Organizzazione Del SNC

7/18/2019 Organizzazione Del SNC

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Vista laterale di cervello umano

Organizzazione del

Sistema Nervoso Centrale



Corteccia cerebrale: 6 strati, diversi tipi neuronali.

Funzioni: processamento sensoriale, programmazione dei movimenti volontari, interfaccia sensorio-

motoria, apprendimento e memoria, attività cognitive.



Cervelletto: 3 strati, diversi tipi neuronali.

Funzioni: controllo delle attività motorie, coordinazione del movimento, apprendimento motorio,

movimenti oculari.



The Neuron

Figure 12.4



Dendritic Spines

Dendrites – Extensively branching from

the cell body

– Transmit electrical signals(graded potentials) towardthe cell body



Axon

– Neurofilaments, actinmicrofilaments, and

microtubules• Provide strength along

length of axon

• Aid in the transport of

substances to andfrom the cell body



Oligodendrociti



Fattori neuronali che favoriscono la mielinizzazione

Interazioni da contatto

Diametro dell’assone - almeno 0,2 μm. I l r apporto tra diametro assonale e numero di

avvolgimenti ècostante.

Molecole di adesione - Interazione tra laminina (sull’assone) e integrine (sull’oligodendrocita)

Attività elettrica

Oligodendrociti



Impulse activity in axons regulates oligodendrocyte development and myelination at several stages and via different signals.

(A) Immature OPCs (NG2+ cells) in white matter on an electrically silent unmyelinated axon. Such cells persist in significant numbers in the adult brain.(B) Electrical activity causes ATP release from axons, which generates adenosine that stimulates differentiation of NG2 cells to a mature oligodendrocyte, and

promotes myelination. K+ is released from electrically active axons. Blocking K+ channels in oligodendrocytes in culture has been shown to regulate

oligodendrocyte proliferation and lineage progression .

(C) Electrical activity can also alter the expression of cell adhesion molecules on the axon that are involved in initiating myelination . This has been shown to

regulate myelination by Schwann cells in the PNS, but the same molecule (L1-CAM) is involved in myelination by oligodendrocytes.

D) The release of the neurotransmitters Glu (glutamate) or GABA from synapses formed on NG2 cells could provide another mechanism to regulate myelination

in response to functional activity.

(E) After NG2 cells differentiate into oligodendrocytes, ATP released from axons firing action potentials stimulates the synthesis and release of the cytokine LIF

from astrocytes, which promotes myelination. Myelination during development and postnatally may be regulated by several other unidentified activity-dependent

signaling molecules affecting development of oligodendrocytes and myelin formation. Electrical activity in axons, via the release of neurotransmitters, ions and ATP may influence gene expression in oligodendrocytes by histone modification, RNA transport, local translation and regulate mRNA stability and translation by

miRNAs.

Oligodendrociti



La sclerosi multipla



• È una malattianeurodegenerativa concomponente autoimmuneche colpisce la sostanza

bianca del sistema nervoso

centrale.• Le lesioni sono localizzate a

livello delle guainemieliniche che rivestono i

nervi.• La perdita di mielina portaad un rallentamentodell’impulso nervoso e allacomparsa di “placche”.

• Le placche sono aree privedi mielina.

La sclerosi multipla



Astrociti

Funzioni:

- Regolazione [ioni]extracellulare

- Detossificazione xenobiotici- Regolazione efficacia sinaptica

- Inattivazione neurotrasmettitori

- Induzione e mantenimento BBB

- Induzione e mantenimento glia limitans

- Supporto trofico per neuroni e oligodendrociti



Astrociti

(materia grigia) (materia bianca)

Type 1 astrocyte Type 2 astrocyte

Classificazione anatomica

Classificazione per lineage e

fenotipo antigenico



Astrociti Dalla zona ventricolare del tubo neurale origina la glia

radiale.

La glia radiale si trasforma in astrociti alla fine del

periodo di sviluppo.



La comunicazione tra neuroni



Nella membrana plasmatica sono presenti canali voltaggio-dipendenti (si aprono con depolarizzazione).

Essi sono specifici per lo ione Na+ o per lo ione K+.

Il canale Na+ ha un cancello di apertura ed uno di inattivazione.

Il canale K+ ha solo un cancello di apertura.

Potenziale di azione

Con un elettrodo inserito all’interno della cellula ed un elettrodo di riferimento extracellulare collegati ad un

voltmetro, si registra una differenza di potenziale ai due lati della membrana.

In un neurone a riposo, tale potenziale è di circa -70 mV

Il potenziale di riposo è dovuto alla presenza di anioni proteici non diffusibili localizzati all’interno della

cellula …e ad una diseguale distribuzione di ioni Na+ e K+ ai due lati della membrana dovuta al lavoro

della pompa Na+ / K+ con bassa conduttanza della membrana per il Na+ e alta conduttanza per il K+.

In seguito ad una depolarizzazione (per es. dovuta ad attivazione sinaptica), alcuni canali Na+ si aprono,

determinando l’entrata di una certa quantità di ioni Na+.

La membrana subisce pertanto una depolarizzazione che porta il potenziale di membrana verso la soglia

Se la depolarizzazione iniziale determina il raggiungimento della soglia, avremo apertura di un maggior

numero di canali Na+ e innesco del fenomeno autorigenerativo.

A causa dell’improvviso ed ampio aumento della conduttanza al Na+ causato dal fenomeno

autorigenerativo, la membrana si depolarizza molto velocemente, ed il potenziale di membrana tende

verso il potenziale di equilibrio del Na+.

Tuttavia, il potenziale di membrana non raggiunge il potenziale di equilibrio del Na+ (+60 mV) a causa di

due fenomeni:

1) L’apertura di canali per il K+ (cinetica lenta rispetto a quelli del Na+), con conseguente uscita di K+;

2) La progressiva inattivazione dei canali Na+.

L’entrata di Na+ si è arrestata a causa dell’inattivazione dei canali Na+. Attraverso i canali K+ (ora aperti)

escono dalla cellula ioni K+.Questo efflusso di cariche positive determina la ripolarizzazione della membrana:

Poiché, in questo momento, la conduttanza al K+ è alta, il potenziale di membrana tende a Ek (-90 mV):

La ripolarizzazione determina quindi la chiusura dei canali K+ ...

… ed il ritorno del potenziale di membrana al valore di riposo.

Infine, abbiamo il ritorno allo stato chiuso (non inattivato) dei canali Na+.

A questo punto, anche se il potenziale di membrana è tornato su valori di riposo, deve comunque essere

ripristinata la normale distribuzione degli ioni Na+ e K+ (infatti, l’interno della cellula contiene una grande

quantità di Na+, mentre ha perso molti ioni K+, che sono abbondanti all’esterno).

La pompa Na+ / K+ (ATPasi Na+ / K+ dipendente) porta all’interno ioni Na+ ed espelle ioni K+ con

conseguente ristabilirsi dei gradienti.

Canale K+

voltaggio-dipendente

Canale Na+


Ione Na+

Ione K+



Conduzione

saltatoria

* * * *

* * * *

* *

* *

* *

* *

* * * * * * * * * * * * * * * * * *

* *

* * * * * * * * * * * * * *

* *



Sinapsi chimica



Ril i d l t ttit F i di SNARE



Rilascio del neurotrasmettitore: Formazione di SNARE

*Sinaptotagmina

Sinaptobrevina

Sinaptofisina

Sintaxina

nSec 1

SNAP 25

Ca2+

Docking

Priming Fusion

*La sinaptotagmina

lega gli ioni Ca++

La secrezione di neurotrasmettitore richiede circa 200 μsec (tempo minimo).

Le vescicole sono già posizionate in maniera opportuna quando si forma il

complesso SNARE.



Sinapsi chimiche Neurotrasmettitore Recettore

Trasduzione del segnale



Canali a controllo

di ligando

Legame di ACh

Apertura del canale

Na+ in

K+ out

Depolarizzazione

(potenziale di placca)

Canali a controllo

di potenziale

Apertura canali Na+

Na+ in

Depolarizzazione

Risultato:

potenziale di azione



PdA

Na+

K+

Na+

Recettore nicotinico

dell’acetilcolina

Canale Na+




GDP

s

b g

GDP GDP

s

b g

GTP GTP GTP GTP

ATP cAMP

Pi GDP GDP

Adenilato

ciclasi Adenilato

ciclasi

Trasmettitore

(noradrenalina)

Recettore

(b adrenergico)

s s

b g

Sistema cAMP



cAMP

Adenilato

ciclasi

ATP

AMP

Fosfodiesterasi

Proteina chinasi

Subunitàcatalitica(inattiva)

Subunità regolatoria

Subunitàcatalitica(attiva)

cAMP cAMP

cAMP cAMP

Proteina

inattiva ProteinaP

attiva

Proteina fosfatasi

Risposta cellulare

Azione del cAMP Il cAMP attiva la proteina chinasi,

la quale innesca una cascata

di fosforilazioni, con conseguente

attivazione (o disattivazione) di

proteine che determinano la

risposta cellulare



Sistema inositolo trifosfato / diacilglicerolo

Recettore

muscarinico

ACh

GDP

o

b g

Fosfolipasi C

(PLC)

Fosfatidil

inositolo

DAG

Proteina chinasi regolatoria catalitica

IP3 Calmodulina

ProteinaP

Ca++

Risposta cellulare

Ca++

Proteina

ProteinaP

Proteina

Reticolo endoplasmatico



Risposte cellulari

K+

Adenilato

ciclasi

GDP

K+

Adenilato

ciclasi

GTP

ATP cAMP

P

ACh

PEP

Rec 50 msec

1 min

M difi i i d ll’ i i



K+

Adenilato

ciclasi

GTP

ATP cAMP

P

A C C G T

PTrascrizione

mRNA

Proteina

Modificazioni dell’espressione genica

Nucleo

Enhancer Promoter Regione codificante

RNA

Pol



PdA

Ca++ Vm

Registrazione da elemento

post-sinaptico



INIBIZIONE PRESINAPTICA

Vm


post-sinaptico



PdA

Ca++ Vm

INIBIZIONE PRESINAPTICA


post-sinaptico



PdA

Ca++

Vm

FACILITAZIONE PRESINAPTICA


post-sinaptico



Integrazione neuronale

1011

Neuroni

1014 sinapsi



Vm

EPSP

Vm

EPSP

Vm

IPSP

20 msec

1 min

Vm

IPSP



Propagazione elettrotonica dei potenziali graduati

Integrazione neuronale S i t l



Integrazione neuronale Sommazione temporale

• La sommazione temporale permette l’integrazione di

potenziali postsinaptici consecutivi generati alla

stessa sinapsi.

• Proprietà passive della membrana:

costante di tempo (τau). Dipende dalla capacità di

membrana. Indica quanto tempo il potenziale permane

sulla membrana prima di subire un decremento pari a

una data percentuale del suo valore iniziale.

Tau: 10 ms

Tau: 1 ms





Sommazione spaziale

• La sommazione spaziale permette l’integrazione di potenziali postsinaptici generati in parti

diverse di un neurone.

• Proprietà passive della membrana:

costante di spazio (

). Indica quanto

spazio percorre il potenziale prima

di subire un decremento pari a una

data percentuale del suo valore

iniziale.

• Le sinapsi vicine alla zona di integrazione hanno importanza maggiore di quelle distanti:

Ra

Rm

= Ra

Rm

Le sinapsi inibitorie sono dinorma vicine alla zona di

integrazione (soma o dendriti

prossimali) ed esercitano il

controllo dell’eccitabilità

cellulare in un punto strategico.



Unità

funzionale

SNC

Corteccia motoria primaria



Cute

Muscolo

Talamo

Via efferente

Viaafferente

Corteccia sensoriale

primaria

Sistemi sensoriali e motoricooperano per l’espressione del comportamento

MOTIVAZIONE



Riflessi muscolari scheletrici

• Determinano la lunghezza dei muscoli scheletrici

• Influenzano il tono muscolare e la postura

Radici dorsali

Radici ventrali



Brain development



Space restrictions force cerebral hemispheres to growposteriorly over rest of brain, enveloping it

Cerebral hemispheres grow into horseshoe shape (b and c)

Continued growth causes creases, folds and wrinkles




Midbrain

Spinal cord Pons

Medulla oblongata

Forebrain

Cerebrum

Thalamus

Hypothalamus

Pituitary gland

Brainstem

Diencephalon

Cerebellum

Corpus

callosum

(c) Midsagittal section

Brain: Midsagittal View




Premotor cortex

(coordinates

voluntary

movements)

Primary somatosensory

cortex (somesthetic sensations

and proprioception)

Sensory association

areas (integration of

sensory information)

Primary motor cortex

(voluntary movement)

Central sulcus

Prefrontalassociation

areas (idea and

plan for voluntary

movement, thoughts,

personality)

Broca’s area (speech formation)

Limbic association

cortex (emotions,

learning, and memory)

Olfactory cortex

(smell)

Visual association

areas (higher vision

processing)

Wernicke’s area

(language

comprehension)

Auditory

association

areas

Primary auditory

cortex (hearing)

Primary visual cortex

(vision)

Functional Areas of CerebrumFunctional Areas of Cerebrum




Topographical Organization: Motor




Topographical Organization: Sensory



The Limbic System

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