Neurofisiologia pt1 (Unige - Ing. Biomedica) : SNC, movimento, cervelletto, gangli, Appunti di Fisiologia

Scarica Neurofisiologia pt1 (Unige - Ing. Biomedica) : SNC, movimento, cervelletto, gangli e più Appunti in PDF di Fisiologia solo su Docsity! Appunti fisiologia - parte di neurofisiologia Corso di laurea in Ingegneria Biomedica (triennale) - corso di Fisiologia - parte 1 neuro (Avanzino) Materiale utilizzato: Appunti presi a lezione (lezioni prof. Avanzino) Slide Integrazioni dal libro di neurofisiologia consigliato Indice argomenti 1. Anatomia del sistema nervoso 2. Ossa e tessuto connettivo del SNC 3. Midollo spinale 4. Innervazione sensoriale e controllo motorio 5. Encefalo 6. Corteccia cerebrale 7. Organizzazione del movimento 8. Centri nervosi del movimento 9. Come si attivano gli alfa motoneuroni? 10.Come il cervello comunica con il midollo? 11.Vie discendenti 12.Via cortico-spinale 13.Corteccia motoria e aree motorie 14.Movimento, alfamotoneuroni e terminologia 15.Movimento volontario -> integrazione sensori-motoria 16.Cervelletto 17.Funzioni del cervelletto 18.Afferenze al cervelletto 19.Efferenze del cervelletto 20.Organizzazione Funzionale del cervelletto 21.Come è organizzata La corteccia cerebellare? 22.Circuiti cerebellari 23.Funzione dei circuiti cerebellari 24.Funzioni cervelletto pt 2 25.Lesioni al cervelletto e alle aree motorie 26.Gangli della base 27.Cervelletto e gangli della base 3. L’ultima componente protettiva del SNC è il liquidò extracellulare che funziona da ammortizzatore -> il cranio ha un volume intorno a 1,4 l di cui 1 l è occupato da cellule -> il restanti 400 ml sono divisi in due compartimenti extracellulari -> sangue (100-150 ml) + liquidò extracellulare (250-300 ml) a sua volta formato da LIQUIDÒ CEREBROSPINALE e liquido interstiziale - il liquidò interstiziale è situato internamente alla pia madre - Il liquidò cerebrospinale si trova nei ventricoli e nello spazio subaracnoideo - I compartimenti dei due liquidi comunicano attraverso giunzioni aperte della membrana piale e dello strato di cellule ependimali che riveste i ventricoli 4. Il liquidò cerebrospinale è una soluzione salina secreta dai PLESSI CORIOIDEI che si trovano sulla parete dei ventricoli e hanno caratteristiche simili a quelle dei nefroni presenti nel rene -> sono costituiti da capillari ed epitelio di trasporto - trasportano con un meccanismo attivo il sodio e altri soluti dal plasma nei ventricoli creando un gradiente osmotico che causa il passaggio dell’acqua che trascina con sé altri soluti - dai ventricoli il LCS passa nello spazio subaracnoideo -> scorre intorno al tessuto nervoso e può essere riassorbito nel plasma attraverso strutture dell’aracnoide dette VILLI - la velocità di scorrimento è sufficiente a sostituire il suo intero volume circa tre volte al giorno - 2 FUNZIONI • PROTEZIONE CHIMICA -> ambiente extracellulare finemente regolato per i neuroni -> il plesso corioideo selettivo con le sostanze che trasportano nei ventricoli per cui la concentrazione del LCS è diversa rispetto a quella del plasma (concentrazione di potassio più bassa, concentrazione di idrogeno più alta, concentrazione di sodio simile, pochissime proteine e nessuna cellula ematica) • PROTEZIONE FISICA -> Encefalo e midollo spinale galleggiano nel sottile strato di liquidò tra le membrane -> la spinta idrostatica del liquidò riduce il peso dell’encefalo di 30 volte circa -> questo si trasforma in una riduzione della pressione sui vasi sanguigni e sui nervi attaccati al SNC + sorta di imbottitura protettiva cosicché quando la testa subisce un urto si impedisce che il cervello vada a impattare direttamente contro alla superficie interna del cranio 5. BARRIERA EMATO-ENCEFALICA -> barriera funzionale tra liquidò interstiziale e sangue -> isola il principale centro di controllo dell’organismo da sostanze potenzialmente dannose e patogeni presenti nel sangue -> permeabilità altamente selettiva dei capillari cerebrali isola il SNC dalle tossine e dalle fluttuazioni di concentrazione - Possibile grazie alle giunzioni strette dei capillari cerebrali che impediscono i movimenti di soluti tra le cellule -> per muovere dal sangue al liquidò interstiziale cerebrale i nutrienti e altri materiali utili vengono utilizzati specifici canali e tra trasportatori di membrana -> qualunque molecola idrosolubile che non sia trasportata da uno di questi trasportatori non può attraversare la barriera - In alcune aree esistono delle interruzioni della barriera ematoencefalica in cui i capillari possiedono un endotelio fenestrato -> neuroni in connessione diretta con il torrente circolatorio • per esempio l’ipotalamo rilascia ormoni neuro secretori direttamente nei capillari del sistema portale ipotalamico-ipofisario che poi raggiungono la parte anteriore della ghiandola pituitaria (ipofisi) • Per esempio il centro del vomito nel bulbo del midollo allungato -> i neuroni presenti in questa area rilevano la presenza nel sangue di sostanze potenzialmente tossiche e innescano riflesso del vomito Argomento 3: midollo spinale 1. Si estende dal tronco dell’encefalo fino a raggiungere all’incirca il livello della prima vertebra lombare nell’adulto 2. La colonna vertebrale e il midollo spinale al suo interno sono divisi in cinque regioni -> cervicale + toracica + lombare + sacrale + coccigea 3. I nervi periferici (nervi spinali o segmentali) emergono dal midollo spinale sottoforma di 31 paia -> su ogni lato della linea mediana abbiamo: - la regione cervicale che dà origine a otto nervi cervicali - La regione toracica che dà origine a 12 nervi toracici - La regione lombare che origine cinque nervi lombari - La regione sacrale che dà origine a cinque nervi sacrali - La regione coccigea che dà origine a un singolo nervo coccigeo 4. I nervi spinali escono dalla dalla colonna vertebrale attraverso gli spazi intervertebrali -> le informazioni sensoriali portati dagli assoni afferenti dei nervi spinali entrano nel midollo attraverso le RADICI DORSALI mentre i segnali motori portati dagli assoni efferenti lasciano il midollo attraverso le RADICI VENTRALI 5. Due regioni del midollo spinale presentano un rigonfiamento per raccogliere un numero maggiormente elevato di cellule e connessioni nervose per elaborare le informazioni relative ad arti superiori e inferiori - il rigonfiamento che corrisponde agli arti superiori è detto RIGONFIAMENTO CERVICALE va dal terzo nervo cervicale al primo nervo toracico - Il rigonfiamento che corrisponde agli arti inferiori viene invece detto RIGONFIAMENTO LOMBOSACRALE e comprende i nervi spinali dal primo lombare al secondo sacrale 6. Negli adulti il midollo spinale è molto più corto della colonna vertebrale per cui i nervi lombari e sacrali decorrono per qualche tratto nel canale vertebrale prima di emergere formando un fascio di radici nervose detto CAUDA EQUINA 7. L’organizzazione della sostanza grigia e della sostanza bianca nel midollo spinale è relativamente semplice -> l’interno del midollo è formato da sostanza grigia che è circondata da sostanza bianca 8. Nelle sezioni trasversali la sostanza grigia è convenzionalmente divisa in CORNA dorsali (posteriori) + laterali (intermedie) e ventrali (anteriori) - i neuroni delle CORNA DORSALI ricevono informazioni sensoriali che entrano nel midollo spinale attraverso le radici dorsali dei nervi spinali - Le CORNA LATERALI sono presenti soprattutto nella regione toracica e contengono i motoneuroni viscerali pregangliari che proiettano ai gangli simpatici - Le CORNA VENTRALI contengono i corpi cellulari dei motoneuroni che inviano a assoni attraverso le radici ventrali dei nervi spinali per prendere contatto con i muscoli striati 9. La sostanza bianca del midollo spinale è suddivisa in COLONNE dorsali (posteriori) laterali e ventrali (anteriori) ognuna delle quali contiene fasci di assoni relativi a specifiche funzioni - le COLONNE DORSALI trasporta l’informazioni sensoriali ascendenti provenienti prevalentemente dai meccanocettori somatici - Le COLONNE LATERALI comprendono assoni che provengono dalla corteccia cerebrale e prendono contatto con gli interneuroni e i motoneuroni delle corna ventrali -> importante via chiamata TRATTO CORTICOSPINALE LATERALE + trasferiscono anche segnali propriocettivi dai neuroni del midollo spinale al cervelletto - Le COLONNE VENTRALI (e ventrolaterali o anterolaterali) trasportano sia informazioni ascendenti relativi al dolore e alla temperatura + informazioni motorie discendenti dal tronco dell’encefalo e dalla corteccia motoria per il controllo e l’aggiustamento post posturali 10. A livello del midollo c’è un’organizzazione precisa degli alfa motoneuroni -> nella porzione più esterna ci sono i motoneuroni per i muscoli distali (i più lontani per esempio le dita) + nella parte più vicina alla metà ci sono i neuroni prossimali dell’arto (per esempio per la postura quindi la disposizione dei segmenti corporei rispetto alla gravità e per l’equilibrio) Argomento 4: Innervazione Sensoriale E Controllo Motorio 1. INNERVAZIONE SENSORIALE -> riceve informazioni sensoriali somatiche da cute e muscoli delle articolazioni dei diversi distretti corporei -> il DERMATOMERO è una regione cutanea innervata da una singola radice spinale posteriore -> aree della cute che proiettano le informazioni sensoriali ad uno specifico segmento del midollo spinale che prende il nome dalla vertebra che circonda quella porzione di midollo - i corpi cellulari delle fibre afferenti si trovano in una serie di GANGLI ai lati del midollo spinale e del tronco dell’encefalo e sono considerati parte del sistema nervoso periferico -> portano al SNC le informazioni sensoriali avvertite in periferia - I neuroni dei gangli sono detti PSEUDOUNIPOLARI e grazie alla loro conformazione la conduzione del segnale elettrico attraverso la membrana del corpo cellulare non è necessaria perchè le diramazioni periferiche e centrali sono continue 2. CONTROLLO MOTORIO -> le zone di controllo sono a carico di un unico nervo e sono meno estese -> i nervi spinali allontanandosi dal centro si suddividono in nervi più specifici - rapporto tra motoneuroni e muscoli -> nelle sezioni delle radici ventrali del midollo spinale si possono osservare i motoneuroni che innervano i muscoli scheletrici del corpo -> ogni motoneurone inferiore innerva le fibre muscolari di un singolo muscolo e tutti i motoneuroni che innervano un muscolo si aggregano x formare una struttura che decorre parallelamente al midollo spinale - Nel midollo spinale c’è una mappa topografica dei motoneuroni a seconda delle zone che innervano • quelli che innervano la muscolatura assiale (muscoli posturali del tronco) sono nella parte più mediale delle corna ventrali • Quelli che innervano i muscoli di spalle e pelvi sono posti lateralmente a quelli dei muscoli assiali • Quelli che innervano i muscoli prossimali di braccio e gamba sono ancora più lateralmente • Quelli che innervano le estremità degli arti sono quelli più distanti dal piano mediano - I pool dei motoneuroni inferiori mediali che controllano postura ed equilibrio ricevono afferenze da motoneuroni superiori localizzati nei nuclei vestibolari e nella formazione reticolare del tronco -> decorrono nella sostanza bianca mediale e ventrale del midollo - I motoneuroni inferiori più laterali che innervano le estremità distali sono regolati da proiezioni provenienti da divisioni motorie della corteccia che decorrono nella sostanza bianca laterale del midollo - Anche le connessioni degli interneuroni sono diverse nella zona intermedia e nella zona laterale • INTERNEURONI MEDIALI -> innervano motoneuroni inferiori del contro ventrale mediale hanno assoni che proiettano a molti segmenti del midollo spinale -> molte proiezioni decorrono tra rigonfiamento cervicale e rigonfiamento lombare partecipano a coordinazione movimenti ritmici degli arti e altri x il controllo della postura percorrono tutto il midollo spinale -> molti di questi assoni hanno ramificazioni che attraversano la linea mediana x garantire controllo coordinato dei muscoli assiali di entrambe le parti del corpo • INTERNEURONI LATERALI -> hanno assoni più corti che si estendono x meno di cinque segmenti e sono prevalentemente omolaterali x un controllo più fine e differenziato - Nei pool neuronali del corno ventrale sono presenti due tipi di MOTONEURONI • Motoneuroni alfa -> grandi dimensioni innervano muscolo striato x mantenimento postura e moviment • Motoneuroni gamma -> innervano fibre muscolari specializzate e sono in realtà recettori sensoriali posti in parallelo alle fibre del muscolo striato -> le fibre muscolari specializzate dette FUSI NEUROMUSCOLARI sono dentro capsule di tessuto connettivo e sono innervate anche da assoni sensoriali che inviano info su lunghezza muscolo -> i motoneuroni gamma controllano la sensibilità di questo meccanismo di trasduzione sensoriale x ottimizzare il movimento Argomento 5: Encefalo 1. Può essere mostrato attraverso 3 sezioni diverse -> sezione CORONALE con taglio parallelo alla superficie del viso, sezione SAGITTALE con taglio parallelo alla superficie della guancia o sezione ORIZZONTALE con piano parallelo alla superficie del pavimento m 2. divide in 6 parti: cervello (anche detto telencefalo) + diencefalo + cervelletto + mesencefalo + ponte + midollo allungato o bulbo 3. Telencefalo + diencefalo = cervello 4. Bulbo + ponte + mesencefalo formano il tronco encefalico - decorrono le informazioni che vanno e vengono dal midollo spinale e dal cervello e contiene numerosi raggruppamenti distinti di cellule nervose che sono i nuclei dei nervi cranici - Da qui emergono i NERVI CRANICI per il distretto capo-collo -> spesso sono già specifici in partenza e non misti -> Per esempio il nervo ottico è sensoriale - BULBO -> direttamente sopra il midollo spinale 4. BROADMANN ha individuato diverse aree all’interno della corteccia con funzioni specifiche Argomento 7: Organizzazione Del Movimento 1. Abbiamo tre tipi di movimento: - movimento RIFLESSO -> di tipo involontario, sono stereotipati (cioè uguali per tutti), innati e scatenati da uno stimolo sensoriale -> lo stimolo attiva i motoneuroni del sistema nervoso centrale (per esempio un allontanamento da una stimolazione dolorifica richiede sensori e recettori per lo stimolo dolorifica) - Movimento RITMICO -> Tipico di movimenti locomotori o deambulatore -> ci sono delle caratteristiche di volontarietà (per esempio l’inizio o la fine del movimento) ma nel suo svolgimento tutte le fasi sono sostenute in modo quasi involontario (per esempio durante il cammino) -> tuttavia ci sono aspetti sotto controllo volontario per esempio adattarsi a ostacoli - Movimento VOLONTARIO -> è volontario e finalistico, non è mai uguale a se stesso quindi non stereotipato, può essere migliorato con la pratica, non è una risposta a stimoli ambientali ma può essere generato anche internamente e coinvolge moltissime strutture del sistema nervoso centrale centrale - necessita di integrazione SENSORIMOTORIA -> non esiste movimento senza relazione con la sensibilità e le info sensoriali sono importanti x controllo motorio e a volte possono generare il movimento e altre volte no Argomento 8: Centri Nervosi Del Movimento 1. Possono essere suddivisi in quattro sottosistemi diversi ma legati reciprocamente da elevati livelli di interazione -> tuttavia ognuno di essi svolge un ruolo specifico nel controllo motorio 2. SOSTANZA GRIGIA DEL MIDOLLO SPINALE E DEL TEGMENTO DEL TRONCO ENCEFALICO -> le cellule di queste circuiti comprendono: • motoneuroni inferiori (inviano i loro assoni all’esterno del SNC per innervare i muscoli scheletrici della testa e del corpo rispettivamente) • interneuroni (principali fonte di stimoli sinaptici diretti ai motoneuroni inferiori) - I comandi relativi ai MOVIMENTI sono trasmessi ai muscoli attraverso attività dei motoneuroni inferiori -> ma circuito locale che innerva motoneuroni inferiore riceve -> afferenze sensoriali + proiezioni discendenti da centri superiori -> alla base di gran parte della coordinazione tra i vari gruppi muscolari 3. MOTONEURONI SUPERIORI -> i corpi cellulari sono nel tronco dell’encefalo o nella corteccia cerebrale e gli assoni vanno a fare sinapsi con gli interneuroni o più raramente direttamente con i motoneuroni inferiori - Le vie che hanno origine da questi motoneuroni sono fondamentali per l’avvio dei movimenti volontari e per le sequenze spazio-temporali complesse dei movimenti specializzati -> in particolare quelli del tronco dell’encefalo sono responsabili della regolazione del tono muscolare e dell’orientamento degli occhi della testa del corpo in relazione alle informazioni sensoriali vestibolari somatiche uditive e visive + direzionalità del movimento e controllo della postura X es le proiezioni discendenti dalle aree corticali del lobo frontale (area motrice primaria o area 4 + diverse divisioni della corteccia premotoria principalmente nell’area 6) sono fondamentali x pianificare iniziare e dirigere le sequenze temporali dei movimenti volontari che coinvolgono testa tronco e arti Nel lobo frontale (area 8) ci sono aree corticali con controllo del movimento degli occhi Le aree corticali del giro cingolato anteriore aria 24) controllano l’espressione delle emozioni in particolare delle muscolatura facciale La porzione posteriore del giro frontale inferiore spesso dell’emisfero sinistro (area 44-45) è una suddivisione delle aree premotorie che ha un ruolo importante per il parlato 4. CERVELLETTO -> agisce come un servo meccanico attraverso le proprie vie efferenti dirette ai motoneuroni superiori rilevando gli errori motori tra un movimento programmato e il movimento effettivamente realizzato -> media l’riduzione di questi errori motori 5. GANGLI DELLA BASE -> impediscono ai motoneuroni superiori di iniziare i movimenti non richiesti e preparano i circuiti motori per l’inizio dei movimenti Argomento 9: Come Si Attivano Gli Alfa Motoneuroni? 1. Nel movimento RIFLESSO ci sono afferenze sensoriali che arrivano e attivano direttamente i motoneuroni senza bisogno della corteccia cerebrale 2. Nel movimento VOLONTARIO si ha l’attivazione delle vie discendenti che arrivano dalla corteccia cerebrale nell’encefalo -> si attiva un Pool di motoneuroni spinali - ideazione del movimento a livello della corteccia cerebrale -> decisione dell’obiettivo da raggiungere con il movimento - Pianificazione nella corteccia per quali muscoli contrarre, in che sequenza, quanta forza genera nella contrazione eccetera -> la corteccia collabora con il cervelletto e i gangli della base -> molto difficile scegliere il piano migliore per l’obiettivo ma viene rifinito ogni volta -> la pianificazione è migliorabile - Esecuzione tramite la via discendente e il midollo spinale 3. Ci sono numerose aree del SNC coinvolte nel processo: - nella fase di ideazione necessito di informazioni e attività predittive -> integrazione di diverse informazioni sensoriali (x es visiva e propriocettiva) -> le informazioni vengono integrate e ‘comunicano’ con le aree che stabiliscono il piano motorio nel lobo frontale -> tutto questo accade in modo IMPLICITO e NON DICHIARATIVO - Durante l’esecuzione controllo poi il movimento a FEEDBACK grazie al cervelletto 4. Tuttavia perché il movimento venga attuato in modo corretto c’è bisogno di altre due strutture -> cervelletto + gangli della base -> servono per fare in modo che i movimenti siano corretti e adeguati 5. Il movimento volontario è mirato al raggiungimento di un obiettivo -> questo è il raggiungibile in molti modi diversi ma è il SNC decidere quale è il migliore -> questo è il motivo per cui la risposta non è mai stereotipata tra afferenze sensoriali e movimento 6. EFFICACIA del movimento aumenta con ESPERIENZA e APPRENDIMENTO - per esempio con l’apprendimento motorio -> meccanismo con cui il sistema nervoso fa sì che io esegua un movimento meglio del precedente -> è un apprendimento implicito o non dichiarativo perché non si sa dire perché se migliora o cosa è stato fatto per migliorare 7. Il movimento può essere generato esternamente -> BOTTOM UP (vedo una cosa e voglio prenderla) ma può anche essere generato internamente (per esempio pulsioni fisiologiche come fame e sete) 8. Per eseguire il movimento necessito di due fasi importanti: - PREPARAZIONE -> decidere quali muscoli andranno a contrarsi, quanto, in che modo, in che sequenza (controllato dal cervelletto che fa essere più o meno efficace il movimento) - ESECUZIONE -> gli alfa motoneuroni fanno contrarre la muscolatura Argomento 10: Come Il Cervello Comunica Con Il Midollo? 1. I corpi cellulari dei neuroni che si trovano nell’area motoria primaria (nel lobo frontale) hanno assoni che danno origine a una via discendente che ha come bersaglio gli Alfa motoneuroni nel midollo spinale e i motoneuroni dei nervi cranici 2. Troviamo la CORTECCIA MOTORIA nel lobo frontale in direzione postero-anteriore -> suddivisa in - M1 o area motoria primaria o area 4 di Broadmann - Aree motorie secondarie o area 6 di Broadmann -> descritte nel 1950 da Panfield - Nella corteccia prefrontale troviamo aree che si occupano del comportamento in senso lato (per esempio decisioni obiettivi e comportamento -> ragione per cui nel novecento veniva praticata la lobotomia per psichiatrici e criminali) che si plasma anche sulla base di esperienze e società in cui viviamo 3. Panfield vede: - l’area motoria primaria si verificano contrazioni dal lato del corpo opposto -> si rende anche conto che ogni zona “più piccola“ della circonvoluzione precentrale fa contrarre parti del corpo diverse - Il numero di neuroni dedicati a una certa funzione non dipende dalla grandezza del muscolo o dell’aria ma è proporzionale alla grandezza funzionale dei gruppi muscolari (per esempio parola emano) -> ne segue una rappresentazione SOMATOTOPICA - Anche se i neuroni muoiono si riorganizzano strutturalmente e funzionalmente grazie alla PLASTICITà SINAPTICA -> nel movimento per esempio di un pianista sono più sviluppate le aree che riguardano la mano Argomento 11: Vie Discendenti 1. I motoneuroni inferiori del corno ventrale del midollo spinale hanno un’organizzazione somato topica (che si riferisce a particolari zone del corpo -> in particolare alle zone controllate dalle diverse aree della corteccia cerebrale) - la parte più mediale del corno ventrale contiene un Pool di motoneuroni inferiori che innervano i muscoli assiali o i muscoli dei segmenti prossimali degli arti - Le parti + laterali contengono motoneuroni inferiori che innervano i segmenti dei muscoli distali degli arti 2. Gli interneuroni (si trovano prevalentemente nella zona intermedia del midollo spinale e trasmettono buona parte dei segnali diretti ai motoneuroni inferiori) sono disposti in modo topografico - nella regione mediale della zona intermedia nella sostanza grigia del midollo spinale ci sono gli interneuroni che fanno sinapsi con i motoneuroni inferiori della parte mediale del corno ventrale - Nelle regioni laterali della zona intermedia sono localizzati neuroni locali che formano sinapsi con i motoneuroni inferiori della parte laterale del corno ventrale 3. Le differenze del luogo dove arrivano le vie dei motoneuroni superiori (dalla corteccia e dal tronco dell’encefalo) nel midollo spinale corrispondono alle diverse funzioni esistenti tra i circuiti locali che controllano l’attività dei gruppi di muscoli assiali e distali - maggior parte dei motoneuroni superiori che proiettano alla parte mediale del corno ventrale proiettano anche a regione mediale della zona intermedia -> assoni di questi motoneuroni sup attraversano sostanza bianca antero-mediale del midollo spinale e danno origine a rami collaterali che terminano in numerosi segmenti del midollo spinale tra gruppi di cellule della parte mediale in entrambi i lati del midollo • i centri da cui originano queste proiezioni sono localizzati nel tronco dell’encefalo • sono deputati al controllo dei muscoli prossimali responsabili della postura dell’equilibrio e dei meccanismi di orientamento + i centri motori del tronco dell’encefalo sono responsabili dell’avvio e della regolazione di comportamenti ritmici e stereotipati - La maggior parte degli assoni che proiettano dalla corteccia motoria al midollo spinale attraversa la sostanza bianca laterale del midollo spinale e termina termina nelle porzioni laterali del corno ventrale -> principalmente dediti all’espressione volontaria di movimenti precisi e fini che coinvolgono le parti più distali degli arti 4. I motoneuroni superiori della corteccia sono collocati in aree adiacenti e strettamente interconnesse del lobo frontale posteriore e si occupano della pianificazione e dell’avvio delle complesse sequenze temporali dei movimenti volontari 5. Tutte queste aree corticali ricevono afferenze regolatorie dai gangli della base e cervelletto attraverso il talamo ventre laterale + stimoli dalle regioni sensoriali del lobo parietale 6. Con corteccia motoria ci si riferisce essenzialmente alla CORTECCIA MOTORIA PRIMARIA che si distingue sia per l’architettura cellulare sia per la bassa intensità di corrente necessaria per evocare i movimenti mediante stimolazione elettrica -> questa bassa soglia suggerisce l’esistenza di una via diretta e relativamente ampia che proietta ai neuroni inferiori del tronco dell’encefalo e del midollo spinale 7. Le cellule piramidali del quinto strato corticale sono i motoneuroni superiori della corteccia motoria primaria -> tra questi ci sono le CELLULE DI BETZ che sono i neuroni più grandi del sistema nervoso centrale umano e le CELLULE NON DI BETZ - CELLULE DI BETZ -> rappresentano al massimo il 5% delle proiezioni del midollo spinale ma si ritiene che svolgono un ruolo importante nell’attivazione dei motoneuroni inferiori che controllano l’attività muscolari nell’estremità distali 4. La stessa cosa vale per la corteccia sensoriale primaria -> HOMUNCULUS sensoriale Argomento 14: Movimento, Alfamotoneuroni E Terminologia 1. ALFA-MOTONEURONI (o secondo motoneurone) -> nel midollo spinale, seconda cellula di moto che è la via finale comune -> cellula necessaria da attivare x far avvenire contrazione muscolare 2. MOTONEURONI SUPERIORI (o primo motoneurone) -> cellule in corteccia cerebrale quindi sono corticali e innervano gli alfamotoneuroni (x es cellule piramidali del 5 strato dell’area motoria primaria) 3. Diversi studi hanno cercato di definire quali caratteristiche del movimento sono caratterizzate dall’attività elettrica dei motoneuroni superiori -> registrando l’attività elettrica di un motoneurone in AMP la successione di potenziali d’azione porta informazioni su alcune caratteristiche del movimento che si vuole compiere: - FREQUENZA DI SCARICA CODIFICA FORZA -> nel caso di una scimmia che deve sollevare i carichi diversi all’aumentare del carico si registra un aumento della frequenza di scarica dei motoneuroni superiori (numero di potenziali d’azione nell’unità di tempo) • Nel movimento la frequenza di scarica del motoneurone superiore è proporzionale alla forza del movimento che voglio generare con la contrazione di quel muscolo • Nelle sensibilità invece è proporzionale all’intensità dello stimolo per esempio il tocco da parte di una matita o di un batuffolo di cotone - DIREZIONE DEL MOVIMENTO -> i neuroni superiori che innervano i muscoli hanno sensibilità direzionale ovvero attivano quei muscoli solo se necessario per una contrazione muscolare in quella precisa direzione dello spazio -> popolazioni neuronali distinte con sensibilità direzionali distinta • Esperimento -> registrazione dell’attività di un gruppo gruppo di neuroni nel caso di una scimmia che deve eseguire dei movimenti in diverse diverse direzioni dello spazio -> si registra che un determinato gruppo di neuroni si attiva quando il movimento viene compiuto tra i 90 e i 225° gradi mentre lo stesso gruppo è silente ovvero non si attiva quando il movimento viene eseguito tra i 45 e i 115° • Quindi i motoneuroni superiori che innervano i singoli muscoli sono sparsi nella corteccia motoria primaria dislocati in aree precise e integrati con motoneuroni che innervano altri muscoli eventualmente (nel caso di movimenti su articolazioni distinte o movimenti che riguardano più muscoli) • Per coprire tutte le deviazioni nello spazio si attivano in contemporanea diverse popolazioni di motoneuroni superiori quindi nel momento in cui si esegue il movimento in una direzione si attivano più motoneuroni con sensibilità direzione distinte 4. I neuroni cortico-spinali hanno 3 funzioni importanti: - funzione 1 -> i movimenti che hanno origine nell’area 4 sono scatenati da un input proveniente dall’area 6 -> una pianificazione dell’attività precede i movimenti di circa 800 ms -> vengono attivati sia i motoneuroni alfa che i motoneuroni gamma dei muscoli -> la frequenza di scarica determina l’intensità della forza muscolare e la sua velocità velocità di cambiamento - Funzione 2 -> in neuroni in area 4 hanno una direzione preferenziale di movimento di attivazione -> durante il movimento in una particolare direzione diventano inattivi numerosi neuroni che hanno selettività direzionali diverse mal vettore di popolazione corrisponde con buona approssimazione alla direzione del movimento - Funzione 3 -> i neuroni dell’area 4 contribuiscono al riflesso da stiramento (miotatico) -> lo stiramento del muscolo attiva due risposte ovvero il riflesso spinale mono sinaptico da stiramento e la risposta corticale a decorso lungo (quest’ultima è sotto controllo volontario -> dipende dal contesto ed è controllata dal cervelletto che aggiunge destrezza alle risposte motorie) 5. LESIONE dei neuroni corticali o dei loro assoni - se la lesione è piccola l’unico effetto duraturo può essere la perdita del movimento fine per esempio esempio l’incapacità di compiere movimenti indipendenti delle dita - Se la lesione è estesa abbiamo diversi sintomi: • Inizialmente -> paralisi flaccida e perdita di tono muscolare • Più tardi -> a causa di un aumento della sensibilità ai restanti input per esempio riflessi spinali si osserva spasticità • I sintomi includono anche ipertonicità (muscoli antigravitari), iper-riflessia (sensazione di rigidità negli spostamenti rapidi) 6. AREE MOTORIE SECONDARIE -> davanti all’area motoria primaria - aree ricevono ampiamente dalle aree sensoriali e sono adibite al piano motorio quindi necessitano delle informazioni sensoriali -> comunicano poi con l’area motoria primaria attraverso connessioni cortico- corticali ma proiettano anche a strutture sottocorticali e al midollo spinale - Servono alla pianificazione e collaborano con cervelletto, gangli della base e aree sottocorticali - Quando ne registriamo le attività elettrica durante un movimento volontario in neuroni di queste aree si attivano prima dell’inizio del movimento -> anche queste sono studiate con tecniche di stimolazione elettrica e si osserva che serve una corrente elettrica più intensa per riuscire a osservare qualcosa - Stimolando queste aree si ottengono sempre contrazioni muscolari ma sono più complesse con muscoli che agiscono su più articolazioni e nel caso dell’area supplementari motoria su entrambi i lati del corpo - LESIONI AREE MOTORIE: • Lesione della corteccia motoria primaria -> deficit di forza nell’emicorpo controlaterale -> paresi • Lesione delle aree motorie secondarie -> in grado di contrarre la muscolatura volontariamente ma quando si deve usare questa muscolatura per un obiettivo non si riuscirà a costruire un piano motorio -> incapacità di compiere sequenze motorie mirate al raggiungimento di un obiettivo (APRASSIA -> può essere motoria o ideo-motoria a seconda che la lesione sia a livello delle aree motorie secondarie o di quelle sensoriali associative poli modali) - APRASSIA -> consiste nell’incapacità di compiere intenzionalmente con la normale destrezza delle sequenze motorie significative come i gesti e non significative in assenza di disturbi motori cioè di deficit della motilità -> disturbo dell’organizzazione del movimento in un soggetto con funzione motoria e sensitiva 7. AREA PREMOTORIA -> nella parte più laterale e caudale davanti all’area motoria primaria - è suddivisa in sotto aree una più VENTRALE (verso il solco laterale verso il basso) l’altra DORSALE (verso l’alto) -> Si occupa di pianificare movimenti strettamente guidati da uno stimolo sensoriale in particolare visivo ma anche uditivo -> codifica della relazione STIMOLO-RISPOSTA • Area premotoria laterale DORSALE -> esecuzione di compiti ritardati cioè eseguiti successivamente alla presentazione di un’istruzione • Area premotoria laterale VENTRALE -> adeguare l’atteggiamento della mano alla forma di oggetti da afferrare - quello più studiato è il REACHING AND GRASPING -> raggiungimento e prensione - Nel caso del movimento di raggiungimento e prensione l’area premotoria dorsale pianifica il raggiungimento (dove è l’oggetto rispetto a me e io rispetto all’oggetto, dov’è il mio braccio rispetto all’oggetto, informazioni spaziali) mentre l’area premotoria ventrale pianifica la prensione (più complessa e diversa a seconda dell’oggetto perché dipende dalla forma dal suo peso eccetera) - Tuttavia raggiungimento e prensione sono processi che avvengono parallelamente e non in sequenza 8. AREA MOTORIA SUPPLEMENTARE -> nella parte mediale verso l’alto davanti all’area motoria primaria - si divide in due sotto aree: area motoria supplementare e area motoria del cingolo +1 area dedicata alla pianificazione dei movimenti oculari • AREA SUPPLEMENTARE MOTORIA -> attiva soprattutto nella pianificazione di sequenze motorie iniziate spontaneamente indipendentemente da qualunque stimolazione esterna • AREA PRE-SUPPLEMENTARE -> ruolo importante per l’apprendimento di sequenze motorie - Deputata alla pianificazione di sequenze motorie generate internamente + particolarmente attiva nelle fasi di apprendimento motorio e si spegne quando la sequenza è stata appresa -> ci sono zone che si occupano dell’apprendimento e zone che memorizzano la sequenza automatizzata una volta appresa - Esempio: ‘ quando vuoi muovi il dito’ -> Registrando elettricamente con elettrodi l’attività delle fibre muscolari si ha un’attività elettrica circa un secondo prima del movimento -> POTENZIALE PREPARATORIO (possibile strumento per valutare l’intenzionalità di una persona) Argomento 15: Movimento Volontario -> Integrazione Sensori-Motoria 1. Integrazione sensori-motoria è un processo che si verifica in diversi stadi del movimento volontario in cui noi utilizziamo le informazioni sensoriali per verificare il movimento corretto -> composta da due fasi: pianificazione del movimento + correzione grazie a controlli feedback e a feed-forward 2. PIANIFICAZIONE -> tutti i movimenti volontari del corpo sono controllati dal cervello -> nel caso dei movimenti volontari una delle aree più coinvolte è la corteccia motoria tuttavia per realizzare i movimenti la corteccia deve prima ricevere diversi tipi di informazione da vari lobi del cervello: - posizione del corpo nello spazio dal lobo parietale - Informazioni sulla meta da raggiungere e appropriata strategia per realizzarla dalla parte anteriore del lobo frontale - Memorizzazione delle strategie passate dal lobo temporale 3. Le informazioni sensoriali somatiche arrivano nella corteccia somatosensoriale primaria che è unimodale e si trova nel lobo parietale -> integrare con altre modalità modalità sensoriali che si trovano in altre aree -> le informazione viaggia con una gerarchia sensoriale: - area sensoriale primaria -> manda informazioni alle aree di ordine superiore e successivamente alle aree associative - Aree sensoriale di ordine superiore - Aria associativa -> POLIMODALI perché coinvolgono più sensibilità sensoriali - Area premotoria - Area motoria primaria -> riceve informazioni dall’area premotoria che a sua volta riceve informazioni dalle aree associative pre prefrontali 4. Informazioni necessarie per l’esecuzione del movimento • decisione su quale movimento eseguire -> cosa voglio fare? • Progetto su come eseguire il movimento -> come voglio farlo? • Conoscenza della posizione del corpo nello spazio -> dove mi trovo? • Capacità di poter mantenere in memoria il progetto per il tempo di attuazione • Viene richiesto un feedback sensoriale continuo per rifinire il processo 5. Esempio per afferrare una tazza: - loop 1 -> breve circuito corticale utilizzato per azioni semplici come una veloce regolazione della pressione sulla tazza -> l’area somatosensoriale 3a segnala la posizione delle dita dalle afferenze muscolari + l’area somatosensoriale 3b percepisce e segnala la pressione delle dita sulla tazza -> l’area motoria primaria fa contrarre i singoli muscoli - Loop 2 -> circuito più lungo usato operazioni più complesse per esempio la selezione di un sinergismo muscolare quindi decidere quali dita si contraggono contemporaneamente per sollevare la tazza -> le aree somatosensoriali di ordine superiore contribuiscono ad una ricognizione della forma e della struttura dell’oggetto toccando la tazza -> l’area premotoria seleziona la appropriato sinergismo per il particolare oggetto - Loop 3 -> circuito ancora più lungo usato operazioni ancora più complesse come raggiungere la tazza -> le aree associative parietali integrano il tatto e la visione e focalizzano la nostra attenzione sulla tazza + la memorizzazione di dove si trovano gli oggetti nell’area associativa prefrontale aiuta a pianificare l’atto di afferrare la tazza 6. Il movimento volontario coinvolge molte più aree della corteccia -> non solo area motoria primaria 4 e area premotoria 6 ma anche aree 5 e 7 -> corteccia parietale posteriore che si trova tra la corteccia occipitale dove arrivano le informazioni visive e la corteccia somatosensoriale primaria -> cruciale per il controllo del movimento perché è l’area dove si integrano le informazioni visive con quelle somatiche 7. La corteccia parietale posteriore svolge tre funzioni: - per raggiungere un oggetto processa informazioni di tipo spaziale -> per esempio compara la posizione dell’oggetto con la posizione della mano il nucleo rosso del mesencefalo -> dopo essere arrivati al talamo ritrasmettono ai motoneuroni superiori nelle aree motorie primaria e premotoria della corteccia cerebral 7. Il NUCLEO DENTATO -> paio di nuclei -> sono un importante paio di nuclei cerebellari disposti uno per emisfero -> alcuni fasci connettono questi nuclei con le aree motrici della corteccia cerebrale - attraverso questi fasci gli impulsi cerebellari influenzano l’attività motrice corticale -> fasci dentato-rubro- talamici per il talamo e fasci talamo-corticali per la corteccia - I due organi sono anche collegati in senso opposto attraverso fasci che permettono alla corteccia cerebrale motrice di influenzare l’attività cerebellare -> fasci cortico-pontini e ponto-cerebellari 8. Anche il cervelletto può essere suddiviso in zone attraverso due profonde fessure trasversali che lo dividono in tre LOBI -> lobo anteriore, lobo posteriore e lobo floculo-nodale Argomento 17: Funzioni Del Cervelletto 1. Cervelletto e gangli della base lavorano insieme alla corteccia 2. Compie tre attività generali tutte collegate con il controllo delle funzioni dei muscoli scheletrici -> collabora con la corteccia cerebrale per produrre movimenti complessi coordinando le attività attività di diversi gruppi muscolari + permette di mantenere l’equilibrio e controllare la postura + la sua attività rende i movimenti fluidi stabili efficienti e coordinati 3. Le principali tre funzioni del cervelletto: - CONTROLLO SUL SINERGISMO MUSCOLARE -> La normale attività muscolare coinvolge gruppi di muscoli che agiscono insieme in modo unitario -> per mezzo di un’azione di gruppo così armoniosamente coordinata i movimenti normali sono fluidi composti precisi per intensità e grado di estensione -> il raggiungimento di questo obiettivo si ottiene per l’attività congiunta del cervello e del cervelletto -> gli impulsi che partono dal cervello iniziano l’azione e quelli che provengono dal cervelletto coordinano le contrazioni e le rilasciamento dei vari muscoli - ECCITAZIONE E INIBIZIONE DEI RIFLESSI POSTURALI - MANTENIMENTO DELL’EQUILIBRIO -> alcuni informazioni provenienti dai sistemi vestibolari dell’orecchio raggiungono il cervelletto e qui stabiliscono delle connessioni con fibre e efferenti necessarie alla contrazione dei muscoli che mantengono l’equilibrio 4. Il cervelletto serve per la coordinazione motoria -> da esso non dipende la capacità di eseguire un movimento ma la capacità di eseguirlo in modo corretto 5. Si occupa dell’apprendimento motorio e in forma molto semplice anche di adattamento motorio -> per esempio se ci viene lanciato un oggetto leggero e poi ci viene lanciato un oggetto molto più pesante devo adattare il mio movimento al cambiamento 6. Funzione di correttore ovvero riceve informazioni da diverse aree sia dalla corteccia cerebrale sia informazioni sensoriali -> in uscita va a controllare l’attività delle vie discendenti anche se non fa mai sinapsi con i motoneuroni del midollo spinale che sono controllati solo dalle vie discendenti che originano dalla corteccia e dalle vie discendenti che originano dal tronco dell’encefalo Argomento 18: Afferenze Al Cervelletto 1. Riceve sia dalla periferia che da altre strutture del sistema nervoso centrale 2. Le fibre che arrivano prendono contatto sinaptico sia con i neuroni dei nuclei profondi sia con i neuroni della corteccia cerebellare 3. Afferenze al cervelletto: - dalla CORTECCIA implicata nel controllo del movimento -> principale fonte di proiezioni al cervelletto in particolare al cerebro cervelletto -> non proiettano direttamente direttamente ma fanno sinapsi con i neuroni dei nuclei pontini Ipsilaterali • Gli assoni dei neuroni dei nuclei pontini ovvero le fibre pontine trasverse o fibre ponto-cerebellari decussano ed entrano nel cervelletto controlaterale tramite il peduncolo cerebellare medio -> questo è il canale attraverso cui i segnali originati in un emisfero cerebrale sono inviati ai circuiti nervosi dell’emisfero cerebellare opposto - Afferenze SENSORIALI per esempio tattili, propriocettive e termiche -> • Assoni vestibolari dell’ottavo nervo cranico + assoni dei nuclei vestibolari del ponte e del bulbo -> proiettano al vestibolo cervelletto • Neuroni somato sensoriali del nucleo dorsale di Clark nel midollo spinale e nel nucleo cuneato esterno della regione caudale del bulbo inviano allo spino cervelletto • Segnali propriocettivi provenienti dalla faccia sono trasmessi attraverso il nucleo trigeminale mesencefalico allo spino cervelletto - NUCLEO VESTIBOLARE del tronco dell’encefalo che riceve informazioni dall’orecchio interno sulle accelerazioni a cui è sottoposto il capo • Afferenze vestibolari spinali e trigeminali convogliano informazioni dal sistema labirintico nell’orecchio interno, dai fusi neuromuscolari e altri meccanocettori • Segnali visivi e uditivi trasmessi tramite i nuclei del tronco dell’encefalo - NUCLEO OLIVARE INFERIORE -> che è un nucleo del tronco encefalico -> afferenze coinvolte nelle funzioni di apprendimento e memoria + inoltre questo nucleo riceve proiezioni da una grande varietà di strutture tra cui la corteccia cerebrale, la formazione reticolare e il midollo spinale • Gli assoni olivo-cerebellari decussano ed entrano nel cervelletto sul lato opposto tramite il peduncolo cerebellare inferiore • Questi neuroni contengono numerose giunzioni comunicanti elettro toniche che hanno un ruolo importanti nella rapidità e nella distribuzione spaziale con cui sono generate le risposte alle afferenze di questo tipo nel cervelletto 4. Nello spino cervelletto le afferenze somato sensoriali sono organizzate in MAPPE SOMATOTOPICHE che sono tuttavia frammentate -> ogni piccola area della superficie corporea è rappresentata più volte da gruppi di cellule separati spazialmente invece che da uno specifico sito 5. Quando decorrono nel peduncolo cerebellare inferiore ed entrano nel cervelletto -> le afferenze vestibolari e spinali si mantengono omolaterali -> questo permette che il cervelletto di destra elabora informazioni relative alla metà destra del corpo mentre il cervelletto di sinistra elabora informazioni relative alla metà sinistra del corpo SCHEMA: 1. Corteccia -> nuclei pontini ipsilaterali -> decussano -> peduncolo medio -> cerebrocervelletto 2. Afferenze sensoriali: • Info vestibolari al vestibolo cervelletto • Somato sensoriali da midollo e bulbo a spino cervelletto • Propriocettive della faccia allo spino cervelletto 3. Nucleo vestibolare -> vestibolo cervelletto 4. Nucleo olivare inferiore -> decussano -> peduncolo inferiore -> a tutto il cervelletto Argomento 19: Efferenze Dal Cervelletto 1. Controlla i sistemi motori e ha come bersaglio tutte le vie discendenti -> controlla direttamente i neuroni da cui partono le vie discendenti e regola quindi tutto il processo processo 2. Serve anche ad apprendere perché controllando va a correggere il piano motorio per il movimento successivo quindi comunica con le aree premotorie perché sono implicate nell’apprendimento motorio 3. I neuroni efferenti della corteccia cerebellare proiettano ai nuclei cerebellari profondi e al complesso vestibolare -> queste strutture proiettano ai motoneuroni superiori del tronco dell’encefalo e ai nuclei talamici -> questi innervano i motoneuroni superiori della corteccia motoria 4. In ogni emisfero cerebellare ci sono quattro nuclei profondi principali: - nucleo dentato - Nucleo interposti diviso in nucleo globoso e nucleo emboliforme - Nucleo del fastigio 5. Ognuno di questi nuclei riceve afferenze da una diversa regione della corteccia cerebellare -> non ci sono bordi chiaramente definiti ma principalmente: - il cerebro cervelletto proietta principalmente al nucleo dentato - Lo spino cervelletto principalmente al nucleo interpose e al nucleo del fastigio - Il vestibolo cervelletto proietta direttamente al complesso vestibolare del tronco dell’encefalo 6. VIE CHE ORIGINANO DAL NUCLEO DENTATO -> proiettano principalmente alle cortecce premotorie e di associazione del lobo frontale responsabili della pianificazione e dell’inizio dei movimenti volontari - raggiungono queste aree corticali attraverso il complesso dei nuclei ventro laterali del talamo - Ogni emisfero cerebellare gestisce le informazioni riguardanti il lato ipsi laterale del corpo perciò la via DECUSSA in modo che la corteccia motoria di ogni emisfero che controlla la muscolatura controlaterale riceva le informazioni dalla appropriato emisfero cerebellare - Gli assoni del nucleo dentato che lasciano il cervelletto attraverso il peduncolo cerebellare superiore attraversano la linea mediana a livello della decussazione del peduncolo cerebellari superiore nella porzione caudale del mese encefalo per portarsi al talamo controlaterale - Lungo il percorso verso il talamo la via proietta assoni anche ai motoneuroni superiori situati nel collicolo superiore e coinvolti nel controllo dei movimenti oculari + anche a una parte del nucleo rosso del mese encefalo che a sua volta proietta all’oliva inferiore - L’oliva inferiore fornisce afferenza al cervelletto e quindi la possibilità di stabilire un collegamento retroattivo sull’azione di esso -> feedback molto importante -> questi circuiti cerebellari chiusi sono un meccanismo attraverso il quale il cervelletto è in grado di modulare le sue afferenze 7. VIE SPINOCEREBELLARI -> dirette verso circuiti di motoneuroni superiori che controllano l’esecuzione dei movimenti - il nucleo del fastigio proietta attraverso il peduncolo cerebellare inferiore ai nuclei della formazione reticolare e del complesso vestibolare -> danno origine ai tratti mediali che controllano la muscolatura assiale e prossimale degli arti - Il nucleo interposito invia proiezioni attraverso il peduncolo cerebellare superiore ai circuiti talamici che proiettano alle regioni motorie del lobo frontale -> coinvolte nel controllo movimenti volontari degli arti 8. La maggior parte delle proiezioni cerebellari ai motoneuroni superiori coinvolti nei movimenti oculari prende origine dai nuclei dentato e interposito che ricevono input dalle porzioni laterali della corteccia cerebellare -> la via efferente decorre nel peduncolo cerebellare superiore -> decussa per terminare sui motoneuroni superiori negli strati profondi del collicolo superiore controlaterale 9. I nuclei talamici che ricevono le proiezioni dal cerebro cervelletto (nucleo dentato) e dallo spino cervelletto (Nucleo interposito) sono distribuiti in due distinte regioni del complesso nucleari ventrale laterale -> entrambe le aree proiettano alla corteccia motoria primaria e premotoria -> attraverso queste il cervelletto ha accesso ai motoneuroni superiori - la parte orale o anteriore del segmento postero laterale - Una regione chiamata semplicemente area X 10. PROIEZIONI DEL VESTIBOLOCERVELLETTO -> decorrono attraverso il peduncolo cerebellare inferiore e terminano nei nuclei del complesso vestibolare nel tronco dell’encefalo -> controllano i movimenti di occhi testa e collo che compensano accelerazioni lineari e rotazionali del capo SCHEMA: 1. Cerebrocervelletto -> nucleo dentato -> peduncolo superiore: • Una parte decussa -> talamo -> corteccia • Una parte a motoneuroni superiori nel collicolo superiore (movimenti oculari) e nucleo rosso del mesencefalo -> oliva inferiore -> riproietta al cervelletto 2. Spinocervelletto: • Nucleo del fastigio (sistemi discendenti mediali) -> peduncolo inferiore -> nuclei formazione reticolare e complesso vestibolare -> muscolatura assiale e prossimale • Nucleo interposito (sistemi discendenti laterali) -> peduncolo superiore -> decussa -> talamo -> corteccia Argomento 22: Circuiti Cerebellari 1. Le fibre afferenti sono suddivise in due categorie -> FIBRE MUSCOIDI e FIBRE RAMPICANTI 2. FIBRE MUSCOIDI -> Hanno assoni che proiettano in entrata al cervelletto e provengono dai nuclei pontini -> le cui afferenze provengono da midollo spinale nucleo vestibolare e corteccia - prendono contatto con i granuli e fanno sinapsi con essi -> poi i granuli con i loro assoni vanno a prendere contatto con le cellule del purkinje -> sistema molto amplificato - Per avere un potenziale d’azione nella cellula del purkinje devo avere più contatti sinaptici attivi tra le cellule del purkinje e le fibre parallele con un meccanismo di sommazione temporale spaziale che porta alla genesi di un solo potenziale d’azione - Caratteristiche riassunte: • Input: da neuroni del ponte e del midollo spinale • Gran parte delle afferenze al cervello • Si ramificano e terminano nello strato dei granuli • Hanno terminazioni dilatate • Formano sinapsi con: dendriti delle cellule dei granuli + assoni dei neuroni del goal G 3. FIBRE RAMPICANTI -> Afferenza che proviene dal nucleo oliva inferiore all’interno interno del bulbo -> questo nucleo in via proiezioni a tutto il cervelletto - queste fibre a differenza di quelle muscoidi bypassano le cellule dei granuli vanno a fare contatto sinapsi direttamente con le cellule del purkinje - Il segnale elettrico è molto potente ed estremamente complesso con un treno di potenziali d’azione - Contatto sinaptico tra le cellule rampicanti e le cellule di purkinje -> le fibre rampicanti vanno a modulare l’attività elettrica delle cellule del purkinje -> in questo modo cambia il modo in cui le cellule del purkinje rispondono alle Firenze che provengono dalla via principale - Servono a portare al cervelletto il segnale d’errore che deriva da vaste aree sensoriali che rilevano l’errore e inviano un informazione al nucleo oliva inferiore del bulbo -> ha un’azione modulatoria importantissima sull’attività elettrica delle cellule del purkinje - Caratteristiche riassunte: • Originano dai neuroni olivo-cerebellari di cui rappresentano le fibre terminali • Salgono attraverso lo strato granulare • Finiscono nello strato molecolare con arborizzazione terminali • Si connettono ai dendriti delle cellule di P ma ciascuna può formare i numerosi contatti sinaptici con l’albero dendritico delle cellule di P (rapporto 1:1) • Liberano glutammato 4. TIPI DI SINAPSI: - tra fibre muscoidi e granuli è eccitatoria e usa glutammato - Tra le fibre parallele e le cellule del purkinje è eccitatoria e usa glutammato - Tra le fibre rampicanti e le cellule del purkinje eccitatoria e usa glutammato -> più potente di quella sopra perché deve portare il segnale d’errore - Tra nuclei cerebellari profondi e cellule del purkinje inibitoria e usa il GABA - Tra le fibre muscoidi e i nuclei cerebellari profondi è eccitatoria e usa glutammato SCHEMA CIRCUITI 1. Nuclei pontini (ricevono da midollo spinale, nucleo vestibolare e corteccia) -> FIBRE MUSCOIDI: • Una parte -> sinapsi eccitatoria -> nuclei • Una parte -> sinapsi eccitatoria con cellule granuli -> FIBRE PARALLELE -> sinapsi eccitatoria con cellule del purkinje -> sinapsi inibitoria con nuclei 2. Oliva inferiore -> FIBRE RAMPICANTI: • Una parte sinapsi eccitatoria -> nuclei • Una parte sinapsi eccitatoria -> cellule del purkinje -> sinapsi inibitoria con nuclei 3. CELLULE DEL PURKINJE _________________________________________________________________________________ 4. La destinazione delle vie AFFERENTI sono le cellule del purkinje -> la più grande di queste vie afferenti si origina in molte aree della corteccia cerebrale e termina nei nuclei pontini alla base del ponte e questi poi proiettano al cervelletto controlaterale -> FIBRE MUSCOIDI - sono chiamati così per l’aspetto delle loro terminazioni sinaptiche - Inviano ramificazioni collaterali che fanno sinapsi anche con i neuroni dei nuclei cerebellari profondi e con le cellule dei granuli -> queste cellule danno origine alle FIBRE PARALLELE che salgono nello strato molecolare e si dividono a T -> sinapsi eccitatoria con le spine dendritiche delle cellule del purkinje 5. Le vaste arborizzazioni dendritiche fanno sì che ci sia la condizione ottimale perché la cellula venga innervata da un grande numero di fibre parallele e che ogni fibra parallela entri in contatto sinaptico con molte cellule del purkinje 6. Le cellule del purkinje ricevono anche a livello dell’albero dendritico un afferenza diretta proveniente dalle FIBRE RAMPICANTI -> un sistema di proiezione che ha origine nell’oliva inferiore controlaterale -> queste fibre forniscono un segnale “di addestramento” che modula la forza sinaptica delle connessioni delle fibre parallele con le cellule di purkinje 7. Le cellule di purkinje loro volta inviano i loro assoni ai nuclei cerebellari profondi e costituiscono le uniche cellule che proiettano fuori dalla corteccia cerebellari 8. Le cellule di purkinje sono GABAergiche quindi il sistema efferente della corteccia del cervelletto è esclusivamente di carattere INIBITORIO -> ma i neuroni dei nuclei cerebellari profondi ricevono anche segnali eccitatori da collaterali delle fibre muscoidi e rampicanti - queste proiezioni inibitorie servono a modulare l’attività dei neuroni dei nuclei profondi in risposta alle loro afferenze dirette da parte delle fibre muscoidi e rampicanti 9. L’attività inibitoria delle cellule di purkinje è modulata da interneuroni GABAergici - le più efficaci sono le cellule canestro che si formano attorno ai corpi cellulari delle cellule di purkinje - Ci sono anche le cellule stellate che ricevono afferenze dalle fibre parallele e fanno sinapsi inibitorie - Lo strato molecolare contiene i dendriti apicali delle cellule di golgi (il cui corpo cellulare è localizzato nello strato dei granuli) -> interneuroni inibitori -> ricevono segnali dalle fibre parallele e forniscono un feedback inibitorio alle cellule di origine delle fibre parallele ovvero le cellule dei granuli 10. Questo circuito modulare di cellule eccitatori e inibitorie si ripete continuamente in tutte le suddivisioni del cervelletto di tutti i vertebrati -> la trasformazione dei flussi di informazione attraverso questi moduli costituisce la base del controllo in tempo reale del movimento e dei cambiamenti a lungo termine del sistema di regolazione all’origine dell’apprendimento motorio 11. Due fasi fondamentali del processo di elaborazione cerebellare a partire dai nuclei cerebellari profondi - le collaterali delle fibre muscoidi e di quelle rampicanti determinano l’attivazione dei neuroni dei nuclei cerebellari profondi -> circuito eccitatorio profondo - Tuttavia le caratteristiche spaziotemporali dell’attività in uscita non sono semplicemente repliche fedeli dell’attività in entrata - Gli schemi di risposta sono modificati dagli segnali inibitori che discendono dalle cellule di purkinje e che sono alimentati dalle stesse due vie afferenti (proiezioni delle fibre muscoidi rampicanti alla corteccia del cervelletto) - Le cellule del purkinje integrano questi segnali afferenti e invertono il loro segno rispondendo con un output inibitorio alle afferenze eccitatoria che avevano ricevuto -> trasmettono quindi risultato delle operazioni di elaborazione del segnale eseguite da un circuito inibitorio corticale che comprende i circuiti della corteccia del cervelletto compresi gli interneuroni dello strato molecolare e di quello dei granuli Per esempio le cellule di Golgi danno vita a un circuito feedback inibitorio che controlla le proprietà temporali dei segnali eccitatori trasmessi dalle cellule dei granuli alle cellule di purkinje Le cellule canestro inducono effetti di inibizione laterale che potrebbero concentrare la distribuzione spaziale dell’attività delle cellule di purkinje Argomento 23: Funzione Dei Circuiti Cerebellari 1. L’attività della corteccia cerebellare è quella di andare a modulare l’inibizione che le cellule di P operano sui nuclei cerebellari profondi o sul nucleo vestibolare se ci troviamo nel vestibolo cervelletto 2. Per le funzioni modulato si utilizzano sinapsi inibitorie la cui attività viene modulata da una circuiteria di sinapsi eccitatoria -> questo andrà ad aumentare e ridurre l’inibizione che le cellule di P operano sui nuclei cerebellari profondi in modo che poi attraverso l’uscita dei nuclei cerebellari profondi si vada a modulare l’attività dei sistemi discendenti in modo fine 3. Sullo strato molecolare ci sono due interneuroni inibitori che sono le cellule stellate e le cellule canestro e hanno diversi obiettivi tra cui focalizzare spazialmente l’attività elettrica - attivati da fibre parallele in modo che si eccitino solo alcune cellule di P in modo che le altre poi vengano inibite da questi interneuroni che vanno a focalizzare l’attività per moderarla e regolarla in modo che riescano ad essere amplificative ma precise 4. Abbiamo poi una via diretta attraverso cui le fibre muscoidi proiettano alla circuiteria cerebellare ma inviano anche dei collaterali ai nuclei cerebellari profondi cosicché le afferenze che arrivano al cervelletto eccitano i nuclei cervella profondi che vanno eccitare le stazioni di competenza -> questo circuito rapido ed eccitatorio è controllato dal circuito che passa dalla corteccia cerebellare dove ho un inibizione (indiretta) della cellula the di P sui nuclei cerebellari profondi ma questa è regolata dalle afferenze che vengono dalle cellule di P Argomento 24: Funzioni Cervelletto 1. Agisce sul controllo motorio e non dipende dalla capacità di compiere il movimento ma di compierlo in modo corretto -> controllo continuo prima durante e dopo dopo -> controllato per durata ampiezza e gradualità 2. Per fare questo il cervelletto riceve una copia del piano motorio dalla corteccia cerebrale così può fare una predizione che si basa però sull’esperienza 3. Poi usa le informazioni in suo possesso per vedere se effettivamente si sta facendo bene il movimento -> lo spino cervelletto riceve le informazioni sensoriali su come sto facendo il movimento per andare poi a correggerlo attraverso il cerebro cervelletto 4. Il ruolo delle fibre rampicanti è quello di portare il segnale d’errore 5. Esempio uno di adattamento motorio - esempio di un movimento riflesso anche questo controllato dal cervelletto -> riflesso vestibolo oculare 3. In condizioni patologiche che causano alterazioni motorie importanti per esempio il morbo di Parkinson che causa dei movimenti involontari -> malattia neurodegenerativa cronica in cui muoiono i neuroni di uno di questi gangli della base 4. SCOPO -> selezione del piano motorio -> pianificazione motoria (che muscoli usare, in che sequenza, con quanta forza eccetera) -> possono infatti compiere la stessa azione con una serie di movimenti diversi -> quando i nuclei della base non sono ben funzionanti selezionano piani motori sbagliati o inadeguati oppure vengono attivati quando non è necessario -> due condizioni: - IPOCINESIE -> poco movimento (piccolo o di ampiezza inadeguata) - IPERCINESIE -> troppo movimento (anche movimenti involontari che non volevo fare) 5. I gangli della base sono cinque nuclei sottocorticali connessi tra loro: - nucleo caudato - Putamen - Globo pallido - Nucleo subtalamico - Sostanza nera 6. Vicino alla linea mediana vediamo due aree -> sono talami -> - lateralmente ai due talami ci sono due aree a forma di lente -> NUCLEO LENTICOLARE costituito da tre strati -> PUTAMEN + 2 aree GLOBO PALLIDO -> lo strato più interno è il segmento interno del globo pallido + lo strato intermedio è lo strato esterno del globo pallido + lo strato più esterno è il putamen - La ghiandola sotto il talamo è il NUCLEO SUBTALAMICO - Il nucleo sotto il nucleo subtalamico non si trova nel diencefalo ma nel mese encefalo ovvero il tronco dell’encefalo “alto” -> NUCLEO DELLA SOSTANZA NERA -> divisa in due parti con funzione e struttura diversa: • Parte ventrale anteriore -> aspetto pallido e funzione simile al globo pallido -> PARS RETICULATA • Parte dorsale posteriore -> colore scuro e pigmentato a causa della presenza di melanina ed è detta PARS COMPACTA Ricca di neuroni dopaminergici -> il Parkinson è dovuto alla degenerazione dei neuroni di questa parte (dimostrazione di come un danno in una zona piccola possa avere sintomi molto estesi) - NUCLEO CAUDATO -> non si vede bene nella sezione coronale -> è un nucleo a forma di C con una testa anteriore + corpo che va posteriormente + coda -> va più o meno ad avvolgere il nucleo lenticolare nella parte superiore 7. In questo circuito cortico-sotto cortico-corticale ci sono nuclei afferenti e nuclei che inviano efferenze al talamo e da qui vengono inviate alla corteccia - NUCLEI AFFERENTI -> costituiscono il centro afferente e sono il nucleo caudato e il putamen -> insieme formano un’unità funzionale detta CORPO STRIATO • Sono coinvolti in diverse funzioni -> il putamen principalmente per il controllo motorio mentre il caudato principalmente per funzioni cognitive e visive • Quasi quasi tutte le aree proiettano allo striato tranne l’uditiva primaria e la visiva primaria ma ricevono comunque informazioni da aree che hanno già integrato anche le informazioni uditive e visive • Via cortico-striatale -> via eccitatoria che utilizza il glutammato -> dalla corteccia allo striato - NUCLEI EFFERENTI -> costituiscono il centro efferente e sono lo strato interno del globo pallido e la sostanza nera (in particolare la Pars reticulata -> ovvero la parte più simile al globo pallido) • I neuroni di queste zone proiettano al talamo che a sua volta proietta alla corteccia • Sono cellule inibitorie quindi è una via inibitoria che utilizza il GABA -> si parla in particolare di inibizione tonica per il fatto che sono tonica unicamente attivi -> scaricano in modo continuo rilasciando GABA sul talamo • La via che invece va dal talamo alla corteccia è eccitatoria e utilizza glutammato -> la parte ventrale (nuclei bersaglio del talamo) anteriore e la parte ventrale laterale proiettano alla corteccia prefrontale in aree corticali premotorie e motorie 8. Come entrano in connessione il centro afferente e il centro efferente? - VIA DIRETTA -> gli assoni dello striato (appartengono a neuroni spinosi di taglia media che utilizzano il GABA) vanno direttamente a fare sinapsi inibitoria con il centro efferente -> così facendo rimuovono almeno in parte l’inibizione dei neuroni del centro efferente che a loro volta operano sul talamo e quindi sulla via talamo-corticale -> il risultato dell’attivazione della via diretta è l’eccitazione dei neuroni nella corteccia cerebrale -> selezione piano motorio vincente Percorso seguito dall’impulso -> neurone striato (A) -> neurone del centro efferente per esempio del globo pallido (B) -> neurone del talamo (C) -> neurone in corteccia (D) Quando sono a riposo il neurone B è tonica attivo e inibisce il neurone C e in corteccia è tutto fermo perché il neurone D non viene eccitato da C Quando voglio muovermi arriva l’input che fa eccitare lo striato dalla corteccia -> lo striato va a inibire il neurone B che toglie l’azione inibitoria del neurone B sul neurone C e quindi si attivano i neuroni in corteccia perché il neurone C eccita il neurone D in corteccia Neurone A a riposo Neurone B tonicamente attivo -> inibitorio Neurone C inibito Neurone D non viene eccitato Neurone A viene eccitato e inibisce neurone B Neurone B temporaneamente inibito quindi non inibisce neurone C Neurone C disinibito e viene eccitato da altri stimoli -> eccita neurone D Neurone D viene eccitato - VIA INDIRETTA (inibizione neuroni in corteccia -> scarto piani motori inadeguati) -> tra i molti piani motori preposti ce ne sono alcuni anche da scartare e il SNC deve rafforzare il fatto che voglio mandare un determinato piano motorio e rifiutare gli altri -> lo scarto di un piano motorio è eseguito dalla via indiretta I neuroni dello striato che danno origine alle due vie sono due popolazioni neuronali diverse ma sono tutti i neuroni spinosi a taglia media con un assone che va a bersagli diversi L’assone che proietta al globo pallido nella parte del segmento esterno che quindi non fa parte del centro efferente -> fa una sinapsi inibitoria con GABA -> i neuroni del globo pallido esterno di norma sono inibitori GABA-tonicamente attivi -> questi agiscono sul nucleo subtalamico inibendolo Quando vengono attivati viene rimossa l’inibizione che il globo pallido esterno fa sul nucleo subtalamico -> dal nucleo subtalamico quindi l’informazione passa al centro efferente nella parte del globo pallido con una sinapsi eccitatoria che utilizza glutammato Dopo aver eccitato i neuroni inibitori del centro efferente se ne attivano ancora ancora di più -> questi inibiscono il talamo e la via talamo-corticale -> il risultato è allontanare il più possibile in neuroni corticali dallo scaricare (provoca un’inibizione ulteriore in corteccia) 9. SCOPO DELLE DUE VIE -> i neuroni eccitati danno origine all’esecuzione del piano motorio previsto mentre se inibiti il piano motorio viene scartato -> quindi i nuclei della base inibiscono ed eccitano in modo molto focale e specifico -> a guidare il processo di selezione per i piani motori è il meccanismo del REWARD (apprendimento da rinforzo) -> selezionando i piani motori (raffinandoli anche con l’adattamento motorio) sulla base della buona riuscita del piano motorio - selezione o scarto del piano motorio dipende dalla ricompensa -> ovvero dalla buona riuscita del piano motorio -> se il piano motorio riesce infatti viene rilasciata DOPAMINA da parte della sostanza nera (Pars compacta) 10. SOSTANZA NERA PARS COMPACTA - da origine alla via Nigro-striatale -> un assone proietta in ogni via a tutto lo striato - L’azione della dopamina è diversa tra la popolazione striata diretta e indiretta -> esprimono infatti diversi recettori per la dopamina -> Questa modula l’attività dei neuroni delle due vie • Quelli della via diretta esprimono recettori D1 -> la dopamina ha effetto eccitatorio -> eccita via diretta • Quelli della via indiretta esprimono recettori D2 -> la dopamina ha effetto inibitorio -> inibisce via indiretta - Lo striato riceve quindi informazioni dalla sostanza nera, dalle vie corticali e anche da qualche interneuroni