Unità 14
Il sistema nervoso
Unità 14
Il sistema nervoso
Obiettivi
 Capire come avviene la trasmissione degli
impulsi nervosi
 Sapere come funzionano le sinapsi e i
neurotrasmettitori
 Capire come è fatto il sistema nervoso
umano e come si è evoluto nella forma
attuale
 Conoscere la struttura e le principali
funzioni dell’encefalo umano
Prova di competenza – Immagini mentali
In che modo è possibile
studiare cerebrale in
vivo?
3
Lezione 1
STRUTTURA E FUNZIONI DEL
SISTEMA NERVOSO
4
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli,
li interpreta e invia risposte
 La cellula di base del sistema nervoso è il neurone
– Corpo cellulare: contiene il nucleo e gli organuli
cellulari
– Fibre nervose: lunghi e sottili prolungamenti, che
conducono e trasmettono i segnali
5
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli,
li interpreta e invia risposte
 Sistema nervoso centrale (SNC)
– Cervello
– Midollo spinale (nei vertebrati)
 Sistema nervoso periferico (SNP)
– Nervi: fasci di fibre nervose strettamente avvolte da
tessuto connettivo
– portano i segnali dal SNC ai distretti periferici e/o da questi
ultimi al SNC
– Gangli: piccole masse costituite dall’aggregazione dei
corpi cellulari dei neuroni
6
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli,
li interpreta e invia risposte
 Il sistema nervoso ha tre funzioni interconnesse
– Ricezione dell’input sensoriale (afferenza
sensoriale): ha luogo grazie alla trasmissione del
segnale dai recettori ai centri di integrazione
– Integrazione: consiste nell’interpretazione dei segnali
sensoriali e nella formulazione di risposte adeguate
– Emissione dell’output motorio (efferenza motoria):
consiste nella trasmissione dei segnali dai centri di
integrazione alle cellule effettrici
7
Afferenza sensoriale
Integrazione
Recettore sensoriale
Efferenza motoria
Encefalo e midolo spinale
Cellule effettrici
Sistema nervoso
periferico (SNP)
Sistema nervoso
centrale (SNC)
8
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli,
li interpreta e invia risposte
 Neuroni sensoriali
– Trasmettono i segnali dai recettori al SNC
 Interneuroni, localizzati interamente nel SNC
– Integrano i dati
– Trasmettono i segnali appropriati ad altri interneuroni o
ai neuroni motori
– Trasmettono i segnali dal SNC alle cellule effettrici
 Motoneuroni
– Trasmettono i segnali dal SNC alle cellule effettrici
9
10
14.1 Il sistema nervoso riceve gli stimoli,
li interpreta e invia risposte
STEP BY STEP
Indica la sequenza con cui le informazioni passano
attraverso i tre tipi di neurone nel riflesso patellare
11
14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema
nervoso
 Il neurone
– Corpo cellulare: contiene la maggior parte gli
organelli
– Due tipi di prolungamentei (fibre)
– Dendriti: molto ramificati che ricevono i segnali da altri
neuroni e li conducono al corpo cellulare
– Assoni: possono essere anche molto lunghi e trasmettono
i segnali ad altre cellule; queste ultime possono essere altri
neuroni o cellule di organi effettori
12
14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema
nervoso
 Per funzionare normalmente i neuroni hanno
bisogno del supporto delle cellule gliali
 A seconda del tipo le cellule gliali possono
– Fornire nutrimento
– Isolare gli assoni
– Mantenere l’omeostasi del fluido extracellulare
13
14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema
nervoso
 Le cellule di Shwann nel SNP e gli
oligodendrociti nel SNC sono particolari cellule gli
che avvolgono gli assoni con la guaina mielinica
 Guaina mielinica
– Avvolge gli assoni
– Isola gli assoni preservando il segnale da possibili
fenomeni di dispersione
– Permette al segnale di viaggiare a maggior velocità
14
Direzione
del segnale
Dendriti
Corpo cellulare
Corpo
cellulare
Strati di mielina
che formano
la guaina mielinica
Direzione
del segnale
Nucleo
Assone
Cellula
di Schwann
Nodi di
Ranvier
Nodi di
Ranvier
Guaina mielinica
Nucleo
Cellula
di Schwann
Terminali sinaptici
15
14.2 I neuroni sono le unità funzionali del sistema
nervoso
STEP BY STEP
Qual è la funzione dalla guaina mielinica?
16
Lezione 2
IL SEGNALE NERVOSO E LA SUA
TRASMISSIONE
17
14.3 Il potenziale di membrana permette la
trasmissione dell’impulso nervoso
 La membrana di un neurone a riposo
– Ha una carica leggermente negativa all’interno
– Ha una carica leggermente positiva all’esterno
– Questa differenza di carica è un’energia potenziale: il
potenziale di membrana
– Nel neurone a riposo il potenziale di membrana
equivale a circa –70mV ed è chiamato potenziale di
riposo
18
14.3 Il potenziale di membrana permette la
trasmissione dell’impulso nervoso
 Il potenziale di riposo è generato dalla diversa
composizione e concentrazione di ioni nei fluidi
presenti all’interno e all’esterno della cellula
– All’interno della cellula
– K+ più concentrato
– Na+ meno concentrato
– All’esterno della cellula
– K+ meno concentrato
– Na+ più concentrato
19
Neurone
Assone
Membrana
plasmatica
Esterno della Na+
cellula
Na+
Na+
Canale
del Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Membrana
plasmatica
Na+
Proteina
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
pompa
Na+-K+
Canale del K+
K+
Interno della cellula
K+
Na+
K+
K+
20
Gli ioni Na+ sono più concentrati all’esterno della cellula, dove
sono trasportati attivamente dalla pompa sodio potassio, perché i
canali del sodio consentono una diffusione limitata di questi ioni
attraverso la membrana
Esterno della Na+
cellula
Na+
Na+
Canale
del Na+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
Membrana
plasmatica
Na+
Proteina
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Na+
pompa
Na+-K+
Canale del K+
K+
Interno della cellula
K+
Na+
K+
K+
Gli ioni K sono più concentrati all’interno, grazie all’azione della
pompa sodio-potassio, ma possono diffondere liberamente verso
l’esterno, lasciando dietro di sé una carica negativa
21
14.3 Il potenziale di membrana permette la
trasmissione dell’impulso nervoso
STEP BY STEP
Se la membrana di un neurone diventa
improvvisamente più permeabile agli ioni di sodio, si
verifica un rapido movimento netto di Na+ verso
l’interno della cellula
Quali sono le due forze che guidano gli ioni all’interno?
22
14.4 Un segnale nervoso inizia come una
variazione del potenziale di membrana
 Uno stimolo genera un segnale nervoso
– Altera la permeabilità agli ioni di una sezione di
membrana
– Permette agli ioni di attraversarla
– Comporta un cambiamento nel potenziale di membrana
23
14.4 Un segnale nervoso inizia come una
variazione del potenziale di membrana
 Il potenziale d’azione è un segnale nervoso che
viaggia lungo l’assone
– Il potenziale di membrana passa dal potenziale di
riposo al picco massimo del potenziale d’azione
– Poi si riassesta sul potenziale di riposo
24
25
Potenziale di membrana
(mV)
50
Potenziale
d’azione
0
–50 Soglia
1
–100
Potenziale di riposo
Tempo (ms)
1 Nella membrana a riposo
i canali voltaggio
dipendenti sono chiusi
e il potenziale è –70 mV
26
Potenziale di memebrana
(mV)
50
Potenziale
d’azione
0
2
–50 Soglia
1
–100
Potenziale di riposo
Tempo (ms)
2 Uno stimolo provoca
l’apertura di alcuni canali
del Na+
Se viene raggiunto il
potenziale soglia di
–50 mV, si genera il
potenziale d’azione
27
Potenziale di membrana
(mV)
50
Potenziale
d’azione
3
0
2
–50 Soglia
1
–100
Potenziale di riposo
Tempo (ms)
3
Vengono aperti altri
canali del Na+, i canali
del K+ sono chiusi e
l’interno della cellula
diventa più positivo
28
Potenziale di membrana
(mV)
50
Potenziale
d’azione
3
0
4
2
–50 Soglia
1
–100
Potenziale di riposo
Tempo (ms)
4
I canali del Na+ si
chiudono, mentre si
aprono quelli del K+ che
fluisce all’esterno; il
potenziale di membrana
diminuisce
29
Potenziale di membrana
(mV)
50
Potenziale
d’azione
3
0
4
2
–50 Soglia
1
–100
5
Potenziale di riposo
Tempo (ms)
5 I canali del K+ si
chiudono, provocando
una breve caduta al di
sotto del potenziale di
riposo
30
Potenziale di membrana
(mV)
50
Potenziale
d’azione
3
0
4
2
–50 Soglia
1
–100
5
Potenziale di riposo
1
Tempo (ms)
1 La membrana torna al
potenziale di riposo
di –70 mV
31
14.4 Un segnale nervoso inizia come una
variazione del potenziale di membrana
STEP BY STEP
La genesi di un potenziale d’azione è un esempio di
feedback positivo o negativo?
32
14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo
il neurone
 Il potenziale d’azione
– Una volta innescato si propaga con una reazione a
catena lungo l’assone in una sola direzione
– È un evento del tipo “tutto o nulla”
33
Assone
In seguito a uno
stimolo si aprono i
canali del Na+ e si
genera un potenziale
d’azione in una
regione dell’assone
Potenziale d’azione
1
Na+
Segmento
di assone
34
Assone
Potenziale d’azione
1
Subito dopo, in quella
stessa regione, si
aprono i canali del
K+ e si chiudono i
canali del Na+,
mentre si aprono i
canali dell’Na+ nella
regione adiacente
Segmento
di assone
Na+
K+
Potenziale d’azione
Na+
2
K+
35
Assone
Potenziale d’azione
1
K+
Potenziale d’azione
Na+
2
Mentre il tratto
dell’assone dove si è
generato lo stimolo
ritorna al potenziale
di riposo, l’impulso si
propaga lungo
l’assone
Segmento
di assone
Na+
K+
K+
Potenziale
d’azione
Na+
3
K+
36
14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo
il neurone
 Come fanno i potenziali d’azione a trasmettere la
diversa intensità delle informazioni al sistema
nervoso centrale?
– L’intensità del singolo potenziale d’azione non può
cambiare
– Quello che cambia è la frequenza, cioè il numero di
potenziali d’azione che vengono inviati nell’unità di
tempo
37
14.5 Il potenziale d’azione si propaga lungo
il neurone
STEP BY STEP
Che cosa si intende con l’espressione “tutto o nulla”
quando si parla di stimolo nervoso?
38
14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi
 Le sinapsi sono le regioni in cui avviene la
comunicazione tra
– Due neuroni
– Un neurone e una cellula effetrice
39
14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi
 Sinapsi elettriche
– Il segnale nervoso passa direttamente dal neurone
presinaptico alla cellula successiva, detta postsinaptica
 Sinapsi chimiche
– Il neurone presinaptico secerne un neurotrasmettitore
– Il neurotrasmettitore attraversa la fessura sinaptica
– Il neurotrasmettitore si lega a un recettore sulla
membrana della cellula postsinaptica
40
Neurone
trasmittente
1
Arriva il
potenziale
d’azione
Vescicole
Assone del
neurone
Terminale
trasmittente sinaptico
Sinapsi
2
Le vescicole si
fondono con la
membrana
plasmatica
3
Il neurotrasmettitore
è liberato nella
fessura sinaptica
Fessura
sinaptica
Neurone
ricevente
4
Neurone
ricevente
Canali ionici
Molecole del
neurotrasmettitore
Neurotrasmettitore
Recettore
Il neurotrasmettitore
si lega al recettore
Il neurotrasmettitore viene
demolito ed eliminato
ioni
5 Il canale ionico si apre
6 Il canale ionico si chiude
41
Neurone
trasmittente
1
Arriva il
potenziale
d’azione
Vescicole
Assone del
neurone
Terminale
trasmittente sinaptico
Sinapsi
2
Le vescicole si
fondono con la
membrana
plasmatica
3
Il neurotrasmettitore
è liberato nella
fessura sinaptica
Fessura
sinaptica
Neurone
ricevente
4
Neurone
ricevente
Canali ionici
Il neurotrasmettitore
si lega al recettore
Molecole del
neurotrasmettitore
42
Neurotrasmettitore
Recettore
Il neurotrasmettitore viene
demolito ed eliminato
Ioni
5 Il canale ionico si apre
6 Il canale ionico si chiude
43
14.6 I neuroni comunicano a livello delle sinapsi
STEP BY STEP
In che modo una sinapsi garantisce che i segnali
viaggino in una sola direzione, dalla cellula
presinaptica a quella postsinaptica?
44
14.7 Le sinapsi chimiche consentono
l’elaborazione di informazioni complesse
 Neurotrasmettitri eccitatori
– Inducono l’innesco di potenziali d’azione
 Neurotrasmettitri inibitori
– Riducono la capacità della cellula di innescare potenziali
d’azione
45
14.7 Le sinapsi chimiche consentono
l’elaborazione di informazioni complesse
 Un neurone riceve segnali
– Da centinaia di altri neuroni
– Attraverso migliaia di sinapsi
 Se, nel loro complesso, i segnali eccitatori sono
abbastanza forti da superare i segnali inibitori e
alzare il potenziale di membrana oltre il livello soglia
– La cellula genera un potenziale d’azione e lo trasmette
lungo il proprio assone
46
Terminali sinaptici
Dendriti
Inibitorio
Eccitatorio
Guaina
mielinica
Corpo cellulare del neurone potsinaptico
Assone
Terminali
sinaptici
47
Terminali sinaptici
Dendriti
Inibitorio
Eccitatorio
Guaina
mielinica
Corpo cellulare
del neurone
potsinaptico
Assone
48
Terminali
sinaptici
49
14.7 Le sinapsi chimiche consentono
l’elaborazione di informazioni complesse
STEP BY STEP
In che modo l’apertura di canali di membrana per ioni
diversi porta a effetti eccitatori o inibitori?
50
14.8 Molte piccole molecole funzionano come
neurotrasmettitori
 Molte piccole molecole organiche contenenti azoto
funzionano da neurotrasmettitori
– L’ acetilcolina è un importante neurotrasmettitore
– Nel cervello
– Nelle sinapsi tra motoneuroni e cellule muscolari
– Le ammine biogene sono neurotrasmettitori derivati
dagli amminoacidi
– Importanti per il SNC
– La serotonina e la dopamina influiscono su
aspetti fondamentali della vita come il sonno,
l’umore, l’attenzione e l’apprendimento
51
14.8 Molte piccole molecole funzionano come
neurotrasmettitori
– Quattro amminoacidi che funzionano da
neurotrasmettitori
– Sono molto importanti per il SNC
– L’aspartato e il glutammato agiscono su sinapsi eccitatorie
– La glicina e il GABA sono liberati nelle sinapsi inibitorie
– Peptidi
– La sostanza P media la nostra percezione del dolore
– Le endorfine riducono la nostra percezione del dolore
52
14.8 Molte piccole molecole funzionano come
neurotrasmettitori
– Diversi peptidi funzionano da neurotrasmettitori
– La sostanza P è un neurotrasmettitre eccitatorio che media
la percezione del dolore
– Anche le endorfine sono peptidi e funzionano sia come
neurotrasmettitori, sia come ormoni
53
14.8 Molte piccole molecole funzionano come
neurotrasmettitori
STEP BY STEP
Che cosa determina il fatto che un neurone sia o non
sia influenzato da uno specifico neurotrasmettitore?
54
Un cervello da sballo
COLLEGAMENTO
salute
 Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni
– Agiscono a livello delle sinapsi
– Influiscono sull’azione dei neurotrasmettitori
 La caffeina contrasta i neurotrasmettitori inibitori
 La nicotina agisce da stimolante
 L’alcol ha una potente azione depressiva
55
56
Un cervello da sballo
COLLEGAMENTO
salute
 Molte sostanze psicoattive, anche quelle comuni
– Agiscono a livello delle sinapsi
– Influiscono sull’azione dei neurotrasmettitori
 La caffeina contrasta i neurotrasmettitori inibitori
 La nicotina agisce da stimolante
 L’alcol ha una potente azione depressiva
57
Un cervello da sballo
COLLEGAMENTO
salute
 In medicina si utilizzano diversi tipi di sostanze
psicoattive per trattare alcuni disturbi del sistema
nervoso
- Inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina sono
usati nei casi di depressione
- Benzodiazepine, che attivano i recettori del GABA,
funzionano come tranquillanti
- Alcuni antipsicotici agiscono bloccando i recettori della
dopamina
58
Un cervello da sballo
COLLEGAMENTO
salute
 In medicina si utilizzano diversi tipi di sostanze
psicoattive per trattare alcuni disturbi del sistema
nervoso
 Inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina nei
casi di depressione
 Benzodiazepine, che attivano i recettori del GABA,
funzionano come tranquillanti
 Alcuni antipsicotici agiscono bloccando i recettori della
dopamina
59
Lezione 3
IL SISTEMA NERVOSO DEGLI
ANIMALI
60
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la
cefalizzazione e la centralizzazione
alla luce dell’evoluzione
 Gli animali a simmetria radiale hanno sistemi nervosi
organizzati in reti nervose non centralizzate
61
Rete
nervosa
Neurone
A Idra (cnidario)
62
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la
cefalizzazione e la centralizzazione
alla luce dell’evoluzione
 Negli animali più complessi, gli assoni di più cellule
sono spesso riuniti insieme a formare i nervi
– I nervi sono strutture fibrose che hanno la funzione di
incanalare e organizzare il flusso di informazioni lungo
percorsi specifici
63
B Stella marina (echinoderma)
64
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la
cefalizzazione e la centralizzazione
alla luce dell’evoluzione
 Negli animali a simmetria bilaterale
– Cefalizzazione: tendenza evolutiva verso la
concentrazione del sistema nervoso all’estremità
cefalica
– Centralizzazione: presenza di un sistema nervoso
centrale (SNC), distinto dal sistema nervoso periferico
(SNP)
– Sviluppo dei gangli: gruppi di corpi cellulari neuronali
65
Macchia
oculare
Cervello
Cordone
nervoso
Nervo
trasversale
(periferico)
C Planaria (platelminta)
66
Cervello
Cordone
nervoso
ventrale
Ganglio
D Sanguisuga (anellide)
67
Cervello
Cordone
nervoso
ventrale
Gangli
E Insetto (artropode)
68
Cervello
Assone
gigante
E Calamaro (mollusco)
69
14.9 L’evoluzione del sistema nervoso va verso la
cefalizzazione e la centralizzazione
alla luce dell’evoluzione
STEP BY STEP
Perché per la maggior parte degli animali a simmetria
bilaterale è vantaggioso che il cervello sia
nell’estremità cefalica del corpo?
70
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati
è formato dal SNC e dal SNP
 Il sistema nervoso centrale (SNC) è composto da
– Encefalo: centro di controllo
– Midollo spinale: trasmette in formazioni da e verso
l’encefalo e integra semplici risposte ad alcuni stimoli
71
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati
è formato dal SNC e dal SNP
 L’encefalo è dotato di diversi sistemi di
protezione
- L’ambiente dell’encefalo è mantenuto
chimicamente costante da una vasta rete di vasi
sanguigni
- La barriera ematoencefalica permette il
passaggio di ossigeno e sostanze nutritive e
impedisce quello di sostanze dannose
72
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati
è formato dal SNC e dal SNP
- L’encefalo contiene spazi pieni di liquidi
(protezione dagli urti, circolazione di sostanze
nutritive e ormoni, eliminazione di rifiuti)
- Ventricoli nel cervello
- Canale ependimale nel midollo spinale
-
Intercapedine tra meningi ed encefalo / midollo spinale
73
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati
è formato dal SNC e dal SNP
 I SNC è formato da due componenti distinte
– Sostanza bianca: fasci di assoni provvisti di guanine
mieliniche
– Sostanza grigia: corpi cellulari, dendriti e assoni
sprovvisti di guaine mieliniche
74
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati
è formato dal SNC e dal SNP
 Il sistema nervoso periferico (SNP) è formato da
gangli e nervi
– Nervi cranici: hanno origine nell’encefalo e terminano
prevalentemente in strutture della testa
– Nervi spinali: hanno origine nel midollo spinale e
innervano le parti del corpo sotto alla testa
75
Sistema nervoso
centrale (SNC)
Sistema nervoso
periferico (SNP)
Encefalo
Nervi
cranici
Midollo
spinale
Gangli esterni
al SNC
Nervi spinali
76
Liquido cerebrospinale
Encefalo
Ventricoli
Canale ependimale
del midollo spinale
Meningi
Sostanza
Ganglio della
grigia
radice dorsale
(parte del SNP)
Sostanza
bianca
Nervo spinale
Canale ependimale (parte del SNP)
Midollo spinale
(sezione trasversale)
Midollo spinale
77
14.10 Il sistema nervoso dei vertebrati
è formato dal SNC e dal SNP
STEP BY STEP
Quali strutture compongono il sistema nervoso
centrale dei vertebrati?
78
14.11 Il sistema nervoso periferico contiene
sottosistemi con funzioni diverse
 Il sistema nervoso periferico (SNP) può essere
suddiviso in due componenti diverse dal punto di
vista funzionale
– Sistema nervoso somatico: trasporta i segnali da e
verso i muscoli scheletrici, soprattutto in risposta a
stimoli esterni
– Il sistema nervoso autonomo: regola l’ambiente
interno dell’organismo mediante il controllo della
muscolatura liscia e cardiaca, e degli organi dei sistemi
digerente, cardiovascolare, escretore ed endocrino
– Questo controllo è generalmente involontario
79
Sistema nervoso
periferico
Sistema
somatico
Sistema
autonomo
Sistema
simpatico
Sistema
parasimpatico
Sistema
enterico
80
14.11 Il sistema nervoso periferico contiene
sottosistemi con funzioni diverse
STEP BY STEP
Quali parti del sistema nervoso controllano i muscoli
della mano quando scriviamo e quelli del sistema
digerente quando mangiamo?
81
14.12 L’azione opposta dei neuroni simpatici
e parasimpatici regola l’ambiente interno
 Il nostro SNA contiene due insiemi di neuroni con
effetti antagonisti sulla maggior parte degli organi
– Sistema parasimpatico: prepara l’organismo alle
attività che portano all’acquisizione e alla conservazione
dell’energia
– “riposa e digerisci”
– Sistema simpatico: prepara l’organismo a intense
attività che consumano energia, come il combattimento,
la fuga o la competizione
– Reazione “combatti o fuggi”
82
Sistema parasimpatico
Encefalo
Sistema simpatico
Occhio
Provoca la
contrazione
delle pupille
Stimolala
produzione
di saliva
Ghiandole salivari
Inibisce la
produzione
di saliva
Polmone
Provoca la
dilatazione
dei bronchi
Provoca la
costrizione
dei bronchi
Riduce
la frequenza
cardiaca
Midollo
spinale
Cuore
Fegato
Stomaco
Stimola
stomaco,
pancreas
e intestino
Intestino
Stimola
la minzione
Favorisce
l’erezione
dei genitali
Provoca la
dilatazione delle
pupille
Genitali
Aumenta la
frequenza
Ghiandolacardiaca
surrenale
Stimola la
liberazione di
adrenalina
e noradrenalina
Pancreas Stimola la
liberazione di
glucosio
Inibisce
stomaco,
pancreas
e intestino
Vescica
Inibisce
la minzione
Provoca
l’eiaculazione
e le contrazioni
vaginali
83
14.12 L’azione opposta dei neuroni simpatici
e parasimpatici regola l’ambiente interno
STEP BY STEP
Quale effetto avrà sulla frequenza del polso di una
persona un farmaco che inibisce il sistema nervoso
parasimpatico?
84
Lezione 4
L’ENCEFALO UMANO
85
14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre
rigonfiamenti anteriori del tubo neurale
 L’encefalo dei vertebrati si è evoluto attraverso
l’ingrandimento e la suddivisione strutturale e
funzionale
– Prosencefalo
– Telencefalo (cervello)
– Diencefalo
– Mesencefalo
– Rombencefalo
86
Regioni dell’encefalo
embrionale
Prosencefalo
Strutture presenti
nell’adulto
Telencefalo (emisferi cerebrali; comprende
corteccia cerebrale, sostanza bianca, gangli
basali)
Diencefalo (talamo, ipotalamo,
neuroipofisi, epifisi)
Mesencefalo
Mesencefalo (parte del tronco encefalico)
Ponte (parte del tronco encefalico), cervelletto
Rombelcefalo
Midollo allungato (parte del tronco encefalico)
Emisfero
cerebrale
Diencefalo
Mesencefalo
Mesencefalo
Rombencefalo
Ponte
Cervelletto
Midollo allungato
Midollo spinale
Prosencefalo
Embrione di un mese
Feto di tre mesi
87
Regioni dell’encefalo
embrionale
Prosencefalo
Strutture presenti
nell’adulto
Telencefalo (emisferi cerebrali; comprende
corteccia cerebrale, sostanza bianca, gangli
basali)
Diencefalo (talamo, ipotalamo,
neuroipofisi, epifisi)
Mesencefalo
Mesencefalo (parte del tronco encefalico)
Ponte (parte del tronco encefalico), cervelletto
Rombelcefalo
Midollo allungato (parte del tronco encefalico)
88
Emisfero
cerebrale
Diencefalo
Mesencefalo
Mesencefalo
Rombencefalo
Ponte
Cervelletto
Midollo
allungato
Midollo
spinale
Prosencefalo
Embrione di un mese
Feto di tre mesi
89
14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre
rigonfiamenti anteriori del tubo neurale
 L’evoluzione del comportamento dei vertebrati, nella
sua estrema complessità, è andata in parallelo con
l’evoluzione del telencefalo (cervello)
90
14.13 L’encefalo dei vertebrati si sviluppa da tre
rigonfiamenti anteriori del tubo neurale
STEP BY STEP
Quale regione dell’encefalo ha subito i maggiori
cambiamenti durante l’evoluzione dei vertebrati?
91
14.14 La struttura dell’encefalo umano:
un supercomputer vivente
 L’encefalo umano
– È più potente e più sofisticato dei nostri migliori
computer
– È suddiviso in tre parti principali
– Prosencefalo
– Mesencefalo
– Rombencefalo
92
Corteccia
cerebrale
Telencefalo
Prosencefalo
Talamo
Ipotalamo
Ipofisi
Mesencefalo
Rombencefalo
Ponte
Midollo
allungato
Cervelletto
Midollo
spinale
93
Emisfero
cerebrale
sinistro
Corpo
calloso
Emisfero
cerebrale
destro
Gangli
basali
94
14.14 La struttura dell’encefalo umano:
un supercomputer vivente
 Tronco encefalico
– È formato dal mesencefalo e da due aree del
rombencefalo: midollo allungato e ponte
– È una delle parti più antiche dell’encefalo dei vertebrati
– Coordina e filtra le informazioni provenienti dai neuroni
sensoriali
– Regola il ciclo sonno/veglia e contribuisce a coordinare
i movimenti corporei
95
14.14 La struttura dell’encefalo umano:
un supercomputer vivente
 Cervelletto
– È il centro che coordina i movimenti del corpo
 Talamo
– Classifica i dati in categorie e li invia alla corteccia
cerebrale
 Ipotalamo
– È il principale centro di controllo omeostatico
– Regola i cicli circadiani
– Controlla la secrezione di ormoni da parte dell’ipofisi
96
14.14 La struttura dell’encefalo umano:
un supercomputer vivente
 Il telencefalo
– È la parte più voluminosa e complessa dell’encefalo
– Svolge le funzioni di integrazione più complicate
– Formula le risposte comportamentali complesse
– Ho un ruolo fondamentale in linguaggio, memoria,
apprendimento, emozioni
97
98
14.14 La struttura dell’encefalo umano:
un supercomputer vivente
STEP BY STEP
Qual è la parte dell’encefalo più importante per
risolvere problemi algebrici, tra quelle elencate nella
tabella della precedente diapositiva?
99
14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico
di regioni specializzate e interattive
 Corteccia cerebrale
– È spessa solo 5 mm
– Rappresenta l’80% della massa totale
dell’encefalo umano
– Regola i movimenti volontari
– È responsabile dei tratti umani più distintivi
– Capacità logiche, matematiche e linguistiche,
immaginazione, personalità
100
14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico
di regioni specializzate e interattive
 Corteccia motoria: invia comandi alla muscolatura
scheletrica, rispondendo agli stimoli sensoriali
 Aree di associazione
– Formano la maggior parte della corteccia cerebrale
– Sono la sede delle attività mentali superiori
– Ragionamento
– Linguaggio
 Lateralizzazione: durante lo sviluppo alcune aree
dei due emisferi si specializzano per funzioni diverse
101
Lobo parietale
Lobo frontale
Area
associativa
Linguaggio somatosensoriale
Area associativa
frontale
Gusto
Lettura
Linguaggio
Udito
Olfatto
Area associativa
uditiva
Area
associativa
visiva
Vista
Lobo temporale
Lobo occipitale
102
14.15 La corteccia cerebrale è un mosaico
di regioni specializzate e interattive
STEP BY STEP
Se un ictus determina la perdita della parola e
l’intorpidimento della parte destra del corpo, quale
lobo della corteccia potrebbe aver danneggiato?
E di quale emisfero?
103
Cervelli danneggiati
COLLEGAMENTO
salute
 Lo studio dell’encefalo ha permesso di associare ad
alcune aree specifiche alcune attività e abilità umane
− Tomografia a emissione di positroni (PET)
− Risonanza magnetica funzionale (fMRI)
 Molte informazioni derivano dallo studio di alterazioni
dell’encefalo causate da malattie, incidenti, operazioni
chirurgiche
– La storia di Phineas Gage
104
105
106
Cervelli danneggiati
COLLEGAMENTO
salute
 Stimolazione diretta
− Durante le operazioni al cervello è possibile stimolare parti
della corteccia con una corrente elettrica innocua e interrogare
il paziente su quali sensazioni o ricordi vengano richiamati
 Lateralizzazione
– Molto di quello che sappiamo a proposito della
lateralizzazione proviene dallo studio di pazienti in cui le
fibre che mettono in comunicazione i due emisferi sono
state recise per curare gravi forme di epilessia
107
14.16 La risonanza magnetica funzionale (fMRI)
permette di comprendere la struttura
e le funzioni dell’encefalo
 fMRI
– è una tecnica di scansione e produzione di immagini
che permette di visualizzare i processi metabolici
durante il loro svolgimento nei tessuti viventi
– Applicabile su pazienti coscienti e sani
– Individua le aree in cui varia il consumo di ossigeno e
quindi l’attività neuronale
– Ha permesso di associare aree cerebrali specifiche con
un’ampia gamma di comportamenti, semplici e
complessi
108
109
14.16 La risonanza magnetica funzionale (fMRI)
permette di comprendere la struttura
e le funzioni dell’encefalo
STEP BY STEP
Che cosa misura effettivamente la fMRI?
110
14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato
da diverse regioni dell’encefalo
 Diversi centri per il controllo della veglia e del
sonno si trovano nel tronco encefalico
– La formazione reticolare è uno di essi e agisce come
un filtro ricevendo i dati dai recettori sensoriali e
selezionando quali inviare alla corteccia cerebrale
– Più informazioni  veglia
– Meno informazioni  sonno
– Ponte e midollo allungato se stimolati inducono il sonno
– Nel mesencefalo si trova un centro che induce la veglia
111
14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato
da diverse regioni dell’encefalo
 Sonno
– Essenziale per la sopravvivenza
– È uno stato attivo
– Sembra sia coinvolto nella consolidazione
dell’apprendimento e nella memoria
112
14.17 Il ciclo di sonno e veglia è regolato
da diverse regioni dell’encefalo
STEP BY STEP
Che cosa impedisce alla corteccia cerebrale di essere
sopraffatta dal gran numero di stimoli sensoriali
provenienti dai recettori periferici?
113
14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni,
nella memoria e nell’apprendimento
 Il sistema limbico
– È un’unità funzionale del prosencefalo che comprende
parti del talamo e dell’ipotalamo circondate da due
anelli incompleti costituiti da regioni della corteccia
cerebrale
– È coinvolto
– Nelle emozioni
– Nella memoria
– Nell’apprendimento
114
Ipotalamo
Talamo
Telencefalo
Corteccia
prefrontale
Afferenze
olfattive
Bulbo olfattivo
Amigdala
Ippocampo
115
14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni,
nella memoria e nell’apprendimento
 Il diversi tipi di memoria
– Memoria a breve termine
– Memoria a lungo termine
– Il passaggio di dati dalla memoria a breve termine alla
memoria a lungo termine coinvolge in parte l’amigdala
– Memoria procedurale
116
14.18 Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni,
nella memoria e nell’apprendimento
STEP BY STEP
Quali fattori aiutano a trasferire le informazioni dalla
memoria a breve termine a quella a lungo termine?
117
Quando il cervello si inceppa
COLLEGAMENTO
salute
 Alterazioni della fisiologia dell’encefalo possono dar
luogo a gravi disturbi neurologici e psichiatrici
 Le malattie del sistema nervoso hanno un notevole
impatto sulla società, tra le più gravi ci sono
– Schizofrenia
– Depressione
– Morbo di Alzheimer
– Morbo di Parkinson
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Quando il cervello si inceppa
COLLEGAMENTO
salute
 Schizofrenia
– Disturbo mentale grave
– Caratterizzato da episodi psicotici nei quali i pazienti
perdono la capacità di distinguere la realtà
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Quando il cervello si inceppa
COLLEGAMENTO
salute
 Depressione
– Condizione patologica caratterizzata da umore
depresso, accompagnato da alterazioni del sonno,
dell’appetito e del livello di energia
– Due forme principali
– Depressione maggiore
– Disturbo bipolare, o disturbo maniaco-depressivo
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Quando il cervello si inceppa
COLLEGAMENTO
salute
 Morbo di Alzheimer
– Forma di deterioramento mentale o demenza,
caratterizzata da confusione, perdita della memoria e
da molti altri sintomi
– Generalmente è legato all’età
 Difficile formulare una diagnosi
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Quando il cervello si inceppa
COLLEGAMENTO
salute
 Morbo di Parkinson
– Disturbo motorio grave
– Caratterizzato da
– Rigidità
– Difficoltà a iniziare i movimenti
– Lentezza nell’eseguirli
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