Neuroanatomia Funzionale: sistema nervoso, neuroni e sinapsi

Il sistema nervoso e il comportamento

Il sistema nervoso è composto da cellule specializzate

1. Il sistema nervoso e le sue cellule

Il sistema nervoso è costituito da un insieme di cellule altamente specializzate che si estendono in tutto il corpo e interagiscono con tutti gli organi, i muscoli e i tessuti. Tra queste cellule, le più importanti sono i neuroni, che rappresentano le unità fondamentali per l'elaborazione e la trasmissione delle informazioni. Si stima che il cervello umano contenga circa 100 miliardi di neuroni. Oltre ai neuroni, esiste un numero ancora maggiore di cellule gliali, che forniscono supporto strutturale e funzionale ai neuroni. Sebbene inizialmente si pensasse che le cellule gliali avessero un ruolo esclusivamente di sostegno, oggi sappiamo che possono contribuire anche all'elaborazione delle informazioni.

1. Il ruolo e l'organizzazione dei neuroni

I neuroni sono cellule altamente specializzate, capaci di ricevere, integrare ed elaborare segnali provenienti da altre cellule, per poi trasmettere l'informazione ai neuroni successivi. Questi segnali viaggiano attraverso reti neurali, che possono variare enormemente in dimensione e complessità. Le reti di neuroni sono alla base di tutte le attività cerebrali, dai riflessi più semplici ai processi cognitivi più complessi, come il ragionamento e la creatività. Ogni neurone è separato dagli altri e non è fisicamente fuso con essi, ma comunica attraverso segnali elettrici e chimici.

1. La scoperta delle interconnessioni tra neuroni

Alla fine del XIX secolo, i neuroscienziati iniziarono a studiare in dettaglio la struttura dei neuroni grazie ai progressi nella microscopia. Tuttavia, il modo in cui i neuroni interagivano tra loro rimaneva un mistero. Due studiosi di quel periodo si confrontarono su questo tema:

• Camillo Golgi (1843-1926) sosteneva che i neuroni fossero connessi tra loro in modo continuo, formando una sorta di rete unica attraverso cui fluiscono le informazioni, come un sistema di tubi interconnessi.
• Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), utilizzando le stesse tecniche di colorazione sviluppate da Golgi (che permettevano di visualizzare meglio i neuroni), arrivò a una conclusione opposta. Egli propose che i neuroni fossero contigui, ma non continui, cioè molto vicini tra loro ma separati da piccoli spazi.

cajal elaborò questa idea con dettagliati disegni a penna (vedi Figura 2.1 menzionata nel testo), che sono tuttora considerati tra i più accurati nella storia della neuroscienza.

1. La dottrina del neurone e la scoperta della sinapsi

L'idea di cajal portò alla formulazione della dottrina del neurone, che stabiliva due principi fondamentali:

1. Il cervello è composto da cellule indipendenti tra loro, sia strutturalmente che funzionalmente. Queste cellule includono i neuroni e altre cellule di supporto.
2. L'informazione viene trasmessa tra neuroni attraverso piccole fessure.

26Il neuroscienziato Sir Charles Sherrington dimostrò in seguito l'esistenza di questi piccoli spazi tra i neuroni, chiamandoli sinapsi. Le sinapsi sono essenziali per la comunicazione neuronale e permettono la trasmissione delle informazioni attraverso segnali chimici ed elettrici. Si stima che nel cervello umano ci siano circa 1015 sinapsi (cioè un milione di miliardi). Per dare un'idea della grandezza di questo numero, il testo lo paragona a un cubo pieno di granelli di sabbia, con un volume equivalente a un campo da calcio (lato del campo da calcio al cubo).

S. L'importanza delle connessioni neurali Il numero immenso di sinapsi nel cervello umano è alla base di tutte le attività cognitive e comportamentali. Le connessioni tra i neuroni permettono non solo di eseguire movimenti e rispondere agli stimoli ambientali, ma anche di sviluppare pensieri complessi, emozioni, memoria e creatività. Questa vasta rete di connessioni è ciò che rende possibile l'evoluzione del pensiero umano e il progresso delle conoscenze.

Conclusione sul sistema nervoso

In sintesi, il sistema nervoso è un complesso intreccio di neuroni e cellule gliali, che comunicano tra loro attraverso le sinapsi. Grazie agli studi di neuroscienziati come Golgi, cajal e Sherrington, oggi sappiamo che i neuroni non sono connessi direttamente, ma comunicano attraverso piccoli spazi in cui avviene la trasmissione dei segnali. Questo principio, noto come dottrina del neurone, è uno dei pilastri fondamentali delle neuroscienze moderne.

Il neurone e le sue sezioni strutturali

Il paragrafo descrive la struttura funzionale del neurone, evidenziando le quattro sezioni specializzate per l'elaborazione delle informazioni. Ogni neurone è una cellula con una struttura unica, adattata alla ricezione, integrazione, trasmissione e comunicazione dei segnali elettrochimici. Analizziamo nel dettaglio i quattro compartimenti principali, facendo riferimento alla Figura 2.2, che illustra queste zone.

Struttura generale del neurone

Come ogni cellula, un neurone possiede gli organelli fondamentali per la sua sopravvivenza e funzione:

• Mitocondri - Producono l'energia necessaria alle attività cellulari.
• Nucleo cellulare -> contiene il DNA e le istruzioni genetiche.
• Ribosomi e reticolo endoplasmático -> sintetizzano le proteine necessarie per il funzionamento del neurone.

Tuttavia, i neuroni si distinguono dalle altre cellule per la loro specializzazione nell'elaborazione delle informazioni, grazie a strutture uniche che consentono loro di:

1. Ricevere segnali da altre cellule.
2. Elaborare e integrare questi segnali.
3. Trasmettere l'informazione sotto forma di impulsi elettrici.
4. Comunicare con altre cellule tramite segnali chimici.

Le 4 zone funzionali del neurone (Figura 2.2)

27Figura 2.2 Principali componenti del neurone I dendriti, il corpo cellulare e i terminali assonici sono zone funzionali specializzate nell'ingresso (input), nell'integrazione, nel trasporto e nell'emissione (output) di informazioni. Queste zone sono presenti in tutti i neuroni, anche se con variazioni nelle forme assunte dai neuroni. Ci sono tre tipi di neuroni importanti: (A) multipolari con dendriti multipli e un singolo assone, (B) bipolari con un dendrite singolo e un singolo assone, (C) unipolari con un singolo ramo che emerge dal corpo cellulare e si estende in due direzioni; in quest'ultimo caso la zona di integrazione non risiede nel corpo cellulare ma alla base delle ramificazioni dendritiche. Zona di ingresso, dove i neuroni raccolgono e integrano le informazioni, sia dall'ambiente sia da altre cellule Dendriti Ramificazioni dendritiche Flusso di informazioni Zona di integrazione, dove viene presa la decisione di produrre un segnale neurale Corpo cellulare Corpi cellulari Zona di conduzione, dove le informazioni possono essere trasmesse a grandi distanze Assoni Assone Zona di uscita, dove il neurone trasferisce le informazioni ad altre cellule Terminali assonici Terminali assonici (A) Neurone multipolare (B) Neurone bipolare (C) Neurone unipolare

1° compartimento: Zona di ingresso - Dendriti

I dendriti (dal greco dendron, "albero") sono prolungamenti cellulari ramificati che emergono dal corpo cellulare. La loro funzione principale è ricevere segnali da altri neuroni attraverso le sinapsi.

• Possono essere molto ramificati per aumentare la superficie di contatto con altri neuroni.
• Ogni dendrite può ricevere segnali da centinaia o migliaia di sinapsi, rendendo il neurone altamente interconnesso.
• Le informazioni ricevute vengono poi inviate al corpo cellulare per essere elaborate.

2° compartimento: Zona di integrazione - Corpo cellulare (Soma)

Il corpo cellulare (o soma, plurale somata) contiene il nucleo e tutti gli organelli necessari per la sopravvivenza del neurone. Anche il soma può ricevere segnali sinaptici.

• Dal corpo cellulare emerge una struttura chiamata monticolo assonico, una regione cruciale perché qui il neurone integra tutte le informazioni ricevute dai dendriti e dal soma.
• Se il segnale ricevuto supera una certa soglia, il monticolo assonico genera un impulso elettrico, noto come potenziale d'azione, che verrà trasmesso lungo l'assone.

3° compartimento: Zona di conduzione - Assone

L'assone è un prolungamento lungo e sottile che trasporta i segnali elettrici lontano dal corpo cellulare .

• È la via principale per la trasmissione delle informazioni dal neurone verso altre cellule.
• Lungo il suo percorso, l'assone può suddividersi in ramificazioni collaterali lassoni collaterali), che permettono di inviare segnali a più bersagli contemporaneamente.
• L'impulso elettrico viaggia attraverso l'assone fino alla sua parte terminale, dove verrà trasformato in un segnale chimico per la comunicazione con altre cellule.

4° compartimento: Zona di uscita - Terminali assonici (Bottoni sinaptici)

Alla fine dell'assone, troviamo i terminali assonici, anche detti bottoni sinaptici. Questa regione è responsabile della trasmissione delle informazioni ad altri neuroni o cellule bersaglio.

• Iterminali assonici contengono vescicole piene di neurotrasmettitori, sostanze chimiche che permettono la comunicazione tra neuroni.
• Quando il potenziale d'azione raggiunge i terminali, viene rilasciato un neurotrasmettitore nella sinapsi, lo spazio tra un neurone e il successivo.
• Questo segnale chimico viene captato dai dendriti del neurone successivo, riprendendo il ciclo di elaborazione delle informazioni.

Riassunto delle funzioni dei quattro compartimenti

28Compartimento Nome Funzione principale

1. Dendriti Ricezione dei segnali da altri neuroni (zona di ingresso)
2. Corpo cellulare (soma) Integrazione dei segnali e decisione di inviare un impulso (zona di integrazione)
3. Assone Trasmissione del segnale elettrico (zona di conduzione)
4. Terminali assonici (bottoni sinaptici) comunicazione con altri neuroni tramite neurotrasmettitori (zona di uscita)

Conclusione sulle zone funzionali

I neuroni sono progettati per raccogliere, elaborare e trasmettere informazioni in tutto il sistema nervoso. Ogni neurone è composto da quattro zone funzionali:

• Dendriti (ingresso delle informazioni).
• Corpo cellulare/soma (integrazione del segnale).
• Assone (conduzione dell'impulso elettrico).
• Terminali assonici (uscita del segnale verso altri neuroni o cellule).

Classificazione dei neuroni

Il paragrafo descrive la classificazione dei neuroni in base a forma, dimensioni e funzione, fornendo dettagli su come queste caratteristiche influenzano l'elaborazione delle informazioni nel sistema nervoso. Esaminiamo in modo approfondito questi concetti, facendo riferimento alle figure menzionate.

Classificazione dei neuroni in base alla forma (Figura 2.2)

I neuroni si distinguono per la loro morfologia, che influisce sulla loro funzione e modalità di elaborazione delle informazioni. Esistono tre tipi principali:

1. Neuroni multipolari (Figura 2.2a)

• Sono il tipo più comune nel sistema nervoso.
• o Hanno molti dendriti e un solo assone, il che permette loro di ricevere segnali da numerosi neuroni e integrarli.
• o Sono tipici delle funzioni complesse, come il controllo motorio e i processi cognitivi.

1. Neuroni bipolari (Figura 2.2b)

• o Presentano un solo dendrite a un'estremità e un solo assone all'altra.
• o Sono particolarmente comuni nei sistemi sensoriali, come il sistema visivo, dove trasmettono segnali dalla retina al cervello.

1. Neuroni unipolari o monopolari (Figura 2.2c)

Hanno una singola estensione che si divide in due rami:

• Unterminale recettivo, con ramificazioni simili ai dendriti, che funge da zona di ingresso.
• Un terminale efferente, che trasmette l'informazione, costituendo la zona di uscita.

Sono tipici delle vie sensoriali periferiche, trasmettendo informazioni tattili e o propriocettive dal corpo al midollo spinale. 29