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Introduzione alla neurofisiologia - Coggle Diagram
Introduzione alla neurofisiologia
Popoloazioni cellulari
Neuroni
Quantità
100 miliardi circa
Componenti
Componente integrativa
Monticolo assonale
Componente conduttiva
Assone
Componente recettiva
Dendriti
Componente trasmissiva
Sinapsi
Tipologie
In base alla collocazione nella rete nervosa
Interneuroni
Classe che comprende la stragrande maggioranza di neuroni
Si collocano nel mezzo tra versante sensoriale e motorio
Tipologie
In base a morfologia e collocazione
Interneurone locale
Presenta assone molto breve
Svolge processi elaborativi localizzati
Interneurone di proiezione
Presenta assone molto lungo
Trasportano l'informazione in altri distretti del SNC
In base alla natura del messaggio trasmesso
Interneuroni eccitatori
Trasmettono segnali di tipo eccitatorio
Interneuroni inibitori
Trasmettono segnali di tipo inibitorio
Motoneuroni
Fungono da punto di raccolta per tutti i processi elaborativi che avvengono a livello del SNC
Emettono segnali che corrispondono a comandi motori
Neuroni sensitivi
Trasduzione sensoriale
Trasformazione delle informazioni raccolte in attività elettrica
Invio dei segnali al SNC per l'elaborazione
Raccolta di informazioni sensoriali
In base alla modalità di trasmissione
Neuroni sinaptici
Trasmettono segnali mediante sinapsi classiche
Cellule neuroendocrine
Trasmettono segnali liberando neurotrasmettitori nel corrente circolatorio
Effetti a livello del sistema endocrino
Funzione
Costituzione di una rete nervosa
Relazione di convergenza
Convergenza di un input su un minor numero di neuroni che funge da imbuto
L'input proveniente da più strutture giunge su un numero minore di strutture
Meccanismi inibitori
Trasmissione di segnali eccitatori rivolti a interneuroni inibitori
Inibizione di un neurone post-sinaptico
Inversione del segnale (un flusso eccitatorio diventa inibitorio)
Relazione di divergenza
Divergenza di un input attraverso un’amplificazione della
popolazione neuronale interessata
L'input giunge a più strutture contemporaneamente
Regolazione della temporizzazione di scarica
Meccanismo svolto da interneuroni in grado di limitare la durata di una scarica nel tempo
Inibizione a feedback
Cellule gliali
Tipologie
Oligodendrociti
Formano guaine mieliniche all'interno del SNC
Astrociti
Generalità
Più comuni
Funzioni nell'economia generale del sistema nervoso
Il numero di astrociti per neurone aumenta molto nel corso dell'evoluzione
Funzioni
Riciclo dei mediatori
Formazione della barriera ematoencefalica
Tramite tra circolo ematico e neuroni
Mediazione per il trasporto di sostanze
Sostegno
Prevenzione di iperconcentrazioni locali di K+
Ingresso di K+ negli astrociti
Formazione di flussi di K+ tra diversi astrociti connessi tra loro attraverso gap junctions
Liberazione di K+ nelle zone in cui è meno concentrato
Cellule microgliali
Intervengono nei processi riparativi di una lesione (simili a macrofagi)
Organizzazione generale
Componenti
SNC
Diencefalo
Tronco dell'encefalo
Emisferi cerebrali
Midollo spinale
SNP
Componenti sensoriali
Gangli e nervi sensoriali
Recettori sensoriali
Componenti motorie
Sistema motorio somatico
Nervi motori
Sistema motorio viscerale (sezione simpatica, parasimpatica ed enterica)
Nervi e gangli del sistema nervoso autonomo
Percorso dell'informazione
Elaborazione
Processo di integrazione senso-motoria
Funzione
Analisi ed elaborazione dell'input iniziale
Produzione di comportamento o attività appropriata all'informazione sensoriale arrivata
Organizzazione generale
Il processo di integrazione senso-motoria si sviluppa su più livelli
Organizzazione dei livelli di integrazione
Organizzazione gerarchica
Ogni livello assume funzione di controllo dei livelli sottostanti
Organizzazione parallela
Ogni livello può continuare ad agire in modo svincolato dai centri superiori
Proprietà dei livelli di integrazione
Livelli al di sotto della corteccia
Produzione di output che riguardano attività motorie riflesse
Corteccia
Produzione di output che riguardano un comportamento consapevole e volontario
Operazioni inconsapevoli
Livelli di integrazione
Tronco
Struttura centrale
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Struttura motoria
Struttura sensitiva
Tappa evolutiva
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Midollo
Struttura sensitiva
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Struttura motoria
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Corteccia
Nastro di sostanza grigia che riveste gli emisferi
Sede dei processi di elaborazione più complessi
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Si avvale di due grossi circuiti che riverberano nella corteccia il prodotto della loro elaborazione
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Meccanismo
Ingresso dell'input sensoriale
Arrivo dell'input sensoriale al midollo
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Uscita
Output proveniente dal SNC
Trasmissione dell'output tramite nervi motori
Arrivo dell'output ai muscoli striati
Trasmissione dell'output tramite nervi e gangli del sistema nervoso autonomo (simpatico, parasimpatico ed enterico)
Arrivo dell'output a muscoli lisci, cardiaci e ghiandole
Ingresso
Input provenienti dall'ambiente esterno e interno
Captazione dell'input da parte dei recettori sensoriali
Trasmissione dell'input attraverso gangli e nervi sensoriali
Arrivo dell'input al SNC
Evoluzione
L'acquisizione di una maggiore complessità di elaborazione da parte del SNC viene raggiunta nel corso dell'evoluzione
Fattori evolutivi determinanti l'acquisizione di maggiore complessità da parte del SNC
Aumento delle dimensioni cerebrali
Aumento del rapporto cervello/corpo
Aumento del grado di girificazione della corteccia
Aumento della superficie della corteccia
Modalità di sviluppo della corteccia
Non uniforme
Alcuni regioni corticali aumentano la loro dimensione a differenza di altre che rimangono relativamente vicine tra loro
Le aree corticali che tendono ad espandersi maggiormente con l'evoluzione sono quelle associative (temporali e prefrontali)
Anatomia microscopica
Legame tra funzione e caratteristiche anatomiche del cervello
Le varie parti del cervello svolgono funzioni diverse
Lesioni di una determinata area della corteccia provocano effetti completamente diversi dalle lesioni di altre aree della corteccia
Vascolarizzazione
Arterie principali
Arteria cerebrale media
Arteria cerebrale posteriore
Arteria cerebrale anteriore
Tutte le arterie cerebrali hanno uno specifico territorio di irrorazione
Possibilità di riconoscere zone corticali a particolare rischio di complicazioni vascolari
Popolazione neuronale corticale
La corteccia è un mantello di sostanza grigia costituita da migliaia di diversi tipi neuronali
Complessa microcircuiteria
Composta sia da elementi eccitatori che inibitori
Organizzata su 6 strati
Costituita prevalentemente da interneuroni che contribuiscono all'elaborazione locale dell'informazione
Talamo
Situato nel diencefalo
Al suo interno presenta i nuclei talamici
Nuclei talamici specifici (di Relè)
Trasportano l'informazione verso aree specifiche della corteccia
Nuclei talamici aspecifici
Presentano proiezioni di carattere modulatorio diffuse nella corteccia
Massa di sostanza grigia
I flussi di informazione talamici sono rielaborati a livello corticale per generare output verso diversi bersagli
Talamo
Striato
Altro emisfero
Tronco
Altre regioni corticali
Midollo
Circuiteria
Percorso dell'informazione
Elaborazione locale
L'input viene smistato in moduli di elaborazione verticali che attraversano la corteccia nel suo spessore
Output
Il prodotto della elaborazione viene inviato altrove attraverso cellule piramidali efferenti situate nel III o V strato
Bersagli
Altro emisfero
Aree sottocorticali
Altre regioni corticali
Talamo
Striato
Tronco
Midollo
Input
Le informazioni provenienti dal talamo giungono al IV strato della corteccia
Connessioni corticali
Ascendenti
Partenza
Strati superficiali (I-III) della zona corticale gerarchicamente inferiore
Arrivo
Strato IV della zona corticale gerarchicamente superiore
Funzione
Trasporto delle informazioni a un area che possa svolgere elaborazioni più complesse
Discendenti
Partenza
Strati profondi (V-VI) della zona corticale gerarchicamente superiore
Arrivo
Vari strati della zona corticale gerarchicamente inferiore
Funzione
Regolazione dell'attività delle aree corticali gerarchicamente inferiori da cui partono le connessioni ascendenti
Citoarchitettonica
Definizione
Studio dell'organizzazione a strati della corteccia
Struttura della corteccia
Paleocorteccia
Zone in cui la corteccia assume strutture più primitive
Archicorteccia
Neocorteccia
Presenta struttura classica generalmente suddivisa in 6 strati
La struttura può variare da zona a zona
Vedi schema pag.5, sbobina 11
Mappatura della corteccia
Mappa di Brodmann
Suddivisione della corteccia in aree in base alla loro citoarchitettura
Ha permesso di localizzare precisamente specifiche zone della corteccia
Rapporto area/funzione corticale
La corteccia cerebrale è un insieme di aree diverse
Ogni area coinvolge diversi circuiti con particolari processi elaborativi
Suddivisione funzionale delle aree
Aree associative unimodali
Tappe successive di elaborazione dell'informazione sensoriale primaria
Informazioni di vario tipo vengono messe insieme per elaborazioni di ordine maggiore
Generazione di un output che viene inviato alla corteccia motoria
La corteccia presenta 3 grandi aree associative
Corteccia prefrontale
Corteccia temporale
Corteccia parietale
Aree motorie
Responsabili della generazione del movimento
Aree sensoriali primarie
Punto di arrivo dell'informazione sensoriale in corteccia
Generazione di un output diretto alla corteccia associativa
Principio organizzativo generale
Capacità di elaborare in parallelo
Capacità di generare un analisi estremamente sofisticata in un brevissimo lasso di tempo
Studio sulla corteccia
Finalità
Studio delle interconnessioni
Collaborative per flussi di informazioni
Definizione delle proprietà funzionali
Determinazione dell'esatto contributo per una determinata funzione
Caratterizzazione delle aree corticali coinvolte in una certa funzione
Oggetto di studio
Cervello animale
Ricavo di dati con elevata risoluzione spaziale e temporale
Cervello umano
Indagini che possono confermare o smentire le informazioni ricavate dallo studio sul modello animale
Tecniche
Tecniche basate sullo studio della struttura
Citoarchitettonica
Consente di suddividere e individuare aree architettoniche all'interno della corteccia di una determinata specie
Presenta caratteristiche di soggettività
Non ha chiara e immediata valenza di tipo funzionale
Indagine neurochimica
Esame della caratterizzazione delle efferenze
Metodiche immunoistochimiche per visualizzare popolazioni di cellule piramidali che esprimano determinati componenti
Esame delle differenze della circuiteria intrinseca
Reazioni immunoistochimiche per valutare la densità (variabile da zona a zona) di neuroni inibitori
Esame della caratterizzazione delle afferenze
Studio della distribuzione a livello corticale di recettori per determinati neurotrasmettitori
Tracciati neuronali
Tecniche che si avvalgono dell'utilizzo di traccianti neuronali
Sostanze che, se vengono depositate in una determinata zona, possono essere trasportate dagli assoni, a ritroso, fino al corpo cellulare di origine
Meccanismo
Iniezione del tracciante neuronale in zona A
Trasporto del tracciante lungo l'assone
Raggiungimento dei terminali assonali da parte del tracciante
Se trovo terminali tracciati nella regione B, posso affermare che la regione A proietta nella regione B
Assumono tanta più validità quanto più il modello esaminato si avvicina a quello umano
Utilizzo di risonanza magnetica
Tecnica del tensore
Indagine sulle linee di diffusione di acqua nel cervello
L'acqua si diffonde in maniera uniforme dove ci sono fasci di fibre
Tecnica che permette di tracciare i principali fasci di fibre
Tecniche basate sullo studio della funzione
Utilizzo di vettori virali per infettare specifiche popolazioni neuronali
I neuroni infettati sintetizzano canali di membrana sensibili alla luce
Illuminazione selettiva delle aree corticali contenenti canali sensibili alla luce
Osservazione delle conseguenze derivanti da depolarizzazioni e iperpolarizzazioni a comando
Classico approccio elettrofisiologico
Registrazione dell'attività elettrica neronale
Identificazione degli eventi sensoriali, comportamentali esterni e interni che fanno variare l'attività dei neuroni esaminati
Determinazione della funzione correlata all'attività dei neuroni esaminati
La metodica si può applicare su popolazioni neuronali più o meno numerose
Elettrocorticogramma (ECoG)
Elettroencefalogramma (EEG)
Utilizzo di sostanze fluorescenti sensibili a Ca2+
Visualizzazione delle correnti di Ca2+ entranti nelle cellule in corrispondenza di un'attività
Deep Brain Stimolation
Stimolazione elettrica da parte di elettrodi impiantati cronicamente nel cervello dei pazienti
Ambiti di utilizzo
Trattamento del morbo di Parkinson
Identificazione della zona di origine di crisi epilettiche in pazienti affetti da epilessia intrattabile
Indagine invasiva
Stimolazione elettrica del cervello dall'esterno
Stimolazione magnetica transcranica
Registrazioni multi elettroniche ad alta densità di tipo elettroencefalografico
Magnetoencefalografia (MEG)
Tecnica sofisticata e costosa
Rivela dei piccolissimi campi magnetici dovuti alla variazione dell'attività elettrica in corteccia
I campi sono identificati con dei falsi colori
Risonanza magnetica cerebrale
Messa in evidenza delle variazioni di flusso ematico nelle diverse
aree dell’encefalo
Applicazioni terapeutiche
Brain Machine Interface
Installazione permanente di elettrodi nel cervello
Decodificazione dell'attività neuronale ad opera di un computer
Traduzione dell'attività neuronale in output
Interazione dell'output con dispositivi di diversa natura
Impianto ben tollerato dall'uomo
Talvolta può portare problemi di gliosi