel sistemanervoso la pompa sodio-potassio. Essa spinge tre mole-cole di sodio allesterno della cellula e due molecole dipotassio allinterno. In tal modo il versante citoplasmaticodella cellula diviene pi negativo del versante esterno. Perfar ci, le cellule devono spendere dellenergia. Si calco-

lato che le pompe ioniche potrebbero essere responsabili dicirca il 70% del fabbisogno energetico del cervello.

Il potenziale dazione

Larrivo di un messaggio provoca un flusso di ioni chemodifica la differenza di potenziale tra i due versanti dellamembrana cellulare. Se tale differenza aumenta, ovvero seil potenziale diviene pi negativo, si dice che la membranasi iperpolarizza. Viceversa se la differenza di potenziale trail versante interno ed esterno della membrana diminuisce,si dice che la membrana si depolarizza. Le correnti iper-

polarizzanti o depolarizzanti che vengono generate neidendriti si propagano, attraverso il corpo cellulare, sino araggiungere la porzione iniziale dellassone. Qui i segnaliricevuti dai vari dendriti del neurone vengono sommatialgebricamente e, se il computo finale quello di una cor-rente che depolarizza la membrana cellulare dellassone,tanto da raggiungere il cosiddetto valore di soglia (che inmolti neuroni si aggira attorno ai -55 millivolt), si innescaun impulso nervoso o potenziale dazione. Al contrario setale valore critico non viene raggiunto il potenziale nonviene generato.

La genesi del potenziale dovuta allo scambio di ioni

attraverso due tipi di canali ionici molto particolari: i cana-li voltaggio-dipendenti per il sodio (Na+) e per il potassio(K+). Quando il versante interno della membrana divienemeno negativo, ovvero si depolarizza, questi canali siaprono lasciando passare i relativi ioni. I canali del Na+ siaprono per primi permettendo lingresso dei relativi ioni.Poich, grazie allazione delle pompe ioniche, gli ioni Na+

sono pi concentrati allesterno della cellula e inoltre ilversante interno della cellula negativo, la spinta ad entra-re enorme ed in breve il flusso ionico diviene cos cospi-cuo da far diventare il versante interno della membrana,

ove si sono aperti i canali, pi positivo di quello esterno.

Quando un neurone non sta producendo segnali, si dice che "a

riposo". Quando un neurone a riposo, il suo interno negativorispetto all'esterno. Anche se le diverse concentrazioni ioniche ai

due lati della membrana cercano di bilanciarsi, ci non avviene,

in quanto la membrana cellulare consente il passaggio solo di

alcuni ioni, attraverso canali specializzati. Oltre ai canali selettivi,

la membrana cellulare dotata anche di pompe che consumanoenergia per spostare 3 ioni sodio fuori dal neurone ogni 2 ioni

potassio che vengono portati dentro.


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Dopo un po questo processo si arresta, in quanto i canalidel Na+ si chiudono spontaneamente impedendo che ladepolarizzazione continui ulteriormente. Quasi contempo-raneamente si aprono i canali del K+ e i corrispondenti ionifluiscono copiosamente verso lesterno della cellula (sia invirt del fatto che sono pi concentrati al suo interno chein virt del fatto che in questo momento il versante cellu-

lare della membrana positivo). Gli ioni K+ continuano adentrare sino a quando il potenziale di membrana torna alvalore di riposo. Lintero processo dura uno o due millise-condi in tutto.

LA GLIAQuando si parla di cervello si comincia subito a pensa-

re ai neuroni ed alle loro reti di comunicazione. vero, ilcervello e il sistema nervoso funzionano perch i neuroniparlano tra loro, si toccano si scambiano informazionisvolgendo il ruolo di regista nella commedia della vita. Ma

che cosa ne sarebbe se venisse a mancare la GLIA?

Mentre la microglia occupa un posto a s, nel gruppodella macroglia sono inclusi gli astrociti, le cellule diSchwann e gli oligodendrociti. E chi la GLIA? Chi laGLIA??!!, direbbe qualcuno. La glia lamica dei neuronio meglio, si tratta di una serie di amiche che supportano,consigliano, nutrono, lavano e stirano, e qualche voltapuliscono casa. Ma cominciamo dallinizio. Le cellule

gliali sono delle cellule non neuronali classicamente sud-divise in due gruppi principali, microglia e macroglia.

Forse poche persone conoscono gli oligodendrociti e lecellule di Schwann, ma sicuramente tutti avranno sentitonominare la sclerosi multipla. Questa una malattia delsistema nervoso in cui si ha la perdita della mielina e laconseguente incapacit, da parte dei neuroni, a condurre ilsegnale elettrico. La mielina prodotta proprio dalle cel-lule gliali, ma a cosa serve e cos la mielina? Ormai siamoabituati ad immaginare lassone come un cavo elettrico,ma come potrebbe funzionare un conduttore senza la sua

guaina di gomma? Disperderebbe tanta di quella di cor-

La glia differisce dai neuroni per diversi

aspetti:

i neuroni hanno due tipi di processi:la glia ne ha uno solo

i neuroni possono generare potenzia-

li dazione: le cellule gliali no, ma

hanno un potenziale di riposo i neuroni hanno sinapsi che usano

neurotrasmettitori: le glia non ha

sinapsi chimiche

i neuroni non continuano a dividersi(non quelli maturi, almeno): le cellu-

le gliali s

ci sono molte pi cellule gliali che

neuroni (almeno 10 50 volte di pi).


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rente che probabilmente non saremmo capaci di registrarealcun segnale alla sua estremit. Perci, ritornando al neu-rone, la sinapsi non sarebbe capace di rilasciare il neuro-trasmettitore: la mielina rappresenta proprio la guaina digomma dellassone. Nel sistema nervoso centrale ognioligodendrocita abbraccia pi neuroni che vi si avvolgonosopra con pi giri. Nel sistema nervoso periferico la stessa

funzione svolta dalle cellule di Schwann che, da bravemonogame, abbracciano e avvolgono un solo assone. stato calcolato che mentre le fibre mielinizzate conduconoil segnale alla velocit di circa 100 metri/secondo, quellesenza la mielina conducono ad una velocit di circa 1metro/secondo e se pensate che alcuni nervi sono lunghianche pi di un metro... provate ad immaginarne leffettodi fronte ad un cane inferocito.

Le cellule microgliali sono delle piccole cellule glialiche svolgono un p la stessa funzione dei macrofagi, chesono alcune cellule del sistema immunitario. Generalmente

sono quiescenti e pochine, ma in seguito ad un danno cere-brale (tumore, Alzheimer, sclerosi multipla) scattano deimeccanismi molto simili a quelli infiammatori, che fanno sche la microglia si incammini verso il sito danneggiato,rilasci delle sostanze medicamentose e spazzi via dalcampo di battaglia, fagocitandoli, i frammenti di cellulemorte.

Le altre cellule non neuronali che mancano al nostroappello sono gli astrociti, delle cellule stellate (da qui laparola astrocita) che collaborano in stretto contatto con ineuroni. Uno dei loro compiti quello di interporsi tra ilsistema nervoso centrale (cervello e midollo spinale) e il

sangue trasportato nei vasi, formando una sorta di filtro, labarriera ematoencefalica (BEE).

Gli astrociti inviano delle propaggini che provvedono atappare i buchi dei capillari e a filtrare il sangue impe-dendo a molecole troppo grandi, cellule, farmaci, molecolepoco liposolubili (ricordiamoci che le membrane delle cel-

lule sono fatte soprattutto di grassi) di entrare nel cervello.Tuttavia la BEE pu rompersi in condizioni particola-

ri, come quelle infiammatorie, e cos permette il passag-gio di molte sostanze, utili e non. Ma se una sostanzapotenzialmente tossica entra nel nostro organismo, comefa il cervello a decidere di farla fuori? Ci sono alcunezone che non sono protette dalla BEE, tra queste c il

centro del vomito: se una sostanza tossica entra in circo-lo stimoler il centro del vomito che stimolando a suavolta il vomito permetter leliminazione della sostanzadannosa. Altri compiti degli astrociti sono di fornirenutrimento e sostegno meccanico ai neuroni, di collabo-rare con la microglia nella pulizia e nel rilascio di sostan-ze infiammatorie (citochine) e fattori di crescita. Inoltreessi sono molto importanti nella regolazione della tra-smissione sinaptica: recentemente stato scoperto chepossiedono dei recettori per i neurotrasmettitori, propriocome i neuroni, che permettono loro di assorbire il neu-

rotrasmettitore in eccesso regolando la comunicazione traneuroni. Non solo, il neurotrasmettitore rilasciato daineuroni (leffetto del glutammato quello pi studiato) fain modo che gli astrociti possano rilasciare calcio nel-lambiente circostante, in modo che questo stimoli altriastrociti ed il segnale al calcio si propaghi come un olin uno stadio di calcio appunto, e le onde calcistichefanno s che gli astrociti rilascino glutammato che va asua volta a stimolare il neurone. Anche se queste sonosolo alcune delle funzioni degli astrociti e di tutte le cel-lule gliali, facile notare che da quando si pensava che lecellule gliali avessero solo un ruolo di supporto per i neu-

roni (glia deriva proprio da una parola greca che signifi-ca colla) se ne fatta di strada. Tuttavia, la glia rimaneancora un po misteriosa e c molto ancora da fare e dastudiare per comprendere il suo ruolo e magari, perchno, poterla anche sfruttare a fini terapeutici, ma su questoritorneremo quando parleremo delle cellule staminali.


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Una delle storie pi controverse del pensiero umano quella di immaginare come faccia luomo a pen-sare. Nel ventesimo secolo i neuroscienziati proposero una teoria secondo la quale i protagonisti del pensiero erano i neuroni. I neuroni si connettono fra loro a formare reti complicate, inviando e ricevendosegnali sotto forma di unintelligente combinazione di messaggi elettrici e chimici. Ogni neurone ricevemigliaia di messaggi dai suoi vicini e decide se inviarne o meno di suoi. Anche se i neuroni sono effettivamentei principali attori della storia dellattivit nervosa, essi sono enormemente superati, in numero, dai loroattendenti: le cellule gliali. La glia fornisce il supporto meccanico, le sostanze nutritive ed sempre l intor-

no ad assistere i neuroni che si parlano fra loro.Successivamente, per, gli scienziati hanno scoperto che le cellule gliali fanno molto di pi che stare a

guardare: sono coinvolte direttamente nella comunicazione fra i neuroni e, a volte, possono influenzarla.Secondo la neurobiologa Fiona Doetsch di Harward (USA), Le cellule gliali sono fra le cellule pi intrigan-ti e misteriose del cervello. Fiona fra i ricercatori che hanno recentemente dimostrato che alcune cellulegliali possono trasformarsi in neuroni. Gli scienziati avevano gi trovato, nel cervello, riserve di cellule sta-minali che potevano diventare neuroni; ora lidentit di quelle cellule stata scoperta: si tratta di glia.

Alcuni ricercatori hanno focalizzato la loro attenzione sul cervello in via di sviluppo di animali molto gio-vani, dove le cellule radiali della glia emettono prolungamenti che servono come una sorta di binari perguidare i neuroni neoformati verso la loro posizione definitiva nel cervello adulto. Questi scienziati hannoscoperto che i progenitori dei nuovi neuroni sono le stesse cellule radiali della glia. Le cellule radiali della

glia non si trovano nel cervello adulto, ma ci perch esse poi maturano formando gli astrociti, che sonosolo un altro tipo di glia. La dott.ssa Doetsch ed altri hanno ora dimostrato che, in almeno due regioni delcervello, anche gli astrociti possono diventare neuroni.

Se fosse vero che molti o tutti gli astrociti possono diventare (o essere indotti a diventare) neuroni, potreb-bero essere sviluppate strategie rivoluzionarie per il trattamento delle patologie cerebrali dovute a eccessivamorte dei neuroni, quali la malattia di Alzheimer. Al momento, per, la ricerca scientifica ha solo scopertouna nuova funzione degli astrociti: quella di dare origine a nuovi neuroni. Molto deve ancora essere fatto percapire come ci avvenga e come, eventualmente, possa essere influenzato.


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Un esempio lampante viene dallillusione di VonFiendt.

Quali sono le sfere e quali le cavit? A seconda didove pensiamo si trovi la fonte di luce alcuni oggetti cisembreranno sfere altre ci sembreranno cavit; inverten-do limmagine il giudizio percettivo si capovolge e quel-le che prima sembravano sfere divengono cavit e vice-versa. Perch succede questo? Il cervello elabora i gra-dienti chiaroscuro in base allassunto che gli oggettisiano illuminati dallalto. Perci interpreta le semisfere

con la parte superiore chiara come convesse e viceversaquelle con la parte superiore scura come concave. Semanca il gradiente lillusione scompare. Quindi la cor-teccia visiva elabora linformazione sensoriale partendodallassunto che la luce provenga dallalto. Non uncaso: luomo si evoluto sulla Terra dove la fonte di luceproviene normalmente dal cielo, si tratti del sole o dellaluna, per cui lassunto dellilluminazione dallalto favori-sce la prontezza e la precisione dei giudizi percettivi nellamaggioranza delle situazioni.


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Dal dolore acuto e istantaneo di una ferita a quellopersistente e urente dellartrite, alla sofferenzasenza tregua del danno di un nervo, la Natura ha fatto inmodo che il dolore sia un segnale che non pu essere igno-rato. Nel cervello, ad esempio, il dolore non trattato dauna sola regione o area specializzata, ma da molte, fra lequali quelle coinvolte nellattenzione, nelle emozioni e nelcontrollo dei movimenti. E se una di queste regioni vienedanneggiata, la sua funzione viene assunta da unaltra.Cos il dolore percorre vie ridondanti, in modo chelinformazione sul pericolo possa essere sempre ricevuta:tirati fuori da questa situazione critica e stanne alla larga.

Per quanto utile sia nel proteggerci, questa molteplicitdi vie complica enormemente la ricerca di metodi per leni-re il dolore, come milioni di persone che ne soffrono sannomolto bene. La molteplicit di queste vie pu spiegare, ad

esempio, come si possa avere male ad un arto per moltotempo dopo che levento che lo ha causato finito e losti-nazione della Natura sul fatto che questi messaggi urgentidebbano comunque essere inviati spiega perch cos dif-ficile lenire il dolore del cancro, dellartrite e di tante altregravi affezioni che ci possono colpire.

La sfida contro il dolore costellata da frustrazioni. Perun centinaio danni abbiamo usato laspirina e, dagli anni80, un arsenale di prodotti basati su principi attivi diversi,solo per cercare di sopprimere anche il dolore pi sempli-ce. Anche se ci si riusciti, il sollievo dal dolore pi lungoe complesso riesce ancora ad eludere la farmacologia. Inquesti casi le scelte sono poche: morfina, farmaci pipotenti dei semplici analgesici, la neurochirurgia perdisconnettere le vie nervose o la rassegnazione ad un sol-lievo parziale con luso degli analgesici convenzionali.

Ora, per, le barriere cominciano a crollare.Utilizzando nuove tecnologie, quali la visualizzazione delcervello e la biologia molecolare, gli scienziati stannocominciando a capire meglio il dolore ed a svilupparenuovi modi per trattarlo.

I MECCANISMI DEL DOLORE

Sparse per tutto il nostro corpo ci sono tre tipi di fibrenervose che portano al cervello segnali che sono in grado didare origine a sensazioni coscienti. Le fibre A-beta rispon-dono al tatto, al caldo, al freddo ed a sostanze chimiche chenon sono dolorose. Le fibre A-delta e le fibre C, invece,trasportano segnali che generalmente danno origine a dolore.Delle due, le fibre A-delta sono pi grandi e conducono leinformazioni pi velocemente; esse danno origine a queldolore immediato che tanto efficace da farci allontanare lamano da un oggetto che scotta. Il dolore prodotto dalle pi

piccole fibre C, invece, sordo, lancinante o urente: pi lentoa instaurarsi, ma di durata maggiore. Tutte queste fibre entra-no nel midollo spinale, dove si interrompono prendendo con-tatto con altre fibre che portano linformazione al cervello.

Quando una parte del corpo danneggiata, a causa diun taglio o di un colpo, ad esempio, si attiva il sistemaimmunitario che, oltre a produrre il ben noto rossore erigonfiamento della zona irritata, rilascia sostanze quali li-stamina e le prostaglandine, che stimolano le fibre A-deltae C a condurre stimoli dolorifici al midollo spinale. Il dolo-re che ne risulta durer poco tempo, se il danno non statoserio. Una lesione pi grave, invece, pu danneggiare leterminazioni nervose e i nervi tanto da far persisitere ildolore per giorni o settimane, come il caso del dolorepost-operatorio. Alcuni ricercatori stanno sperimentandocon successo lanalgesia preoperatoria, che consiste nel

trattare preventivamente la zona da operare con un aneste-tico locale, anche se poi il paziente verr comunque ane-stetizzato. Impedendo ai segnali del dolore di essere tra-smessi, questa procedura riduce il dolore sofferto successi-vamente, sia per intensit che per durata.

Il dolore cronico, come quello alla schiena, reumatoi-de, osteoartritico e il mal di testa pu essere dovuto ad unostato infiammatorio continuo. Per questa ragione spessovengono usati con successo i farmaci anti-infiammatoripiuttosto che gli analgesici puri.

Ma un tipo diverso, estremo, di dolore cronico quel-lo neuropatico. Il dolore neuropatico pu comparire per undanno nervoso dovuto a chirurgia o ad una lesione; anchecomune nel diabete, nellAIDS, nel cancro e nellherpeszoster. Il dolore neuropatico insorge improvvisamente; ilpaziente non si aspetta che avr un dolore che non passere che non risponder ad alcun trattamento. Il meccanismodel dolore neuropatico sconosciuto ma, essendo unaffe-zione gravissima, intrattabile ed incurabile, riscuote sem-pre pi attenzione da parte dei ricercatori e delle compa-gnie farmaceutiche. Molti neuroscienziati ritengono che lasensibilizzazione del sistema nervoso in seguito ad unalesione sia un fatto determinante nellinsorgenza del dolo-

re neuropatico. Alcuni sospettano, inoltre, che il dolorenon solo ecciti il sistema nervoso, ma possa anche alterar-ne alcuni aspetti del funzionamento.

Non si sa esattamente come impulsi veicolati da fibrenervose possano dare origine alla percezione del dolore.Ma quello che i ricercatori sanno bene (e non solo loro,purtroppo) che pi a lungo dura il dolore, pi intenso probabile che diventi; il sistema nervoso, infatti, si sensi-bilizza e la stessa entit di stimolazione viene percepitacome pi intensa.

IL DOLORE


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LA CHIMICA DEL DOLORE PERIFERICOIl danno tissutale provoca la lesione o distruzione di

alcune cellule che riversano il loro contenuto nello spaziointercellulare.

Fra le sostanze che vengono cos liberate vi sonoalcune molecole, come la bradichinina, la serotonina,alcune prostaglandine e gli ioni potassio che eccitano le

terminazioni nervose libere delle fibre C. Queste invianoallora al midollo spinale impulsi che, raggiunto il cervel-lo, vengono interpretati come dolore. Ma le fibre C costi-tuiscono reti terminali relativamente ampie e gli impulsiche viaggiano verso il midollo spinale invadono anches-se, determinando la liberazione di sostanza P.

Questa, agendo sui piccoli vasi ematici, provocavasodilatazione ed edema e induce la liberazione di ista-mina da parte dei mastociti. Listamina, a sua volta, sti-mola le fibre C creando, cos, un circolo chiuso che simanterr fino a quando le mastcellule, le altre cellule del

sistema immunitario ed il maggior flusso ematico, che si instaurato nella zona, non consentiranno il lavaggiodellinterstizio con la rimozione delle cellule danneggia-te e dei loro prodotti. Ci spiega perch al dolore imme-diato, pungente ed acuto che si ha quando si subisce unpiccolo trauma ne segue uno pi sordo, duraturo ed uren-te. Il primo mediato dalla attivazione delle fibre A-delta, il secondo dalle fibre C.

LA TEORIA DEL CONTROLLO A CANCELLOTante volte, dopo aver picchiato la testa o subto un

colpo da qualche parte, troviamo sollievo massaggiandocila parte offesa. Come mai?

Esiste una teoria che cerca di spiegare questo fenome-no e che prende il nome di teoria del controllo a cancel-lo. Secondo questa teoria, le informazioni tattili non dolo-

rifiche sarebbero in grado di controllare, cio di chiuderela porta alle informazioni dolorifiche, non appena questeentrano nel midollo spinale. Il modello teorico che spiegala teoria prevede che nella sostanza grigia del midollo spi-nale vi sia un neurone che riceve le informazioni prove-nienti dalla periferia sensitiva e le ritrasmette al cervello.Questo neurone riceverebbe informazioni sia dalle fibrenon dolorifiche (A-beta) che da quelle dolorifiche (A-delta). Quando una delle due viene stimolata, la relativainformazione (tatto o dolore) viene trasmessa al cervello. Ilneurone, per, influenzato anche da un neurone locale

(un interneurone) che di natura inibitoria. Tale interneu-rone riceve informazioni da ramificazioni collaterali dellefibre sia A-beta che A-delta, le quali, per, agiscono su dilui in modo opposto. Le fibre A-beta lo eccitano e quelleA-delta lo inibiscono. Cosa succede, allora, quando si hauna stimolazione dolorifica seguita da una tattile?Inizialmente la fibra dolorifica A-delta eccita il neurone ditrasmissione ed inibisce linterneurone inibitorio.

Una lesione tissutale provoca una cascata di eventi che portano

al mantenimento della sensazione dolorifica anche per lungo

tempo.

I principali mediatori di questo fenomeno sono di natura chimica.


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Questultimo, essendo inibito, non esercita la sua azioneinibitoria sul neurone di trasmissione, che quindi liberodi trasmettere le sue informazioni al cervello e... sentiamomale. Successivamente attiviamo (magari con un leggerosfregamento) le fibre A-beta della stessa parte del nostrocorpo che stata appena offesa. vero che la fibra A-betaattiva anchessa il neurone di trasmissione, aumentando

quindi lentit delle informazioni che esso trasmette, maattiva anche linterneurone inibitorio. Questa eccitazionecontrasta linibizione esercitata su di esso dalle fibre A-delta, cos linterneurone libero di inibire il neurone ditrasmissione. Questo cessa di trasmettere informazioni, percui sentiamo meno dolore.

Se la teoria vera (non si sono ancora ottenute provesperimentali definitive a suo favore e, daltronde, la circui-teria del midollo spinale ben pi complessa di quantoammesso nel modello), essa spiega anche perch, dopo unpo di tempo, la stimolazione tattile non pi efficace. Le

fibre A-delta, infatti, smettono presto di inviare impulsi evengono sostituite, nella trasmissione delle informazionidolorifiche, dalle fibre C. Queste non solo non avrebberola circuiteria ipotizzata dalla teoria del controllo a cancel-lo, ma verrebbero ulteriormente stimolate dal massaggio odalla frizione della parte lesionata. La stimolazione mec-canica, infatti, provocherebbe una maggior diffusione deimetaboliti algogeni (che provocano dolore), peggiorandocos la situazione. Si potrebbe anche verificare che una sti-

molazione tattile di per s non dolorifica, potrebbe diven-tare tale, proprio provocando ulteriori lesioni a cellule gidanneggiate (con conseguente uscita di metaboliti) ocomunque aumentando la diffusione dei metaboliti libera-ti in precedenza. Tale situazione prende il nome di iperal-gesia ed , anchessa, sfortunatamente ben nota.

LA MODULAZIONE CENTRALE DEL DOLORELa percezione del dolore dipende dal contesto degli

eventi nel corso dei quali si verifica la lesione come puredallesperienza culturale e sociale dellindividuo.Lesempio forse pi evidente di quanto contino le influen-ze non sensitive sulla percezione del dolore deriva dalle-sperienza dei soldati in battaglia. Spesso molti di essi igno-rano le proprie ferite e non denunciano alcun dolore fino aquando sono fuori pericolo. Molto pi semplicemente,comunque, sar capitato a tutti di farsi male durante ungioco e di accorgersi pi tardi di avere un livido o una pic-

cola ferita, senza di fatto sapere come la si sia procurata. Lapossibilit di inibire il dolore in momenti critici ha un ele-vato significato adattativo: in questo modo lindividuo libero di concentrarsi su altri stimoli e di produrre le rispo-ste comportamentali pi appropriate alla propria sopravvi-venza.

Lesistenza di sistemi neurali in grado di modulare ildolore era stata sospettata a lungo, sulla base dellosserva-zione che anche piccole quantit di morfina o di oppio eser-citano un potente effetto analgesico che mediato da spe-cifici recettori cerebrali. La presenza di recettori per glioppioidi allinterno del sistema nervoso centrale stata

confermata dai neuroscienziati negli anni 70, facendonascere lidea che dovessero esistere dei sistemi fisiologiciin grado di produrre naturalmente queste sostanze alloscopo di regolare la percezione del dolore. Altrimenti per-ch, si chiedevano i ricercatori, dovrebbero esistere deirecettori per molecole che non esistono nel nostro organi-smo? Era evidente che, se cerano i recettori, ci dovevanoessere anche le molecole. Si scoperto che i recettori pergli oppioidi sono concentrati in alcune parti del tronco del-lencefalo e che la stimolazione di queste regioni, negli ani-mali da esperimento, provocava analgesia associata a inibi-

zione dei neuroni delle corna posteriori del midollo spinale(da dove entrano le fibre sensitive). Sono stati quindi sco-perti sistemi neurali diversi che contengono oppioidiendogeni quali le encefaline, le endorfine e le dinorfine,

La trasmissione di uno stimolo doloroso pu essere influenzatadalla concomitante applicazione di un pi leggero stimolo tattile.

Linterazione fra le due stimolazioni avviene nelle corna posteriori

del midollo spinale. A questo livello, fibre discendenti da struttu-

re superiori possono ulteriormente modificare ed attenuare la tra-smissione delle informazioni dolorifiche alla corteccia cerebrale.

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tutti coinvolti nella modulazione centrale del dolore.Vi sono diversi di questi sistemi, e uno dei pi noti ha le

sue cellule di origine nel tronco dellencefalo, in un ammas-so di sostanza grigia che, nel mesencefalo, circonda il cana-le centrale (che qui prende il nome di acquedotto di Silvio).Si tratta della sostanza grigia periacqueduttale, che inviafibre verso il basso, al bulbo e al midollo spinale. Una volta

arrivate alle corna posteriori del midollo spinale o, pi insu, ai neuroni sensitivi dei nervi cranici (quali, ad esempio,quelli del nervo trigemino), queste fibre eccitano i neuronilocali che liberano encefaline. Queste ultime, infine, eserci-tano una forte azione analgesica, riducendo lentit dellatrasmissione di informazioni dolorifiche dal midollo spina-le e dai nervi cranici verso il cervello.

Cosa induce la sostanza grigia periacqueduttale ad atti-varsi e promuovere la sua benefica azione? Essa riceveimportanti contingenti di fibre dalla corteccia cerebrale,responsabile delle nostre attivit coscienti e dallipotalamo,

essenziale per la nostra vita vegetativa. Ci spiega piena-

mente lanalgesia da stress: quando siamo in una situazio-ne di pericolo, sia la nostra corteccia cerebrale che lipota-lamo inviano messaggi eccitatori alla sostanza grigiaperiacqueduttale, che cos promuover la liberazione diendorfine a livello spinale e troncoencefalico. Non solo: lasostanza grigia periacqueduttale riceve fibre anche da rami-ficazioni dei sistemi sensitivi che ascendono lungo il midol-

lo spinale verso il cervello. Quindi le stesse informazionisensitive, (che non sono solo tattili, ma possono essereanche di natura muscolare, se stiamo svolgendo unattivitfisica), possono svolgere unazione modulante sulla perce-zione del dolore. Quando lattivit fisica cessa e/o la cor-teccia cerebrale non pi impegnata nel gestire situazionicritiche, lattivazione della sostanza grigia periacqueduttalediminuisce, vengono liberati meno oppioidi endogeni suineuroni sensitivi del midollo spinale e linformazione dolo-rifica, se ancora presente, riesce ora a farsi strada verso ilcervello segnalandoci, cos, che qualcosa di importante era

successo quando non potevamo occuparcene, ma che ades-so il momento di prestarvi attenzione.

Uno dei pi noti sistemi per il controllodiscendente della trasmissione delle

informazioni dolorifiche ha le sue cel-

lule di origine nel tronco dellencefalo,

in un ammasso di sostanza grigia che,

nel mesencefalo, circonda il canalecentrale (che qui prende il nome di

acquedotto di Silvio). Si tratta della

sostanza grigia periacqueduttale, che

invia fibre verso il basso, al bulbo edal midollo spinale.

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Spesso ci stupiamo della precisione e dellabilit conla quale atleti professionisti riescano a eseguireparticolari evoluzioni e movimenti. Daltro canto, ognunodi noi, nella vita quotidiana, compie movimenti altamentespecializzati quali camminare, parlare e scrivere che ilnostro sistema nervoso centrale in grado di organizzarecon estrema accuratezza, orchestrando lazione di una granquantit di muscoli, necessari a svolgere questi compiti.

Per poter capire come il sistema nervoso centrale riescaa compiere questi movimenti, dobbiamo proprio partire daimuscoli. Quasi tutti i muscoli sono connessi a una o piarticolazioni. La contrazione di un muscolo, ad esempiolagonista, pu muovere o irrigidire unarticolazione, equesto pu dipendere dalla presenza di una forza oppostaal movimento oppure dalla contrazione di un muscoloopposto allagonista, lantagonista. Sono relativamente

pochi i muscoli che agiscono su un tessuto morbido, ealcuni esempi sono i muscoli che muovono la lingua e gliocchi, e i muscoli che controllano le espressioni facciali.

Un muscolo composto da migliaia di fibre muscolari,ognuna delle quali controllata da un solo neurone, moltogrande, che prende il nome di alfa motoneurone. Daltrocanto, un alfa motoneurone pu controllare centinaia difibre muscolari, creando cos una unit motoria. Questineuroni motori sono essenziali e costituiscono lanello digiuntura tra il cervello e i muscoli. Se vengono danneggia-ti, una persona non pi in grado compiere movimentie la cosa, al momento attuale, non reversibile.

Uno dei movimenti pi semplici il riflesso monosi-naptico, che costituisce una stereotipata risposta motoria aun particolare stimolo esterno. Diversi recettori sensibiliallo stiramento del muscolo (chiamatifusi neuromuscola-ri) inviano informazioni agli alfa motoneuroni sullo statodi contrazione o tensione del muscolo stesso. Un improv-viso stiramento muscolare (come ad esempio quando ilmedico batte leggermente un tendine, o il ginocchio, perverificare i vostri riflessi) invia una serie di impulsi almidollo spinale attraverso le fibre dei fusi neuromuscolari.Questi, a loro volta, attivano i neuroni motori del muscolo

producendo una contrazione chiamata riflesso da stiramen-to. Lo stesso stimolo sensoriale inattiva, o inibisce, i moto-neuroni del muscolo antagonista attraverso dei neuroni dicollegamento presenti nel midollo spinale, chiamati neuro-ni inibitori: ci rende pi facile e veloce la contrazione delmuscolo eccitato.

La sensibilit dei fusi neuromuscolari controllata dalcervello attraverso motoneuroni pi piccoli degli alfa, dettigamma motoneuroni, che controllano le fibre dei fusi neu-romuscolari e permettono al cervello di preparare il siste-

ma a compiere svariati compiti motori. Se, ad esempio, unmuscolo si accorcia, i suoi fusi neuromuscolari si afflo-sciano perdendo di sensibilit; il sistema nervoso centra-le, allora, attiva i gamma motoneuroni che, facendo con-trarre i fusi neuromuscolari, li rimettono in tensione, ren-dendoli nuovamente sensibili.

Sappiamo ora che questo complesso sistema rispondediversamente se il compito motorio richiede un precisocontrollo della posizione degli arti (ad esempio, tenere unatazzina di caff) oppure se si richiede un movimento rapi-do e deciso (calciare un pallone). Potete constatare questediverse strategie motorie provando a scendere un piano discale al buio oppure alla luce. Vi renderete immediatamen-te conto di come sia necessario adottare una particolarestrategia in base alle condizioni esterne. Oppure pensate diessere alla Oktoberfest, a Monaco, mentre una bella e

biondissima cameriera teutonica vi sta portando, su un vas-soio, il vostro boccalone di birra da due litri, tenendolo suun vassoio con un braccio solo (la forza di queste ragazze sorprendente). Voi prendete il vostro boccale di birra e,se non fosse per questo finissimo sistema di controllo dellaforza muscolare, la brusca variazione del peso che il brac-cio della ragazza deve sostenere le farebbe lanciare il vas-soio sul soffitto!

Un altro riflesso estremamente importante il riflessoda allontanamento, che avviene quando calpestate unoggetto appuntito a piedi nudi. La vostra gamba si allonta-na immediatamente dallo stimolo potenzialmente nocivo(flessione), mentre la gamba opposta reagisce contraendo-si cos da poter mantenere lequilibrio. Questultimo even-to chiamato riflesso di estensione crociata. Queste rispo-ste avvengono molto rapidamente e non richiedono un par-ticolare livello attentivo, visto che sono processi automati-ci propri del sistema di neuroni del midollo spinale.

Lo stesso sistema di neuroni spinali sembra esser coin-volto anche nel controllo dellazione alternata dellegambe, necessaria per camminare. Difatti, lo schema diattivazione muscolare che produce una camminata coordi-nata pu essere indotto in animali a quattro zampe stimo-

lando lo stesso midollo spinale. Sembra che questi proces-si spinali si siano evoluti nei vertebrati primitivi e chesiano probabilmente rimasti intatti nel corso dellevoluzio-ne fino ad arrivare alluomo.

Per eseguire movimenti pi complessi che richiedonouna programmazione cosciente, come ad esempio scrivereo stringere la mano, necessario un controllo dei mecca-nismi spinali da parte di un sistema neurale molto pi com-plesso e vario: il cervello. Grazie ad attenti studi su animalie recentemente anche su essere umani mediante le nuove

IL SISTEMA MOTORIO


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tecniche di visualizzazione del cervello, gli scienziati stan-no iniziando a conoscere le complesse interazioni cheavvengono tra diverse regioni cerebrali durante la pianifi-cazione e lesecuzione dei movimenti.

Gran parte della programmazione e messa in atto deimovimenti avviene nella corteccia cerebrale. Lazionecongiunta di aree frontali e parietali permette la program-mazione di movimenti pi o meno complessi. In questearee, le informazioni sullambiente circostante (ad esem-pio, la posizione degli oggetti in una stanza) e sulla posi-zione del proprio corpo rispetto ad essi vengono integratee utilizzate per programmare i movimenti desiderati.Queste informazioni vengono poi inviate allarea cortica-le principalmente coinvolta nel controllo dei neuroni delmidollo spinale e di gran parte dei motoneuroni, larea

motoria. Alcuni neuroni nellarea motoria sembra control-lino lazione coordinata di molti muscoli, cos da poterprodurre movimenti organizzati degli arti in particolarizone dello spazio.

La corteccia cerebrale che comprende larea motorianon comunque lunica struttura cerebrale coinvolta nelcontrollo dei movimenti, ma altre regioni cerebrali, comead esempio i gangli della base, il talamo, il cervelletto e ungran numero di neuroni nel tronco dellencefalo sonoessenziali per unadeguata esecuzione dei movimenti.

Quando si intende compiere un movimento verso un oggetto, si

attiva quasi tutta la corteccia cerebrale. Inizialmente linforma-zione visiva eccita il lobo occipitale; da qui le informazioni

vanno ai lobi temporale e parietale per il riconoscimento dellog-

getto e della sua localizzazione spaziale. Quindi il flusso di

informazioni si porta alla corteccia prefrontale per la pianifica-zione del movimento e finalmente si attivano le cortecce motorie

per la sua esecuzione.


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Gli scienziati sanno che i gangli della base e il talamoformano innumerevoli connessioni con le varie aree senso-riali (visive, tattili, ecc.) e motorie della corteccia cerebralee che la corretta pianificazione ed esecuzione dei movi-

menti si ottiene solo attraverso lazione congiunta di varieregioni cerebrali. Il mal funzionamento delle aree motorie aseguito di un ictus cerebrale o la perdita di una correttaregolazione dei gangli della base, come quella che si riscon-tra nel morbo di Parkinson, possono causare seri disturbimotori. Inoltre, il cervelletto, particolarmente coinvolto nelcontrollo dei movimenti di abilit, una volta danneggiato,non permette unadeguata coordinazione muscolare ed ilcontrollo dellequilibrio. Il cervelletto riceve informazionisensoriali direttamente dai recettori muscolari, dai sensoriallinterno dellorecchio che codificano la posizione e il

movimento della testa, e dalla corteccia cerebrale. Sembrache il cervelletto integri tutte queste informazioni cos daassicurare unaffidabile coordinazione muscolare che cipermetta di eseguire movimenti complessi in maniera pi omeno automatica. Alcuni esperimenti indicano che, nelmomento in cui impariamo a camminare, parlare o suonareuno strumento, il dettagliato insieme di informazioni neces-sario a eseguire questi compiti immagazzinato nel cervel-letto e recuperato dalla corteccia cerebrale ogni volta che richiesto un particolare comportamento.

Quando si intende compiere movimenti volontari e complessi,

vengono interessate, oltre alla corteccia cerebrale, varie struttu-re sottocorticali e il cervelletto, che si prendono cura di calibra-

re la forza dei muscoli coinvolti, la loro sequenza di attivazione,

il momento dellinizio e della fine del movimento, quando lo

scopo desiderato stato raggiunto.


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IL MORBO DI PARKINSONIl morbo di Parkinson una malattia invalidante a decorso progressivo, caratterizzata da tremore e rigidit musco-

lare. Colpisce in prevalenza gli individui di et superiore ai 50 anni (solo raramente sono stati segnalati casi prima dei35 anni) e gli uomini vengono colpiti con frequenza leggermente superiore alle donne. La malattia deve il suo nome almedico inglese James Parkinson, che nel 1817 ne fece la prima dettagliata descrizione clinica. diffusa in tutto il mondoe costituisce la pi frequente fra le patologie che comportano disordini motori. Il morbo di Parkinson, le cui cause sonoancora ignote, caratterizzato dalla lenta e progressiva degenerazione, per atrofia, di alcuni gangli posti alla base delcervello, che coordinano i piccoli movimenti muscolari. In particolare, in questa regione i pazienti parkinsoniani pre-sentano una diminuzione della concentrazione di dopamina, un importante neurotrasmettitore ad azione inibitoria, coin-volto nella trasmissione degli impulsi nervosi. Per quel che riguarda i rimedi, oltre a terapie farmacologiche che tendo-no ad alleviare i sintomi anzich eliminarli permanentemente, nel 1987 stata introdotta una nuova tecnica, detta sti-molazione cerebrale profonda. Questo tipo di terapia prevede lintroduzione di un elettrodo allinterno di zone predefi-nite del cervello (alcuni nuclei del talamo), collegato a un particolare pace-maker che viene collocato a livello sottocu-taneo nei pressi di una clavicola. Il pace-maker ha la funzione di stimolare la zona cerebrale in modo da provocarne unblocco funzionale e liberare, quindi i pochi neuroni dopaminergici residui. Sembra che nell80-85% dei casi si mani-festi un notevole miglioramento dei sintomi e la scomparsa del tipico tremore che caratterizza la malattia.

LICTUSIctus un termine usato per designare tutte le manifestazioni morbose che avvengono in maniera improvvisa, pro-

curando un danno cerebrale che spesso conduce a morte, dovuto alla interruzione del flusso ematico a seguito di unaostruzione o di unemorragia dei vasi sanguigni cerebrali. Il cervello molto sensibile alla sospensione dellirrorazio-ne sanguigna, anche per pochi minuti, e il rapido deterioramento dei distretti coinvolti pu causare paralisi degli artio degli organi controllati dallarea cerebrale colpita. Se il tessuto danneggiato si trova nelle aree motorie, lictus simanifesta solitamente con debolezza dei muscoli facciali, incapacit di parlare, perdita del controllo della vescica, dif-ficolt di respirazione e deglutizione, paralisi o indebolimento, generalmente di un solo lato del corpo. La potenzialevittima, dunque, presenta spesso ricorrenti segni premonitori di paralisi transitorie, ad esempio a un braccio o a unagamba, o su un lato del volto, oppure deficit della parola, della vista o di altre funzioni motorie.

La maggior parte dei casi di ictus dovuta a blocco arterioso causato da trombosi o da embolia. La trombosi cau-sata dalla formazione di un coagulo in un vaso sanguigno che viene definito trombo. Un trombo si pu formare quan-do la circolazione sanguigna ostruita, anche parzialmente, a causa del restringimento di una grossa arteria, provo-

cato dalla presenza di una placca arteriosclerotica sulle pareti arteriose. Lembolia cerebrale si verifica, invece, quan-do unarteria cerebrale viene improvvisamente bloccata da parte di un corpo estraneo portato nella circolazione.Queste masse solide, dette emboli, possono essere trombi staccatisi da arterie, coaguli, corpi estranei e perfino bolledaria. Il trattamento dellictus basato in buona parte sulla prevenzione e consiste in un rigoroso controllo della dieta(in particolare dellapporto alimentare di grassi), nellesercizio fisico e, talvolta, nella somministrazione di farmacianticoagulanti e dosi quotidiane di acido acetilsalicilico. Importanti fattori di rischio per queste patologie sono liper-tensione, lipercolesterolemia e il fumo.


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Quali sono i segreti che portano allo sviluppo delcervello? Quali sono i meccanismi che portano auna differenziazione fra uomo e donna gi a livello fetale?Molte pagine sono state scritte in proposito, ma nonostan-te ci sono stati fatti appena i primi passi e pi si scopre,pi il mondo del cervello risulta affascinante. Luomo, secomparato con gli altri primati, ha un cervello molto pigrande in rapporto alle dimensioni del corpo. Il nostrocomportamento, distintivo ed unico, sicuramente emergedallaumento proporzionale delle dimensioni del cervello edella sua organizzazione, avvenuto nel corso dellevolu-zione umana. Quindi, per cercare di comprendere piena-mente le caratteristiche che ci distinguono dagli altri ani-mali superiori molto importante riuscire a capire comesi organizza e come cresce il nostro cervello.

LO SVILUPPO PRENATALEIl cervello e il sistema nervoso cominciano a prendere

forma a partire da tre settimane dal concepimento. In que-sto periodo, due sottili creste che percorrono parallelamen-

te tutta la lunghezza dellembrione - ancora piccolo e gela-tinoso - si chiudono dorsalmente formando il tubo neura-le. Alla quarta settimana di gestazione si possono gi rico-noscere, seppur abbozzate, le maggiori regioni del cervel-lo: ilprosencefalo, il rombencefalo ed il mielencefalo. Levescicole ottiche, da cui si formeranno gli occhi, sono giben individuabili. Verso i sei mesi di gestazione sono visi-bili chiaramente le circonvoluzioni cerebrali, quelle tor-tuosit del cervello molto importanti per aumentarne lasuperficie, fornendo posto alle pi varie attivit nervose.

LA NASCITA DEL CERVELLOSubito dopo il concepimento, il futuro individuo non

composto altro che da una sola cellula, che dividendosidar altre cellule figlie a lei uguali. Come fa a formarsi iltessuto nervoso partendo da un ammasso di cellule embrio-nali non distinguibili luna dallaltra? Il processo che per-mette questa favolosa metamorfosi chiamato differenzia-zione. I ricercatori, dopo anni di studi, sono riusciti ad indi-viduarne i fattori principali, permettendoci di guardareallinterno dei fenomeni alla base della crescita del sistemanervoso. Nella prima fase dello sviluppo, alcune molecole-segnale, provenienti dallinterno dellembrione stesso,interagiscono con lo strato pi esterno dei tre foglietti (dicui composto lembrione: esoderma, mesoderma edendoderma), facendo s che si differenzi in tessuto nervo-

so e nei suoi tipi cellulari. Il medesimo strato di cellule,sotto linflusso di altre molecole-segnale, si differenzia inpelle. Il fenomeno della differenziazione si basa sul fattoche ogni cellula dellorganismo (tranne quelle germinali)

contiene tutti i geni necessari alla formazione completadellintero organismo, ma solo in particolari condizioni ein presenza di determinati fattori chimici, alcuni geni ven-gono espressi e utilizzati, mentre altri rimangono silenti,dando luogo a diversi tipi cellulari. Affinch i neuroni(ancora non specializzati) diventino tipi altamente specia-lizzati di cellule nervose, ad ogni passo, devono essereesposti a delle molecole particolari. Maturano successiva-mente, ad esempio, in neuroni motori - che controllano imuscoli - e in cellule gliali - che agiscono come supporto

LO SVILUPPO DEL CERVELLO UMANO


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alle altre cellule nervose. Apartire, quindi, da un unico tipodi cellule e da diverse molecole-segnale agenti su un unicotipo di cellule non differenziate, si ottengono tutte le clas-si morfologiche e funzionali di cellule di cui dotato unindividuo adulto. Molte molecole-segnale sono state sco-perte, molte si devono ancora scoprire, molte sono in fasedi studio per poter, alla fine, essere utilizzate nella cura di

alcune patologie. In futuro, grazie ai progressi della ricer-ca, sapremo sempre di pi sugli organi che ci permettonodi vivere e potremo cos curare malattie fino ad ora consi-derate incurabili.

EPPUR SI MUOVEIl neurone, una volta differenziato, deve riuscire a col-

locarsi nel luogo in cui dovr compiere le sue funzioni.Cos, nel cervello, deve potersi muovere dagli strati dovesi differenzia - pi interni - verso la superficie esterna. Talemigrazione, nei suoi tempi e modi, molto importante

nella formazione della corteccia cerebrale - posta sullasuperficie esterna - nei primati, incluso luomo. I neuronidal luogo dorigine si spostano lungo fibre gliali. Molti fat-tori esterni, come lalcool e la cocaina, impediscono unacorretta migrazione, portando a risultati disastrosi per ilfeto come ritardi mentali e secondo alcuni studi anche le-pilessia. Una volta che il neurone giunto a destinazione,si compongono le connessioni appropriate per ogni singo-la funzione, come ad esempio per formare un gradino nelpercorso della visione.

PERIODI CRITICIIl cervello continua a rielaborare e raffinare le sue

strutture e le connessioni fra i neuroni anche dopo lanascita. Questi fenomeni sono necessari affinch lorga-nismo possa interagire, adattandosi, con le variazionidelle condizioni dellambiente circostante. I cambiamen-ti pi evidenti avvengono prevalentemente durante alcu-

ne fasi relativamente brevi, nella vita dellindividuo: iperiodi critici. In essi il sistema nervoso deve venire sot-toposto a determinate esperienze, pena limpossibilit disperimentarle in futuro. Privato dellesperienza, infatti, ilcervello non si auto-costruisce in modo adeguato e, unavolta passato il periodo critico, non pi in grado di ade-guarsi. Se ad esempio un bambino nascesse con una pal-pebra chiusa (ed esiste una patologia congenita di questotipo) e questa condizione perdurasse per alcuni mesi, ilrisultato sarebbe la perdita permanente della vista daquellocchio a causa alla mancanza della formazione di

connessioni fra locchio e i neuroni della corteccia visi-va. Capito ci, per i ricercatori stato pi facile poterprevedere una possibile cura o prevenzione per alcunedisfunzioni. Studi sperimentali hanno determinato, inol-tre, che ambienti pi ricchi di stimoli portano allaumen-to del numero di neuroni coinvolti nella memoria, inqualsiasi periodo della vita. Tutto ci porter i ricercato-ri a nuove scoperte sui trattamenti delle disabilit legateallapprendimento, ai danni cerebrali, alle malattie neu-rodegenerative, nonch alla vecchiaia.


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Le differenze fra il cervello femminile e quellomaschile sono state oggetto di profonde discussio-ni in passato, non per motivi futili ma per le effettive diffe-renze esistenti nelle abilit cognitive tra i due sessi. I duecervelli sono sostanzialmente uguali, ma si differenzianonel modello dorganizzazione e quindi nelle procedure de-laborazione e risposta delle informazioni provenienti dal-lesterno (senza contare i fattori genetici e sociali). In parti-colare, gli studi hanno evidenziato e mappato le asimme-trie funzionali esistenti fra i cervelli nei due sessi. Non sonosolo le cellule a subire una differenziazione nel loro svilup-po, ma anche il complesso sistema cerebrale che, sottopo-sto ad ormoni e stimolazioni ambientali si plasma, por-tando a modelli comportamentali e cognitivi differenti.

Utilizzando tecniche di visualizzazione del cervello si dimostrato che la donna presenta minor specializzazioneemisferica (quindi minor asimmetria), mentre luomo pre-senta un cervello funzionalmente asimmetrico (quindimolto lateralizzato) e dominante a destra.

La maggior asimmetria funzionale nelluomo deter-mina, per esempio, la dominanza del linguaggio nelle-misfero sinistro e delle abilit visuo-spaziali nellemi-sfero destro. Nella donna, invece, grazie alla maggiordistribuzione delle fibre di connessione interemisferiche,questa suddivisione del lavoro non cos evidente.Tale differenza il substrato anatomo-funzionale su cuisi basano le caratteristiche comportamentali e cognitivedei due sessi.

IL CERVELLO DELLA DONNA E DELLUOMO

Principali differenze tra il cervello della donna e quello delluomo

UOMO

Maturazione pi lenta Maggiore organizzazione asimmetrica Maggiore asimmetria funzionale Maggiore quantit di fibre intra-emisferiche Migliore analisi dello spazio Percezione: minore quantit di informazioni percepi-

te, maggiore analisi e memoria spaziale

DONNA

Maturazione pi veloce Minore organizzazione asimmetrica Maggiore quantit di fibre inter-emisferiche Maggiore percezione dello spazio nel suo insieme Percezione: maggire quantit di informazioni percepi-

te nellunit di tempo, maggiore sintesi Maggiore percezione dellaspetto emozionale Maggiore fluidit verbale

MASCHIO O FEMMINA? ASCOLTA SE PARLA!Chi ha mai negato che le donne sono pi chiacchierone degli uomini? Attraverso lanalisi ed il confronto nel

tempo di ecografie, i ricercatori si sono accorti che i feti delle femmine muovono la bocca molto di pi dei maschi.

Questo un risultato della precocit nello sviluppo che accompagna le femmine anche nello sviluppo post-natale.Tale movimento, tuttavia, non associato alla parola, ma riveste una certa importanza per la preparazione al movi-mento di suzione dal seno materno e quindi della futura sopravvivenza. In definitiva questo movimento pu essereconsiderato come una prima differenziazione senso-motoria fra i due sessi. Ma ancora prima, in periodi precedentidi sviluppo nel grembo materno, lorganizzazione diversa del cervello fra i due sessi si fa evidente. In particolare,la minor velocit di maturazione cerebrale del cervello maschile porta ad unasimmetria pi evidente fra i due emi-sferi nel maschio che nella femmina.

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Risalgono agli anni 60 e 70 le prime chiare dimo-strazioni di differenze fra i cervelli dei due sessi, almenonei roditori. In uno studio furono dimostrate differenzenelle dimensioni dei neuroni in una regione del cervellochiamata ipotalamo, che svolge una serie di funzionidecisive per il comportamento alimentare e riproduttivo.In un altro studio furono dimostrate, sempre nellipotala-

mo, differenze nel numero di connessioni fra i vari neu-roni. Da allora, i ricercatori hanno trovato una gran quan-tit di altre differenze, sia nelluomo che in altri animali.Ad esempio, il cervello maschile di circa il 10% pigrande di quello femminile, mentre alcune regioni, nelladonna, contengono proporzionalmente pi neuroni. Nonsi sa ancora bene, per, come le differenze strutturaliinfluenzino il comportamento dei due cervelli. possibi-le che il cervello maschile e quello femminile abbiano lestesse capacit, ma elaborino le informazioni in mododiverso. Ad esempio, uno studio ha dimostrato che gli

uomini e le donne riescono altrettanto bene in un test cherichiede di leggere una lista di parole senza significato edi riconoscere se facciano rima o meno. Ma in uno studiodi visualizzazione del cervello si dimostrato che, inquesto test, le donne usano regioni del cervello sia del-lemisfero destro che di quello sinistro, mentre gli uomi-ni utilizzano solo lemisfero sinistro. Altre ricerche sug-

geriscono che, in media, il cervello femminile riescameglio in alcuni compiti mentre quello maschile siamigliore in altri. Ad esempio, le donne possono in gene-re ricordare una lista di parole o di paragrafi meglio degliuomini. Dalt

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