Scarica Riassunto cap 7 fisiologica e più Sintesi del corso in PDF di Psicologia Fisiologica solo su Docsity! CAPITOLO SETTE “ Lo sviluppo del cervello e del comportamento durante il corso della vita “ Il cervello ha origine dal tubo neurale Nel cervello umano maturo ci sono circa 100 miliardi di neuroni. L’uovo fecondato, o zigote ha 46 cromosomi contenenti il programma per lo sviluppo di un nuovo individuo. Entro 12 ore dal concepimento la singola cellula comincia a dividersi, fino a diventare dopo 3 giorni una piccola massa di cellule omogenee. In una settimana l’embrione in sviluppo presenta 3 foglietti cellulari distinti che daranno origine a tutti i tessuti dell’embrione (l’individuo in fase di sviluppo viene chiamato embrione durante le prime 10 settimane dalla fecondazione, poi feto). Procedimento di sviluppo dell’embrione : A 18 giorni l’embrione ha iniziato ad impiantarsi nella parete uterina ed è costituito da 3 foglietti di cellule: endoderma, mesoderma e ectoderma. L’ectoderma è lo strato più esterno e quando si ispessisce porta lo sviluppo della placca neurale. A 20 giorni si comincia a creare il solco neurale (solco tra le pieghe neurali). A 22 giorni il solco neurale si è richiuso e si forma il tubo neurale, una struttura embrionale dotata di suddivisioni che corrispondono ai futuri cervello anteriore o prosencefalo, mediano o mesencefalo e cervello posteriore o rombencefalo. Lo sviluppo del sistema nervoso può essere diviso in sei fasi distinte 1 neurogenesi La produzione di cellule nervose avviene mediante una divisione mitotica che prende il nome di neurogenesi. Le cellule che daranno origine ai neuroni appaiono inizialmente come un singolo strato di cellule lungo la superficie interna del tubo neurale. Queste cellule si dividono (mediante mitosi) e formano gradualmente uno strato cellulare compatto, chiamato zona ventricolare o strato ependimale, una regione che riveste i ventricoli cerebrali e che presenta mitosi, fornisce neuroni in stadi precoci di sviluppo e cellule gliali per tutta la durata della vita. Pertanto tutti i neuroni e le cellule gliali derivano da tali mitosi dello strato ventricolare. Alla fine, quando alcune di queste cellule lasciano la zona ventricolare cominciano a trasformarsi o in neuroni o in cellule della glia. 2 migrazione cellulare I neuroni del sistema nervoso in sviluppo sono sempre in movimento. A un certo stadio le cellule che si formano nello strato ventricolare mediante la divisione mitotica si spostano, in un processo noto come migrazione cellulare. Nei primati la migrazione di cellule nervose si completa alla nascita. Le cellule non si muovono in modo casuale, ma si muovono lungo la superficie di un particolare tipo di cellule gliali chiamate cellule gliali radiali, queste si estendono dalle superfici interne a quelle esterne del sistema nervoso che sta emergendo. Le cellule gliali radiali agiscono come dei fili guida, e le cellule neo-formate scivolano lungo l’assone. Alterazioni nel meccanismo della migrazione cellulare causano o una vasta riduzione nella produzione di neuroni o una disposizione irregolare da cui derivano disordini comportamentali. Le molecole che guidano le cellule in migrazione e gli assoni in crescita sono chiamate molecole di adesione cellulare (CAM, proteine presenti nella superficie cellulare). Le CAM possono anche guidare la rigenerazione degli assoni a seguito di rottura in età adulta. 3 differenziamento di cellule in neuroni o cellule gliali Una volta raggiunta la loro destinazione le cellule iniziano a esprimere (processo attraverso il quale una cellula produce un trascritto di mRNA di un gene particolare) geni particolari. Ciò significa che la cellula trascrive un determinato subset di geni per produrre le proteine specifiche di cui ha bisogno. Questo processo di differenziamento cellulare permette alla cellula di acquisire l’aspetto distintivo e le funzioni di neurone caratteristici della particolare regione in cui si trova. Ci sono vari fattori che influenzano il meccanismo di controllo alla base dei processi di differenziazione, per esempio quando una cellula presenta caratteristiche che sono indipendenti dalle cellule circostanti, si dice che agisce in modo cellula-autonomo (Processi cellulari che sono guidati dalla stessa cellula piuttosto che essere guidati dall’influenza di altre cellule), in questo caso sono solo i geni della cellula che dirigono l’evento. Le cellule vicine costituiscono un ulteriore fattore che influisce sul differenziamento neuronale. Le cellule neuronali giovani possiedono la capacità di dare origine a molte varietà di neuroni e il particolare tipo di neurone che una cellula diventa dipende dalla regione in cui le capita di trovarsi e dall’identità delle cellule vicine. L’influenza di un gruppo di cellule sul destino di cellule vicine è nota come induzione: la notocorda per esempio induce alcune cellule del midollo spinale a differenziarsi in motoneuroni. L’interazione cellula-cellula guida il differenziamento in modo che venga fornito il tipo di neurone appropriato per ciascuna parte del cervello. Un’altra conseguenza che deriva dal fatto che lo sviluppo si basa sul processo d’interazione cellula-cellula è che in caso di danneggiamento o perdita di un piccolo gruppo di cellule, altre cellule possono rispondere alla chiamata dei fattori d’induzione e colmare il vuoto lasciato dalle cellule mancanti. Tali risposte adattive come queste a un danno precoce vengono chiamate regolazione: l’animale in fase di sviluppo compensa le cellule mancanti o danneggiate. In alcune regioni del SNC quasi tutte le giovani cellule muoiono durante lo sviluppo prenatale. La regolazione dell’estensione del fenomeno della morte è controllata da fattori associati ai bersagli sinaptici delle cellule. La riduzione delle dimensioni del bersaglio sinaptico produce immediatamente una riduzione del numero delle cellule nervose che sopravvivono. Per esempio, se si amputa un arto di un girino all’inizio del suo sviluppo, si verifica la morte di un numero di motoneuroni spinali in fase di sviluppo maggiore nel caso in cui l’arto rimanga in posizione. I neuroni competono per le connessioni alle strutture bersaglio. Succede che le cellule che stabiliscono sinapsi adeguatamente resistono, mentre quelle che non trovano posto per formare connessioni sinaptiche muoiono. Le cellule competono per una sostanza chimica che il bersaglio produce e rilascia. I neuroni che ricevono una quantità sufficiente di tale sostanza sopravvivono, mentre gli altri muoiono. Tali sostanze chimiche derivata dal bersaglio sono denominate fattori neurotrofici (o semplicemente trofici) perché si comportano come se nutrissero i neuroni per aiutarli a sopravvivere. Più di 40 anni fa gli studiosi scoprirono una sostanza chiamata fattore di crescita delle cellule nervose (NGF) che influenza in modo rilevante la crescita di neuroni dei gangli spinali e dei gangli del sistema nervoso simpatico. Se a un embrione di pollo veniva somministrato NGF, si induceva la formazione di un numero di neuroni simpatici molto più alto del normale. Queste cellule erano anche più grandi e presentavano molti processi in estensione. L’inizio della fine è segnato da un rapido influsso esterno e dal conseguente rilascio di ioni Ca2+ dai depositi interni. Questi ioni inducono i mitocondri interni alla cellula a rilasciare una proteina chiamata Diablo (determina l’inzio dell’apoptosi). Diablo si lega agli inibitori delle proteine apoptotiche (IAP, proteine che inibendo la caspasi evitano l’apoptosi), che pertanto non possono più bloccare le caspasi. Una cascata di caspasi distrugge varie proteine e il DNA della cellula, rendendola incapace di sopravvivere. Il risultato è l’apoptosi. Interviene poi la famiglia delle proteine Bcl-2 che può inibire l’apoptosi bloccando il rilascio di Diablo dai mitocondri. Questo è il sistema di controlli e di equilibri che determina se una cellula deve morire. L’NGF viene assunto dagli assoni dei neuroni del sistema nervoso simpatico e trasportato poi fino al some della cellula, dove l’NGF previene la morte dei neuroni. Poiché la quantità di fattori neutrofici corrisponde al numero di cellule bersaglio, questo processo determina una corrispondenza approssimativa delle dimensioni del bersaglio con il numero di neuroni innervanti. La famiglia delle molecole del NGF è chiamata famiglia delle neurotrofine. Ci sono anche altri fattori neurotrofici, tra cui il fattore di crescita di origine cerebrale (BDNF), il gene di quest’ultimo è simile a quello del NGF. ( Per ulteriori spiegazioni vedi pagina 193 ) 6 riarrangiamento o rimodellamento sinaptico Cosi come non tutti i neuroni durante lo sviluppo di un individuo sono mantenuti nell’eta adult, alcune delle sinapsi formate all’inizio dello sviluppo vengono successivamente rimosse. Nella maggior parte dei casi dopo un periodo di morte cellulare ha luogo un riarrangiamento sinaptico (perdita di alcune sinapsi e sviluppo di altre, è un raffinamento sinaptico che si verifica frequentemente durante lo sviluppo). Nella corteccia cerebrale umana sembra verificarsi una perdita netta di sinapsi tra la tarda infanzia sino a metà adolescenza. Ciò che determina quali sinapsi devono essere mantenute e quali perse è l’attività neurale. Secondo una teoria le sinapsi attive assumono un qualche fattore neurotrofico che le mantiene, mentre le sinapsi inattive ottengono quantità di fattore trofico troppo piccole per rimanere stabili. Le cellule gliali forniscono mielina Le cellule gliali si sviluppano dalla stessa popolazione di cellule immature dei neuroni. Le cellule gliali continuano ad essere aggiunte al sistema nervoso per tutta la vita. La fase più intensa di proliferazione delle cellule gliali si verifica in molti animali dopo la nascita. La sclerosi multipla è una malattia nella quale la mielina viene distrutta, probabilmente dallo stesso sistema immunitario della persona affetta. Nell’uomo la prima mielinizzazione nel sistema nervoso periferico è evidente a circa 24 settimane dal concepimento. Ma la fase più intensa avviene poco dopo la nascita. Alcuni studiosi ritengono che la mielina possa essere aggiunta agli assoni durante tutta la vita. I geni interagiscono con l’esperienza nel guidare lo sviluppo del cervello Molti fattori influenzano l’emergere della forma, delle disposizioni e delle connessioni del cervello. I geni dirigono la produzione di ogni proteina che una cellula può fare. Un animale che ha ereditato un gene alterato produrrà una proteina alterata, che influenzerà tutte le strutture cellulari di cui tale proteina fa parte. Così, ogni struttura neuronale e ogni comportamento può essere alterato da cambiamenti nei geni appropriati. E’ utile pensare ai geni come a fattori intrinsechi. Tutti gli altri fattori influenzanti sono considerati estrinsechi. Un importante fattore estrinseco è se il feto viene rifornito dai nutrienti necessari a realizzare le istruzione genetiche. La mancanza di nutrienti o la presenza di sostanze chimiche che interferiscono con la distribuzione dei nutrienti possono avere un effetto profondo sullo sviluppo cerebrale. Un altro fattore estrinseco è l’interazione cellula-cellula: se una cellula esprime un gene particolare, assume una determinata forma o svolge una certa funzione. I geni sono fattori intrinsechi che influenzano lo sviluppo del cervello I geni non operano isolatamente. Lo sviluppo dovrebbe essere visto come un’interazione delle istruzioni genetiche con gli altri fattori influenti, quelli estrinsechi. La somma di tutte le informazioni genetiche (intrinseche) ereditate che un individuo possiede è il suo genoma o genotipo. La somma di tutte le caratteristiche fisiche di un individuo è il suo fenotipo. Il genotipo dell’individuo viene determinato al momento della fecondazione e rimane lo stesso per tutta la vita. Invece il fenotipo cambia costantemente. Il fenotipo è determinato dall’interazione tra genotipo e fattori estrinsechi, tra i quali è compresa l’esperienza. EFFETTI DI MUTAZIONE: In rari casi un animale eredita un cambiamento improvviso nella strutta genetica, una mutazione, che è correlata a cambiamenti anatomici o fisiologici. I mutanti sono gli animali che portano un gene che differisce dalla norma o dagli alleli portati dai suoi genitori. Nonostante l’importanza dei geni per lo sviluppo del sistema nervoso, la comprensione del solo genoma non potrà mai consentire la conoscenza completa dello sviluppo del cervello perché, anche l’esperienza guida i neuroni in sviluppo. GENI IDENTICI, SISTEMI NERVOSI DIFFERENTI: La tecnica della clonazione è in grado di produrre animali geneticamente identici, chiamati cloni. I pesci hanno neuroni identificabili ( neuroni grandi e simili fra un individuo e un altro, che rendono possibile agli studiosi il loro riconoscimento e l’attribuzione di un nome). Può succedere che cloni geneticamente identici mostrano variazioni nel comportamento. Topi geneticamente identici si comportano in modo differente in molti test. Molte volte, i gemelli umani identici non condividono sempre tratti specifici, come per esempio schizofrenia, orientamento sessuale o depressione. Dal momento che condividono i stessi geni, le differenze comportamentali tra gemelli sono dovute probabilmente a esperienze differenti. Il sito fragile del DNA consta di tre nucleotidi (CGG) ripetuti più volte. La maggior parte degli individui ha solo da 6 a 50 ripetizioni trinucleotidiche (ripetizione degli stessi tre nucleotidi all’interno di un gene) in questo sito. Ogni bambino che riceve più di 200 ripetizioni presenterà la sindrome dell’X fragile. L’esposizione a farmaci durante la gravidanza può danneggiare lo sviluppo neurale Condizioni materne come un’infezione virale, l’esposizione a farmaci e la nutrizione possono con grande probabilità causare disordini dello sviluppo del bambino prima della nascita. La teratologia comportamentale studia i danni comportamentali prodotti dall’esposizione dell’embrione o del feto a sostanze tossiche. Circa il 40% dei bambini nati da madri alcoliste mostrano un profilo tipico di danni anatomici, fisiologici e comportamentali conosciuti con il nome di sindrome fetale alcolica (FAS). In alcuni casi i bambini possono essere privi del corpo calloso, avere danni neurofisiologici al linguaggio e alle abilità motorie. Possono soffrire di irritabilità, tremore e iperattività. Tuttavia, il problema più comune associato con la FAS è il ritardo mentale. Alcuni bambini fanno fatica a stare attenti a scuola I sintomi principali del disturbo da deficit di attenzione/iperattività (ADHD) sono distraibilità, iperattività e impulsività. L’ADHD è osservato nel 5% dei bambini ed è più come nei maschi che nelle femmine. Questi bambini hanno un volume cellulare dal 3 al 4 % più piccolo di quello degli altri. Sebbene i farmaci migliorino l’attenzione nei bambini con ADHD, alcune persone dubitano che il miglior rendimento nella scuola valga il rischio di un esposizione a lungo termine a farmaci psicoattivi. Ci sono resoconti di effetti collaterali gravi del trattamento stimolante, come allucinazioni e attacchi di cuore. L’autismo è un disturbo delle abilità sociali L’autismo è un disturbo dello sviluppo perdurante per tutta la vita caratterizzato da interazioni sociali e linguaggio compromessi. E’ molto più comune nei maschi che nelle femmine. I bambini con autismo tendono a perseverare (dondolano in continuazione la testa, fanno movimenti stereotipati con le dita), evitano attivamente il contatto oculare con altre persone e hanno difficoltà a giudicare i pensieri o i sentimenti altrui. Sono state riportate differenze strutturali tra il cervello di persone con autismo e il cervello di altri, inclusa una riduzione della dimensione del corpo calloso e di alcune regioni del cervelletto. Il problema di fondo dell’autismo è un’incapacità a empatizzare con gli altri. Quando i bambini con autismo fissano le facce hanno un attivazione dell’amigdala maggiore di quella che avviene negli altri bambini. Quindi, dal momento che l’amigdala è associata alla paura, i bambini con autismo evitano il contatto oculare perché lo trovano avversivo. Quando persone con autismo provano a eseguire compiti imitatori, una zone particolare della corteccia frontale è meno attiva rispetto ai soggetti di controllo. Un bambino che presenta un deficit in tale regione del cervello alla base dell’imitazione e dell’empatia potrebbe trovare i comportamenti delle altre persone talmente sconcertanti di ritirarsi dalle interazioni sociali e linguistiche. La sindrome di Asperger (a volte chiamato autismo ad alto funzionamento) è caratterizzata da difficoltà di comprensione delle interazioni sociali, di solito accompagnata da elevate abilità linguistiche. Questi soggetti hanno difficoltà ad interpretare le espressioni facciali emotive ma tendono a essere molto bravi nel classificare oggetti e notare dettagli. Gli individui con questa sindrome possono diventare anche scienziati o ingegneri. Non esistono cure per l’autismo. La malattia di Alzheimer La malattia di Alzheimer, cosi denominata dal neurologo Alois Alzheimer è una forma di demenza senile (drastico blocco delle capacità cognitive, inclusa perdita di memoria e di orientamento) compare primi dei 65 anni. La frequenza della malattia aumenta con l’invecchiamento fino all’età di 85-90 anni. Un uso intenso del cervello rende la malattia di Alzheimer meno probabile (o almeno ne ritarda la manifestazione clinica). Le osservazioni del cervello dei pazienti con Alzheimer mostrano un’atrofia corticale pronunciata, soprattutto nelle aree frontali, temporali e parietali. Studi di PET indicano una correlazione tra il declino dei recettori della dopamina e quello della memoria durante l’invecchiamento, soprattutto nell’ippocampo. I cambiamenti progressivi a livello cellulare sono:  Strani cumuli chiamati placche senili appaiono in alcune regione del cervello. Le placche sono formate da un accumulo di una sostanza chiamata B-amiloide o placche amiloidi.  Alcune cellule mostrano anomali chiamate matasse neurofibrillari (neurofilamenti anomali all’interno delle cellule nervose) , associate a una proteina tau. Il numero di matasse è direttamente correlato con la gravità del deficit cognitivo.  La proteina precursore dell’amiloide (APP) è tagliata da due enzimi – B-secretasi e presenilina. Un altro enzima, l’apolipoproteina E (ApoE) ha un’azione nell’eliminazione della B-amiloide. Mutazioni a carico di ciascuno dei geni che producono queste proteine sono state associate con la malattia di Alzheimer. Topi transgenici che producono B-amiloide in eccesso mostrano deficit progressivi di memoria quando invecchiano.