Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari
dell’elaborazione visiva
Graziano Barnabei
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Terminologia
• SEZIONE:
• VISTA:
Coronale
 Ventrale VS Dorsale
 Orizzontale
 Rostrale VS Caudale
 Sagittale
 Laterale dx VS Laterale sx
• COLLOCAZIONE SPAZIALE:
Caudale VS Rostrale
 Ventrale VS Dorsale
 Laterale dx VS Laterale sx
 Mediale VS
 snc) Marginale
 snp) Periferico
• SNC: sistema nervoso centrale
(encefalo, midollo)
 Nuclei VS Tratti
• SNP: sistema nervoso periferico
 Gangli VS Nervi
• SNA: sistema nervoso autonomo
• En/Pn: giorno pre/post-natale n
• Trofismo: nutrimento => crescita
• Tropismo: risposta strutturale
(orientamento, movimento) =>
territorio permissivo
Domini ed oggetti di studio
MENTE
(cognitiva)
Psicologia
CERVELLO
(anatomica)
Neurologia
Neuroscienze Cognitive:
PSICHE
(dinamica)
Psicodinamica
Filogenesi del sistema nervoso 1:
Segmentazione anatomica VS Segmentazione filogenetica
Telencefalo
(emisferi)
Diencefalo
(talamo,
ipotalamo)
Acquedotto cerebrale,
substanzia nigra,
collicoli
Metencefalo
(ponte, cervelletto)
Mielencefalo
(midollo allungato o bulbo)
Midollo spinale
Grado di encefalizzazione
Indice dello sviluppo filogenetico dell’encefalo: ad oggi corrisponde al numero di aree coinvolte
durante il processing di compiti di varia difficoltà
Uomo
Mammiferi
Uccelli
Rettili
Anfibi
Filogenesi del sistema nervoso 2: gerarchia evolutiva
• ANFIBI (rane):
Telencefalo: progettato sostanzialmente
come un grande bulbo olfattivo
• RETTILI:
Mesencefalo
Tetto ottico
Nucleo talamico
• UCCELLI:
Nuclei della base: corpo striato (controllo
motorio, apprendimento implicito)
 Sviluppo del cervelletto
Filogenesi del sistema nervoso 3: evoluzione dei mammiferi
• MAMMIFERI:
TETTO OTTICO: perde la funzione
sensoriale e diventa collicolo
superiore (controllo motorio e
mappatura spaziale degli stimoli)
NEOPALLIO: sviluppo abnorme della
porzione corticale del telencefalo più
recente nella filogenesi => processo di
“increspatura corticale”
ARCHIPALLIO: originariamente
soprattutto olfattivo, ad oggi
funzionalmente integrato nel sistema
limbico (emozioni, sensazioni di
fame,sete, desiderio sessuale)
PALEOPALLIO: ippocampo (memoria
ed apprendimento) + nuclei della base
Filogenesi del sistema nervoso 4:
le basi neuroanatomiche dell’attività cerebrale nell’uomo
SISTEMA NERVOSO
Sistema nervoso centrale
Cervello
Sistema nervoso periferico
Midollo spinale
(materia grigia centrale)
Proencefalo
Componente somatica
(31 spinali)
Componente autonoma
Simpatico
Telencefalo
Cervello (corteccia cerebrale)
Mesencefalo
Collicoli superiori
Collicoli inferiori
Nuclei della base
Corpo calloso
Diencefalo
Talamo
Rombencefalo
Midollo allungato
Ponte
Cervelletto
Ipotalamo
Parasimpatico
Eviscerale
Ontogenesi del sistema nervoso
• BLASTULA (da E6): 3 foglietti
 ENDODERMA: visceri.
 MESODERMA: muscoli, vasi, tendini, ossa del snc.
 ECTODERMA: snc, tessuto neurale, pelle.
• GASTRULAZIONE E NEURULAZIONE (E15-E28): “verso l’organogenesi”
 Il mesoderma forma la notocorda (ossa del snc) che
tramite fattori chemioattivi specifica quali cellule saranno
cutanee e quali diventeranno neuroblasti.
 I neuroblasti si invaginano, uniscono le 2 creste neurali e
formano il tubo neurale (creste = snp; tubo = snc) che
caudalmente diverrà snp, medialmente midollo spinale
mentre rostralmente (estremità cefalica) genera 3 vescicole
encefaliche:
 ROMBOENCEFALICA → Cervelletto, Ponte, Midollo
allungato
 MESENCEFALICA fa sì che l’encefalo curvi dalla polarità
rostro-caudale (geni “omobox”) ad una dorso(gene
SGG)-ventrale(gene BMP) → Acquedotto cerebrale,
Peduncoli cerebrali, Lamina quadrigemina, Substanzia
Nigra
 PROENCEFALICA → Telencefalo, Diencefalo
E 28
E 28
E 36
E 48
Neopallio
Neurogenesi ventricolare e Migrazione cellulare
TECNICHE:
 fino a 15 anni fa, marcatori del DNA (timidina, bromodeossiuridina)
 oggi, marcatori con retrovirus
TIPI DI MIGRAZIONE:
 Tangenziale: strutture non laminate né stratificate (i.e. tronco)
 Radiale: strutture stratificate ma non laminate (i.e. corteccia)
 Combinata: strutture laminate e stratificate (i.e. retina)
• SNP: Cresta neurale
Fattori
chemiotropici
Fenotipo (e.g. ghiandolare, gangli del snp)
• SNC (CORTICOGENESI VENTRICOLARE, E28-E60): nella zona ventrale del tubo neurale si forma
l’epitelio neurale:
Zona ventricolare (proliferativa) → Diencefalo
Zona intermedia → Sostanza bianca
Sottoplacca → Si differenzia in altro oppure muore
Zona marginale → Strato 1
Glia radiale → Astrociti
La corticogenesi avviene a coorti (=>
stratificazione corticale), si conclude ad
E60
Gli assoni talamici raggiungono la
corteccia di destinazione prima che sia
formata ed aspettano lì finché lo strato 4
sia sviluppato, poi entrano e prendono
contatto
Gli strati corticali si formano
radialmente in senso inside-out
Nell’adulto la neurogenesi è continua
nella zona subventricolare dei ventricoli
laterali con migrazione verso il bulbo
olfattivo e nella zona subgranulare del giro
dentato dell’ippocampo
Identità cellulare
Dipende da 3 ordini di fattori:
Diffusibili del territorio:
Cellula SA (simpato-adrenergica)
FGF
(fenotipo nativo:
ghiandolare surrene)
NGF
Neurone simpatico
Intrinseci: non basta trovarsi nel posto giusto ma occorre starci al momento giusto
Diffusibili del bersaglio:
Neurone adrenergico Ghiandola sudoripara Neurone colinergico
Muscolo pilo-erettore
Estensione assonale
Fase 1 “chemioattrattiva”: il cono di crescita saggia la permissività
del terreno guidato dalle “semaforine” (snp permissivo (cellule di
Swann), snc non permissivo (oligodendrociti ed astrociti)). Possibilità:
Repulsione per contatto (linea mediana) o diffusione
(neuroni del setto)
Attrazione per contatto (assoni talamici pionieri) o
diffusione (tratto ottico)
Fase 2 “elettrica”: chi resta e chi si ritira è dettato dall’esperienza elettrica
Istruttività/Permissività dell’attività elettrica corticale
L’attività elettrica permette che il piano genetico vada avanti oppure istruisce autonomamente
un circuito?
Sinaptogenesi
Studiata nella giunzione neuromuscolare:
1) Il cono di crescita raggiunge il miotubo
2) “Abbozzo” di fessura sinaptica con le prime vescicole Ach
3) Competizione assonica (elettrica) nella polinnervazione:
LEGGE DI HEBB: Ipotesi della facilitazione sinaptica
“Neuroni aventi attività elettriche temporalmente
x1
w1
y
correlate rafforzano la sinapsi comune, attività
temporalmente scorrelate la indeboliscono”:
Se Φxi(t) => Φy(τ) Allora wi(τ) < wi (T)
Se Φxi(t) ≠> Φy(τ) Allora wi(τ) ≥ wi (T)
dove t < τ < T
 L’assone perdente non muore ma si sposta
x2
w2
4) Selezione delle terminazioni assoniche stabili + isolamento (cellule di
Swann) + richiamo locale dei recettori inutilizzati
Max ad 1 anno, plateaux fino alla pubertà, poi lenta riduzione => eliminazione della
ridondanza residua
Nell’adulto il fattore trofico influenza apprendimento e memoria
Nell’adulto la sinaptogenesi continua nel bulbo olfattivo e nell’ippocampo (solo quella
dendritica) ma è determinata soprattutto dall’attività elettrica
Morte Cellulare Programmata (MCP)
Evento regressivo presente nello sviluppo fino alla formazione di sinapsi stabili
Si avvale di fattori trofici diffusivi e rilasciati dal bersaglio, chi li prende sopravvive chi no muore
SCOPO: accoppiamento numerico di un bersaglio con la sua popolazione di connessioni
Bersaglio
normale
Bersaglio
più
grande
Bersaglio
più
piccolo
UTILIZZO:
Strutture sessualmente dimorfiche (i.e. nucleo canoro)
Rimozione di cellule con fenotipo inappropriato (posto/momento sbagliato)
Formazione di strutture con particolari proprietà morfologiche (i.e. solco mediano)
MCP + Attività elettrica => Strutture funzionalmente diverse (i.e. Sinestesia)
Differenziazione funzionale delle aree corticali
All’inizio le differenze sono pochissime e non vincolanti per ciò che interessa lo sviluppo (i.e.
Broca, barrels visivi e delle vibrisse)
Area
Ruolo chiave dell’esperienza:
Area
visiva
ricolonizzabile
(occipitale)
(selettiva
per orientamento)
(occipitale)
AreaArea
acustica
visiva
Retina
(temporale)
(temporale)
(mappe
(selettiva
bidimensionali)
per orientamento)