ASPETTANDO LE
L’ALFABETO
L
ALFABETO DEI NEURONI
Piero Paolo Battaglini
Centro BRAIN
BRAIN, Dipartimento di Scienze della Vita,
Vita Università di Trieste
Dipartimento di
Scienze della Vita
Centro BRAIN
Università di Trieste
Basic Research And
Integrative Neuroscience
COMUNICARE
La funzione dei sistemi sensitivi
è di generare una immagine
dello spazio o del proprio
corpo.
SENSAZIONI
INTERAGIRE
MOVIMENTI
La funzione dei sistemi
motori
t i è di generare una
immagine del movimento
che si intende compiere.
La funzione di ogni sistema sensitivo è quella di fornire al sistema nervoso centrale una
rappresentazione del mondo esterno
Rappresentazione medioevale della concezione cardiocentrica di Aristotele
Tatto
Udito
Olfatto
Gusto
Vista
Equilibrio
Propriocezione
Temperatura
D l
Dolore
TATTO
Genesi del potenziale di riposo: la membrana cellulare
Genesi del potenziale di riposo: la membrana cellulare
Genesi del potenziale di riposo: le diverse concentrazioni, le pompe e i canali ionici
ione
K+
conc.
Est.
conc. Int.
Est/Int
Eion
5 mM
100 mM
Na+
150 mM
15 mM
10:1
62 mV
Ca2
+
2 mM
0,0002
mM
10.000:
1
123
mV
150 mM
13 mM
Cl-
1:20 -80 mV
11,5:1 -65 mV
Trasduzione sensoriale
QuickTime™ e un
decompressore
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
Assone gigante di calamaro
1: l’elettrodo di registrazione è appoggiato sulla membrana dell’assone
interruttore
amplificatore
G
Generatore
t
di corrente
t
Sistema di
visualizzazion
e
Elettrodo di registrazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
Elettrodo di stimolazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
ASSONE
mV
+20
0
-20
-40
-60
-80
msec
2: l’elettrodo di registrazione viene introdotto nell’assone
interruttore
amplificatore
G
Generatore
t
di corrente
t
Sistema di
visualizzazion
e
Elettrodo di registrazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
Elettrodo di stimolazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ASSONE
mV
+20
0
-20
-40
-60
POTENZIALE DI RIPOSO
-80
msec
3: vengono somministrate cariche positive: i potenziali elettrotonici
interruttore
Sistema di
visualizzazion
e
amplificatore
G
Generatore
t
di corrente
t
Elettrodo di registrazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
Elettrodo di stimolazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
++++
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ASSONE
mV
+20
0
-20
-40
-60
-80
POTENZIALE DI RIPOSO
POTENZIALE ELETTROTONICO
msec
4: vengono somministrate cariche negative: il potenziale d’azione
interruttore
Sistema di
visualizzazion
e
amplificatore
G
Generatore
t
di corrente
t
Elettrodo di registrazione
Elettrodo di
riferimento (massa)
Elettrodo di
riferimento (massa)
Elettrodo di stimolazione
- - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ASSONE
mV
+20
POTENZIALE D’AZIONE
0
-20
-40
-60
-80
POTENZIALE DI RIPOSO
POTENZIALE ELETTROTONICO
msec
Genesi del potenziale d’azione
Depolarizzazione
Ciclo di Hodgkin
Ingresso di
Na+
Apertura dei
canali per il
Na+
5: si inserisce un secondo elettrodo di registrazione: propagazione dei potenziali
Amplificazione
p
interruttore
Visualizzazione
Generatore di corrente
Elettrodi di registrazione
g
Elettrodo di
riferimento (massa)
Elettrodo di stimolazione
- - - -
A
B
ASSONE
mV
+20
A
B
POTENZIALE D’AZIONE
0
-20
-40
-60
-80
POTENZIALE DI RIPOSO
POTENZIALE ELETTROTONICO
msec
Movimenti ionici nella propagazione del potenziale d’azione
+ + + + + + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - -+ + + + - - - - - - - - - - - - - - A
+
+ + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - + + +-
B
+
+
--
+
+ + - - - + + + + + + + + + + + + +
-- - + + + - - - - - - - - - - - -
A1
mV
+20
0
B1
+20
A
0
-20
-20
-40
-40
-60
-80
A1
B1
B
-60
-80
msec
Codifica della durata e della intensità dello stimolo
Adattamento dei recettori
QuickTime™ e un
deco p esso e C
decompressore
Cinepak
epa
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Campi recettivi
Campo recettivo del neurone sensitivo primario
Neurone sensitivo primario
Neurone sensitivo secondario
Campo
p recettivo del neurone sensitivo secondario
Acuità sensoriale 1
Acuità sensoriale 2
Vie lemniscale e spino-talamica
Plasticità corticale
Plasticità: crescita di nuove sinapsi (formazione di nuove connessioni)
Modificata da: Song-Hai Shi et al., Science Jun 11 1999: 1811-1816
Immagini, al microscopio a fluorescenza, di un particolare di dendrite apicale di un neurone
d ll’i
dell’ippocampo,
prima
i
e dopo
d
stimolazione
ti l i
ripetitiva
i titi di una fibra
fib afferente.
ff
t Dopo
D
stimolazione
ti l i
ripetitiva si evidenzia la gemmazione di una nuova spina dendritica, la parte post-sinaptica della
sinapsi
LTP: potenziamento a lungo termine
1 Viene rilasciato glutammato, che si lega ai
recettori
tt i
L’ingresso di Na+ attraverso il recettore
2 AMPA depolarizza la cellula post-sinaptica
La depolarizzazione allontana gli ioni Mg2+
3
dal recettore NMDA e ne apre il canale
6
1
4 Il Ca2+ entra nel citoplasma
5
3
2
6
La cellula diventa più sensibile al
glutammato
Sostanze paracrine rilasciate dalla cellula
postsinaptica aumentano il rilascio di
glutammato da parte della cellula
presinaptica
4
5
AMPA: -amino-3-idrossi-5-metil-4-isossazolopropionic acid
NMDA: N-metil-D-aspartic acid
Destino dei neuroni con l’età
Invecchiamento
Inattività
Esercizio
L’attività mantiene i neuroni in buona salute
esercizio
Allenamento
CORTECCIA CEREBRALE
Dopo la nascita, il numero di neuroni
rimane quasi costante
costante, ma i loro
prolungamenti e le loro connessioni
aumentano enormemente.
Aumenta anche il numero di cellule
non nervose, che diventeranno 10
volte più numerose dei neuroni
Nascita
3 mesi
2 anni
Alla nascita, la quantità di esperienze aumenta drammaticamente. Alcune reti sinaptiche si
attivano
tti
più
iù di prima
i
e diventano
di
t
più
iù forti,
f ti dando
d d origine
i i
a connessioni
i i sempre maggiori
i i e più
iù
complesse. All’età di 3 anni, ogni neurone ha circa 10.000 sinapsi; quelle poco o non attive,
verranno eventualmente eliminate.
Successivamente, parti diverse del cervello maturano in tempi diversi, a secondo di
fattori endogeni e per le necessità imposte dal mondo esterno
LLo sviluppo,
il
non più
iù basato
b t
sull’aumento del numero dei
neuroni, ma sulla mielinizzazione ed
entità delle connessioni (numero di
sinapsi), continua nell’infanzia
3-6 anni
Aree di rapida mielinizzazione
I lobi frontali vanno incontro ad una rapida mielinizzazione, grazie alla quale i
neuroni vengono isolati elettricamente gli uni dagli altri.
altri Ciò ne migliora la
comunicazione, aiutando il bambino a sviluppare, fra l’altro, le proprie capacità
attentive e quelle motorie
Lo sviluppo continua nell’adolescenza, e ancora dopo
Aree in maturazione
Aree in rapido cambiamento
Lobo parietale
Lobi frontali
Lobo temporale
7-15 anni
Quando
il
cervello
entra
nell’adolescenza, sottostà ad
una nuova spinta maturativa,
con possibili effetti, fra l’altro,
sulle attitudini linguistiche e
matematiche
16-20 anni
Nei lobi frontali si hanno continui
cambiamenti che sono alla base di nuovi
cambiamenti,
modi di pensare, di comportarsi e di
guardare alla vita in generale
Dendrite del neurone post
post-sinaptico
sinaptico
Terminali assonici dei
neuroni pre-sinaptici
D d it
Dendrite
Assone
Processi delle
cellule gliali
ASPETTANDO LE
L’ALFABETO
L
ALFABETO DEI NEURONI
Piero Paolo Battaglini
Centro BRAIN
BRAIN, Dipartimento di Scienze della Vita,
Vita Università di Trieste
Dipartimento di
Scienze della Vita
Centro BRAIN
Università di Trieste
Basic Research And
Integrative Neuroscience