principi neuroscienze

8/14/2019 principi neuroscienze

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PRINCIPI ESSENZIALI DI NEUROSCIENZE

Gianpaolo PegorettiDottorando in Scienze della Cognizione e della Formazione

Centro Interateneo per la Ricerca Didattica e la Formazione Avanzata

In questo momento, mentre stai leggendo, il tuo sistema nervosoe il tuocervello sono impegnati atrovare il significato di questa frase.

Leggere, come tutte le altre attivit che coinvolgono il cervello, implica che una serie di impulsielettrici si muovano attraverso un network di cellule nervose collegate tra loro e dette neuroni.

Lo scopo primario delle neuroscienze capire come i gruppi di neuroni interagiscono per

creare il comportamento. I neuroscienziati studiano l'azione di molecole, geni e cellule, inoltreesplorano le complesse interazioni coinvolte nel movimento, nella percezione, nel pensiero, nelleemozioni, nell'apprendimento.

Il mattone fondamentale che costituisce il sistema nervoso la singola cellula nervosa, ilneurone. I neuroni si scambiano informazioni inviandosi segnali elettrici e sostanze chimicheattraverso delle connessioni dette sinapsi.

Sul cervello c' ancora moltissimo da scoprire, pertanto le neuroscienze forniscono risultati

soggetti a diverse interpretazioni.

Illustrazione 1: un neurone trasmette segnali elettrici lungo

il suo assone. Quando i segnali raggiungono la finedell'assone innescano il rilascio di neurotrasmettitori, che

sono immagazzinati nelle vescicole sinaptiche. Ineurotrasmettitori si legano ai recettori, molecole poste

sulla superficie dei neuroni adiacenti. Il punto di contatto

conosciuto come sinapsi.(illustrazione tratta da Brain Facts,Society for Neuroscience)


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IL SISTEMA NERVOSO CONTROLLA LE FUNZIONI CORPOREE, RISPONDE AGLISTIMOLI DEL CORPO E DIRIGE IL COMPORTAMENTO

1) il cervello l'organo pi complesso del corpo umano

a. ci sono cento miliardi di cellule nervose nel cervello, e 1014 o 1015 sinapsib. i neuroni comunicano tra loro formando dei gruppi che si scambiano un flusso enorme di segnalic. il normale funzionamento del sistema nervoso richiede l'azione coordinata di neuroni in diverse

aree del cervellod. il sistema nervoso influenza ed influenzato da tutti gli altri sistemi del corpo (cardiovascolare,endocrino, gastrointestinale, immunitario, respiratorio)e. gli esseri umani hanno un sistema nervoso complesso che si evoluto a strati, al centro le parti

pi antiche, all'esterno quelle recenti coinvolte nelle capacit tipicamente umane comeragionamento, pianificazione e linguaggio

2) i neuroni comunicano usando sia segnali elettrici sia segnali chimici

a. gli stimoli sensoriali sono convertiti in segnali elettricib. i potenziali d'azione sono i segnali elettrici che vengono scambiati da un neurone ad un altroc. le sinapsi sono i punti di giunzione elettrici o chimici che consentono ai segnali di passare da unneurone ad un altrod. i segnali elettrici diretti ai muscoli causano la contrazione e il movimentoe. i cambiamenti nell'attivit delle sinapsi modificano le nostre azionif. la comunicazione tra neuroni rafforzata o indebolita dalle attivit che facciamo, come lo studioo l'eserciziog. tutti i pensieri, le percezioni e i comportamenti sono il risultato di combinazioni di segnali traneuroni


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Illustrazione 2: IL CERVELLO. Corteccia cerebrale

(figura in alto). Questa parte di cervello divisa in

quattro aree: lobo occipitale, lobo temporale, loboparietale, lobo frontale. Le funzioni, come la visione,

l'udito e il linguaggio, sono distribuite in diverseregioni. Alcune regioni sono associate a pi di una

funzione. Principali strutture interne (figura in basso).Le aree frontali (1) sono implicate nelle pi alte

funzioni mentali pensiero, pianificazione e problem-

solving. L'ippocampo coinvolto nella memoria. Iltalamo serve come zona di convergenza di quasi tutti i

segnali in entrata. I neuroni nell'ipotalamo fungono dazona di convergenza per i sistemi di regolazione

interna, monitorano i segnali provenienti dal sistemanervoso autonomo e controllano il corpo attraverso lefasce nervose autonome e l'ipofisi. Sulla parte superiore

del mesoencefalo (2) ci sono due paia di piccolirigonfiamenti, i collicoli, gruppi di cellule che

convogliano specifici segnali sensoriali dagli organi di

senso al cervello. Il rombencefalo (3) costituito dalponte e dal midollo allungato, che aiutano a controllare

la respirazione e il ritmo cardiaco, e dal cervelletto,che preposto al controllo del movimento e dei processi

cognitivi che richiedono un timing preciso.

(illustrazione tratta da Brain Facts, Society forNeuroscience)

Illustrazione 3: MIDOLLO SPINALE E NERVI. ILsistema nervoso centrale (CNS) consiste nel cervello e

nel midollo spinale. Il cervello invia segnali nervosi aspecifiche parti del corpo attraverso i nervi

periferici,conosciuti come sistema nervoso periferico

(PNS). I nervi periferici nella regione cervicale servonoil collo e le braccia; quelli nella regine toracica servono

il tronco; quelli nella regione lombare servono legambe; quelli della regione sacrale servono l'intestino e

la vescica. Il PNS il sistema nervoso corporeo che

connette i muscoli scheletrici volontari con le cellulespecializzate a rispondere alle sensazioni, come tatto e

dolore. Il sistema nervoso autonomo costituito da

neuroni che connettono il CNS con gli organi interni, esi divide in sistema nervoso simpatico, che mobilita

energia e risorse in momenti di stress, e in sistemanervoso parasimpatico, che conserva energia e risorse

durante gli stati di rilassamento.(illustrazione tratta daBrain Facts, Society for Neuroscience)


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Illustrazione 4: Il cervello di un bambino un mistero di cui gli scienziati hanno appenacominciato a svelare i segreti. Dopo solo quattro settimane di gestazione le prime cellule nervose, i

neuroni, si stanno gi formando al ritmo rapidissimo di 250,000 al minuto. Miliardi di neuroni

formeranno connessioni con miliardi di altri neuroni, creando circa 100 miliardi di sinapsi.

Quando si bambini il cervello maggiormente disponibile ad essere plasmato dall'esperienza chenegli adulti. Il cervello infantile struttura se stesso in risposta all'ambiente. Gli scienziati hannodefinito questo processo evolutivo darwinismo neurale, tuttavia come afferma la neurologa

Carla Shatz, "Un grande mistero rimane. Le nostre memorie, le nostre speranze e aspirazioni, chi

amiamo, tutto questo codificato nei circuiti. Ma possediamo solamente il pi nudo inizio dicomprensione a proposito di come il cervello funziona."(illustrazione tratta da Brain Facts, Society

for Neuroscience)

Illustrazione 5: Il cervello dei bambini un magnifico

sistema di apprendimento. Un bambino impara agattonare, poi a camminare, correre ed esplorare. Un

bambino impara a ragionare, a fare attenzione, aricordare, si impadronisce del linguaggio, la caratteristica

propria dell'umanit. Nella maggior parte degli adulti il

centro del linguaggio lateralizzato nell'emisfero sinistro,ma nei bambini il cervello meno specializzato. Fino ad

un anno di et, i bambini rispondono al linguaggio con

entrambi gli emisferi, dopo il linguaggio si spostagradualmente verso l'emisfero sinistro, guidato dalla sua

stessa acquisizione.


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Illustrazione 6: Le ultime scoperte nelle neuroscienze forniscono una

nuova visione dell'invecchiamento del cervello. Lasciandosi alle spalledecenni di pensiero dogmatico, gli scienziati hanno recentemente

scoperto che anche dopo aver compiuto i settant'anni il cervellocontinua a produrre nuovi neuroni. Il pensiero scientifico ha

abbandonato l'idea che si perda un vasto numero di neuroni quando si

invecchia. Il normale processo di invecchiamento lascia intatta la

massima parte delle funzioni mentali, e pu addirittura affinare alcunecapacit che formano la base della saggezza. Inoltre il cervello di una

persona anziana molto pi resiliente di quanto si credesse in passato.(illustrazione tratta da Brain Facts, Society for Neuroscience)


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IL CERVELLO E' IL FONDAMENTO DELLA MENTE

5) l'intelligenza, il pensiero, l'emozione emergono dall'attivit del cervello

a. il cervello crea una realt dotata di senso integrando gli stimoli sensoriali, le emozioni, gli istinti ei ricordi

b. le emozioni costituiscono il sistema di giudizio del nostro cervello, esse ci permettono di valutareoggetti ed eventi, si manifestano attraverso i sentimenti, alcuni semplici come la rabbia, altricomplessi come l'empatiac. il cervello impara dall'esperienza e fa predizioni riguardo a quali siano le azioni pi adatte inrisposta a situazioni presenti o futured. la coscienza corrisponde alla normale attivit del cervello, presente quando attenzione ememoria convergono, la sua funzione biologica quella di monitorare i nostri comportamenti

6) linguaggio, cognizione e apprendimento

a. il cervello rende possibile la comunicazione di sapere attraverso il linguaggiob. sfruttando la capacit simbolica del linguaggio gli esseri umani sono in grado di espandere ilimiti della cognizione oltre quelli di qualunque altra specie animalec. la cognizione costituita dai processi attraverso i quali un organismo guadagna conoscenza, odiventa consapevole di eventi o oggetti presenti nel suo ambiented. il cervello possiede l'abilit di modificare le connessioni neurali per affrontare in maniera piefficace nuove circostanzee. tale plasticit cerebrale forma la base biologica dell'apprendimento e della memoria


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Illustrazione 7: APPRENDIMENTO E MEMORIA. Differentiaree del cervello sono correlate a differenti tipi di memoria.

L'ippocampo, la regione paraippocampale e le aree dellacorteccia cerebrale, compresa la corteccia prefrontale,

costituiscono un sistema che media la memoria dichiarativa.Forme di memoria non dichiarativa ed emotiva, sonosupportate dall'amigdala, dallo striato e dal cervelletto.

(illustrazione tratta da Brain Facts, Society forNeuroscience)


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LA RICERCA IN NEUROSCIENZE

7) il sistema nervoso viene studiato a vari livelli

a. Neuroscienze molecolari, studiano il cervello a livello chimico elementare.b. Neuroscienze cellulari, hanno come bersaglio le cellule nervose e il loro comportamento.c. Neuroscienze dei sistemi, si occupano delle costellazioni di neuroni che formano circuiti prepostia funzioni semplici quali la visione o il movimento volontario.d. Neuroscienze comportamentali, esaminano le funzioni integrate come percezione ocoordinazione.e. Neuroscienze cognitive, hanno lo scopo di capire come il cervello crea la mente.

8) le tecniche di neuroimaging

Il Neuroimaging funzionale lutilizzo di tecnologie in grado di misurare il metabolismo el'anatomia cerebrale, al fine di analizzare e studiare la relazione tra lattivit di determinate areecerebrali e specifiche funzioni cerebrali. uno strumento di primaria importanza nelle neuroscienzecognitive.

Le tecniche pi usate sono:

PET (tomografia a emissione di positroni): una soluzione radioattiva contenente atomi che emettonopositroni viene introdotta nel torrente circolatorio. I positroni, emessi ovunque arrivi il sangue,interagiscono con gli elettroni e producono fotoni di radiazione elettromagnetica. La posizione degliatomi che emettono positroni viene rilevata da sensori che raccolgono i fotoni. I neuroni che sonoattivi hanno bisogno di pi ossigeno e pi glucosio; i vasi rispondono allattivit neuronale facendoaffluire una maggior quantit di sangue alle regioni attive. E sufficiente osservare dove presenteun numero pi alto di atomi che emettono positroni per sapere quali sono le zone pi irrorate, cio

pi attive.


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RMN (risonanza magnetica nucleare): Consente di visualizzare sezioni cerebrali in qualsiasidirezione. In pratica, si fa passare un segnale radio attraverso la testa; quando il segnale dellafrequenza giusta il protone del nucleo di ciascun atomo di idrogeno in stato di bassa energia entra inrisonanza e salta allo stato di alta energia. Cessato il segnale, alcuni protoni tornano allo stato di

bassa energia emettendo a propria volta un segnale radio. Pi il segnale forte, maggiore ilnumero degli atomi di idrogeno. Vengono fatte numerose misurazioni variando langolazione e ilcampo magnetico in modo da mappare tutto il cervello. Ogni molecola dacqua ha due atomi diidrogeno, il cervello composto in massima parte di acqua quindi, potendo identificare la posizionedelle molecole dacqua, si pu ricostruire la forma del tessuto cerebrale. Con questa tecnica sicreano immagini con una risoluzione spaziale di circa 3 mm . Lemoglobina del sangue ossigenatoha risonanza magnetica diversa da quella che ha donato il suo ossigeno; i tessuti pi attivirichiedono pi ossigeno quindi, individuando dove lo scarto tra emoglobina ossigenata edemoglobina de-ossigenata sia maggiore, si trovano le zone maggiormente attive.

LINKS

http://www.oliverio.it/ao/didattica/Cervello.htm/cervello%20indice.htm
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APPROFONDIMENTO SUI NEURONI

Due tipi di cellule sono presenti nel sistema nervoso: neuroni e glia. Le cellule costituenti il cervelloumano sono al 90% glia. Questo dato potrebbe indurci a ritenere che siano esse a determinare lefunzioni mentali. Invece listologia ha ampiamente dimostrato come il ruolo gliale sia quello disupportare strutturalmente e di nutrire il restante 10% delle cellule nervose: i neuroni (C.Umilt,1995, pp.25-28; M.Bear, B.Connors, M.Paradiso, 2001, pp.27-31).Proprio nella specificit di questi ultimi si intuisce la radice dellintelligenza; sono infatti i neuroni arilevare cambiamenti ambientali e a disporre il comportamento di risposta.Il neurone composto dal soma, dai dendriti e dallassone. Esistono vari tipi di neuroni, non necessario addentrarci nelle differenze, quindi mi limiter a descrivere le caratteristiche comuni ad

ogni neurone. Cominciamo dal soma: la parte centrale, il corpo cellulare, di formaapprossimativamente sferica, con diametro medio di circa 20 m. Delimitato dalla membrananeuronale, al suo interno si trovano gli stessi organuli che si possono trovare in qualsiasi altracellula e il citosol, una soluzione ricca di potassio e di sodio.Una particolare attenzione va dedicata alla membrana neuronale. Si tratta di una barriera dellospessore di circa 5 m che divide il neurone dallambiente esterno. Non solo il soma, ma ciascunadelle parti del neurone delimitata e protetta dalla membrana neuronale; tale membrana costellatadi proteine, alcune delle quali filtrano sostanze dallinterno verso lesterno: altre formano dei poriche regolano quali sostanze possono aver accesso alla cellula. Caratteristica importante dei neuroni che la composizione proteica della membrana cambia a seconda che delimiti il soma, lassone, idendriti. La capacit di inviare e ricevere segnali chimici ed elettrici, tipica dei neuroni, resa

possibile dalle peculiari caratteristiche della membrana (C.Umilt, 1995, pp.29-30; M.Bear,B.Connors, M.Paradiso, 2001,pp. 32-33). Se detti segnali non fossero inviabili, non sarebbe

possibile unattivit neuronale concertata. Senza questultima non esisterebbero le normali funzionicerebrali e lorganismo morirebbe.A differenza del soma, lassone e i dendriti sono strutture rintracciabili esclusivamente nelle celluleneuronali. Lassone assolve la funzione di trasmettitore di segnali verso altri neuroni. E unfilamento sottile e lunghissimo, da 1 mm a 1 m, che si diparte dal soma. Anche i dendriti originanodal soma; mentre lassone uno solo, essi sono numerosi e molto pi corti. Il loro ruolo ricevere isegnali inviati tramite gli assoni (C.Umilt, 1995, p.31; M.Bear, B.Connors, M.Paradiso, 2001,

pp.36-39).

I punti in cui avviene il contatto tra assoni e dendriti sono definiti sinapsi.Osservando una sinapsi si noter il bottone sinaptico, rigonfiamento presente sullassone, e irecettori, molecole di proteine disposte sulla membrana del dendrite.La membrana del bottone sinaptico densamente coperta di proteine, al suo interno sono inoltre

presenti delle piccole cavit dette vescicole sinaptiche. A questo punto entra in gioco il potenzialedazione o impulso nervoso. Si tratta di una corrente elettrica propagantesi attraverso lassone eavente origine nella depolarizzazione della membrana, causata a sua volta dallassorbimento di ioni

positivi, per la maggior parte di sodio e di potassio. Limpulso attiva lo scambio tra assone edendrite: giunto al bottone sinaptico determina il rilascio del contenuto delle vescicole sinapticheallesterno della membrana; tale contenuto definito neurotrasmettitore ed accolto dai recettoriche portano la membrana dendritica a depolarizzarsi e a continuare il ciclo (C.Umilt, 1995, pp.44-

45, 50-53; M.Bear, B.Connors, M.Paradiso, 2001, pp.109-113, 117-118).Il sistema nervoso umano contiene un numero sterminato di neuroni: nella corteccia, costituita daglistrati esterni del cervello e responsabile delle funzioni mentali superiori come linguaggio e


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memoria, ce ne sono circa dieci miliardi, e formano un numero altissimo di connessioni sinaptiche,se le si contasse, una connessione al secondo, si finirebbe dopo circa trentadue milioni di anni(G.Edelman, 1992, p.38).Se si considerano gli svariati modi in cui esse si possono combinare, si arriva ad un numerodifficilmente concepibile, dellordine di 10 elevato a qualche milione.A quanto detto si aggiunga che non tutte le cellule neurali hanno sede nella corteccia cerebrale; un

gran numero presente nella corteccia cerebellare, nella materia grigia del midollo spinale, neinumerosi nuclei subcorticali ed in altri aggregati del tronco encefalico.Caratteristica dei neuroni quella di disporsi in reti: in pratica, gruppi di neuroni sono connessi traloro pi densamente di quanto non lo siano con gli altri.Quando un neurone viene attivato propaga limpulso nervoso alla propria rete, da qui ad altre reti.Ogni impulso seguir un proprio percorso, generandone altri che proseguiranno per altri percorsi,convergenti e divergenti tra loro, fino ad attivare una vasta area di cervello e, spesso, pi di una.Allattivazione di una specifica area cerebrale corrisponde un determinato movimento,allattivazione di unaltra area una certa sensazione e via dicendo.I percorsi non sono casuali, sono selezionati attraverso luso, rafforzati dalla frequenza con cuivengono seguiti; esistono inoltre dei meccanismi in grado di rallentare chimicamente le sinapsi di

percorsi implicati in comportamenti infruttuosi. Quindi si formano delle vere e proprie mappeneurali costituite da vie privilegiate attraverso cui scorrono gli impulsi nervosi. E lecito concludereche il comportamento umano dipenda da quei percorsi: le nostre mappe sono le nostre capacit edisposizioni.

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