Sistema nervoso centrale umano – l’argomento è trattato in base alle necessità di chi svolge i programmi per la laurea in Scienze e tecnologie farmaceutiche, ma è pensato anche per appassionati dell’argomento.
Il sistema nervoso centrale è contenuto nella scatola cranica e nella colonna vertebrale. Gli organi protagonisti del sistema nervoso centrale sono cervello e midollo spinale.
Indice
Cenni di embriologia del sistema nervoso centrale umano
Il sistema nervoso centrale origina dal tubo encefalo.
A tre settimane dalla fecondazione si formano le vescicole primarie che danno origine al prosencefalo rombencefalo e mesencefalo.
A sei settimane dalla fecondazione si formano le vescicole secondarie superiori che daranno origine a tutte le parti del sistema nervoso centrale vero e proprio.
Il prosencefalo da origine al telencefalo e diencefalo.
Il mesencefalo si dividerà in mesencefalo e metencefalo
Il rombencefalo si divide in rombencefalo e mielencefalo.
Al momento della nascita il neonato avrà già tutte le strutture presenti nell’individuo adulto.
Anatomia del sistema nervoso centrale umano: l’encefalo
Il termine encefalo non è sinonimo di cervello, come spesso si pensa nel linguaggio comune.
L’encefalo è la parte del sistema nervoso centrale contenuta nella scatola cranica.
Per encefalo si intende la porzione del sistema nervoso centrale umano che contiene tutte le seguenti parti:
- prosencefalo (prende il nome dalla vescicola primaria) è costituito da il cervello (sinonimo di telencefalo), il talamo e l’ipotalamo che assieme costituiscono il diencefalo (connesso all’ipofisi)
- tronco encefalico a sua volta suddiviso in mesencefalo e rombencefalo
- rombencefalo costituito dal ponte, dal midollo allungato e dal cervelletto.
In continuazione con il midollo allungato vi è il midollo spinale. Anatomicamente il midollo spinale non è, però, considerato parte dell’encefalo (infatti, come ti ho accennato, l’encefalo è localizzato nella scatola cranica).
Il telencefalo anatomia del cervello
Telencefalo è sinonimo di cervello. Il cervello è suddiviso in due emisferi finiti emisferi cerebrali, esiste l’emisfero cerebrale di destra e l’emisfero cerebrale di sinistra.
Tra i due emisferi vi è un “solco” piuttosto profondo, una scissura longitudinale. E’ come se il cervello fosse diviso in due sezioni, ma esiste una zona in cui i due emisferi comunicano, entrano in contatto. La porzione che mette in contatto l’emisfero destro e l’emisfero sinistro è definita corpo calloso, il corpo calloso mette in contatto i due emisferi del cervello sia dal punto di vista anatomico che dal punto di vista funzionale.
Il corpo calloso non è visibile dall’esterno, è una porzione interna del telencefalo/cervello. A livello del corpo calloso, abbiamo detto, che i due emisferi cerebrali destro e sinistro entrano in contatto tra di loro. Il contatto avviene grazie alle connessioni interemisferiche. Le connessioni interemisferiche sono connessioni nervose che passano da un emisfero all’altro del cervello.
Esternamente il cervello mostra la corteccia cerebrale, ha un aspetto che sembra ripiegata su se stessa. Cerchiamo di capire meglio questo concetto:
la scatola cranica cresce in modo diverso rispetto al cervello. L’accrescimento della scatola cranica non segue l’accrescimento del cervello ovvero ad un certo punto la scatola cranica smette di crescere mentre il cervello continua il suo accrescimento. Per entrare all’interno della scatola cranica, la corteccia cerebrale (definita anche sostanza grigia superficiale) assume una forma ripiegata per essere contenuta all’interno della scatola cranica.
Le piegature della corteccia cerebrale hanno un nome ben preciso in anatomia: si chiamano circonvoluzioni.
Le circonvoluzioni sono separate da solchi ovvero scissioni (profonde invaginazioni della superficie). L’individuazione delle scissioni delle circonvoluzioni (ovvero delle ripiegature della corteccia cerebrale), permette di suddividere gli emisferi cerebrali in ulteriori lobi.
Scissure e circonvoluzioni si preservano, ovvero si mantengono, da individuo a individuo. E’ per questo motivo che danno importanti riferimenti anatomici nello studio del cervello di ogni specie, vengono definiti punti di revere.
I lobi cerebrali
Lo studio del sistema nervoso centrale umano prevede anche lo studio dei lobi cerebrali.
I lobi presenti a livello di ogni emisfero hanno gli stessi nomi delle ossa che formano la scatola cranica. Le scissure hanno lo stesso nome delle suture della scatola cranica. A livello di ogni emisfero centrale possiamo trovare:
- Il lobo frontale (è quello che guarda la parte anteriore del corpo)
- il lobo parietale (localizzato al centro della corteccia cerebrale)
- il lobo occipitale (guarda la parte posteriore del corpo umano)
- il lobo temporale ( localizzato lateralmente).
Tali lobi sono suddivisi da tre scissure:
- scissura centrale di Rolando, che divide il lobo frontale dal lobo parietale
- scissura laterale del Silvio, che separa il lobo temporale dal lobo frontale e parietale
- scissura parieto – occipitale, che divide il lobo parietale dal lobo occipitale
Esistono anche due lobi interni alla corteccia cerebrale e sono:
- lobo limbico (si trova sulla faccia mediale degli emisferi)
- lobo dell’insula (si trova sotto il corpo calloso)
Sezione trasversale del cervello
Entriamo dentro il cervello per vederne una sezione trasversale.
Osservando il cervello in sezione trasversale possiamo intuire una alternanza di colori. Questa alternanza non è un vezzo grafico, bensì una reale alternanza tra quelle che vengono definite materia grigia e materia bianca.
La materia grigia rappresenta la corteccia cerebrale, mentre la materia bianca si trova al di sotto della corteccia cerebrale.
La differenza tra materia grigia e materia bianca è data dai diversi composti che costituiscono le due sostanze.
La materia grigia
Pertanto, la sostanza o materia grigia è esterna ed è la materia che costituisce la corteccia cerebrale e i nuclei subcorticali.
La materia o sostanza grigia (ovvero la corteccia cerebrale) è formata da 6 strati di neuroni che si sovrappongono. I sei strati di neuroni sono fondamentalmente costituiti dai corpi cellulari dei neuroni.
La sostanza o materia bianca
La materia bianca, al di sotto della materia grigia, è costituita dalle fibre nervose che partono o che arrivano al cervello.
Mentre la sostanza grigia è composta dai corpi cellulari dei neuroni, la materia bianca è composta dagli assoni dei neuroni presenti nella materia grigia. Queste sono le fibre nervose che partono dal cervello e vanno verso la periferia del nostro corpo (fibre nervose efferenti del cervello).
Come ti ho accennato, le fibre nervose di cui è costituita la materia bianca non solo vanno verso la periferia del corpo, ma fanno anche il verso opposto. Il sistema nervoso centrale umano prevede anche fibre che arrivano dalla periferia del corpo e si dirigono verso il cervello. Questo secondo tipo di fibre, ovvero quelle che arrivano dalla periferia dell’organismo umano, sono le fibre legate agli assoni dei neuroni che hanno il corpo cellulare a livello del midollo spinale (fibre nervose afferenti).
L’acquedotti cerebrale e i ventricoli encefalici (ventricoli del cervello)
Un’altra struttura fondamentale del cervello è quella che viene denominata acquedotto cerebrale,
L’acquedotto cerebrale è costituito da 4 entità encefaliche che vengono nominati ventricoli cerebrali. I ventricoli cerebrali formano il liquido cerebrospinale.
I ventricoli sono cavità all’interno del quale si immagazzina il liquido cerebrospinale che poi verrà immesso in tutto il sistema nervoso centrale.
I ventricoli sono 4 e sono 2 per ogni emisfero cerebrale: due ventricoli sono nell’emisfero cerebrale destro e due ventricoli sono nell’emisfero cerebrale sinistro.
Esiste
- ventricoli laterale di destra
- ventricolo laterale di sinistra
Sono uniti a quello che viene considerato il setto interventricolare, a sua volta in comunicazione con il terzo ventricolo - ventricolo localizzato a livello del diencefalo, più internamente.
L’acquedotto cerebrale giunge fino al quarto ventricolo - ventricolo localizzato a livello del ponte e del midollo allungato, per poi proseguire grazie al canale principale lungo il midollo spinale.
A livello dei ventricoli viene prodotto il liquido cerebrospinale. Sono cellule epiteliali modificate a produrlo. Le cellule epiteliali modificate prendono il nome di cellule ependimali, producono il liquido cerebrospinale hanno terminazioni che entrano in contatto con le cellule gliali, tipo di cellule con funzione trofica (le abbiamo viste nella spiegazione delle componenti cellulari del sistema nervoso).
La principale funzione del liquido cerebrospinale è quella di consegnare al cervello le sostanze nutritive. Le principali sostanze nutritive che occorrono al cervello sono: glucosio, gas, sali. Queste sostanze permettono al cervello il corretto funzionamento del segnale elettrico dei neuroni.
Le cellule ependimali oltre a produrre il LCS ne controllano la composizione e sono in grado di modificarla se necessarie.
A livello dei ventricoli laterali esistono delle strutture conosciute con il nome di corna: corna anteriori localizzate nel lobo frontali, corna posteriori nel lobo occipitale, corna inferiori nel lobo temporale. Le corna sono porzioni anatomiche che mettono in comunicazione il ventricolo a livello dell’encefalo con i ventricoli laterali. Si tratta di protuberanze dei ventricoli laterali. Grazie a queste protuberanze i ventricoli laterali occupano tutta la porzione del ventricolo laterale.
Ulteriori strutture sottocorticali.
Le strutture sottocorticali vengono definite anche nuclei della base. I nuclei della base sono agglomerati di neuroni immersi all’interno della sostanza bianca.
Tra i nuclei della base abbiamo:
- Claustro, molto rappresentato negli uccelli, meno nei mammiferi. E’ importante perchè è qui che avviene l’elaborazione inconscia delle informazioni visive. Si tratta di tutte le informazioni visive che acquisiamo ed elaboriamo solo inconsciamente.
- Amigdala, è una porzione ancestrale. Per porzioni ancestrali si intendono le porzioni che si sono sviluppate, formate per prima nell’antichità.
E’ sede del sistema limbico, coinvolto nella regolazione di emozioni come aggressività e paura. - Corpo striato è una formazione rotondeggiante costituita da sostanza grigia (corpo cellulare dei neuroni) alternata a sostanza bianca (fibre nervose/assoni dei neuroni). All’interno del corpo striato vi sono tre zone: il nucleo Caudato, il Putanem, il globo Pallido formato esclusivamente da sostanza bianca.Ti ho segnalato le particolari funzioni dell’amigdala e del claustro, ma esistono anche funzioni generali che riguardano i nuclei della base.Tutti i nuclei della base sono coinvolti:
- nel controllo inconscio del tono della muscolatura scheletrica.
Si tratta di tutti i movimenti di contrazione e rilasciamento della muscolatura che facciamo in modo inconscio. Ne sono un esempio i muscoli del polso mentre scriviamo che, puoi notarlo subito provando a scrivere. si rilasciano e si stringono in modo inconscio. - Coordinamento degli schemi motori acquisiti.
Si riferisce al controllo del coordinamento degli schemi motori acquisiti.
Cosa è lo schema motorio acquisito? Si tratta di tutte le cose che impariamo una volta e non dimentichiamo più per il resto della nostra vita, ad esempio camminare, nuotare, andare in bicicletta. Sono schemi motori che un individuo quando li impara non li dimentica più e riesce a riprodurli, questo significa che in modo inconscio sappiamo quali movimenti dobbiamo fare e si definiscono schemi motori acquisiti. - elaborazione, integrazione e trasmissione delle informazioni che si propagano dalla corteccia cerebrale al talamo.
Studi su morbo di Parkinson e morbo di Alzheimer e correlazione con i nuclei di base
Svariati studi scientifici hanno messo in evidenza il fatto che i nuclei della base sono quelle parti del sistema nervoso centrale umano che subiscono i maggiori danno in caso di malattie neurodegenerative.
Nel morbo di Parkinson vengono danneggiati e poi muoiono i neuroni dopaminergici, che sono neuroni che hanno il controllo di tipo inibitorio sui movimenti scheletrici. Per tale motivo con il morbo di Parkinson, l’individuo, mette in atto tremori incontrollati.
Nel morbo di Alzheimer si ha la perdita dei neuroni corticali,
Perdita dei neuroni di tipo colinergico coinvolti nei processi cognitivi.
Le persone affette si dimenticano più facilmente le informazioni a breve termine, mentre ricordano le informazioni acquisite da tempo.
Numerosi studi in fase preclinica ed alcuni in fase clinica cercano di rallentare la perdita di neuroni. Purtroppo sono patologie che al momento che i sintomi sono visibili, la patologia è già in stato avanzato. Sono in corso studi di marker per poter controllare in fase preventiva la patologia.
C’è da considerare che generalmente la patologia non è mai causata da un unico fattore. Tali patologie potrebbero essere dovute a mutazioni genetiche, che potrebbero essere curate con terapie individuali geniche. Si tratta di terapie che devono conoscere la mutazione genetico dell’individuo, sono terapie che dovrebbero essere costruite ad personam.
Nel mondo si stanno studiando possibilità per cercare di rallentare i meccanismi nocivi comuni indotti da queste malattie (ne sono un esempio lo stress ossidativo, stati infiammatori) che vanno a peggiorare anche il quadro clinico di una patologia dettata da mutazione genetica.
Se la patologia venisse diagnosticata con marker predittivi, allo stadio iniziale la disintossicazione dai metalli pesanti (alluminio, piombo, nichel) che si accumulano nel nostro organismo, potrebbe rallentare la progressione della patologia.
Alcune caratteristiche si ripetono in tutte le malattie neurodegenerative: ad esempio l’accumulo del peptide betamiloide (SLA, Parkinson).
I lobi del Telencefalo
La corteccia cerebrale sia dell’emisfero destro che sinistra è suddivisa anche in base alla funzione che ogni zona della corteccia possiede. Viene suddivisa in aree cerebrali dette anche aree cerebrali di Brodmann. E’ una suddivisione funzionale, ovvero in base alla funzione della corteccia, vediamo alcuni esempi:
- corteccia che controlla il tatto
- corteccia che controlla la visione
Un area può essere sovrapposta ad altre aree, infatti non esiste una precisa suddivisione anatomica di queste zone corticali.
La decussazione
A livello del sistema nervoso centrale, ed in particolare a livello del telencefalo avviene la decussazione. Si tratta della capacità di fibre nervose di passare dall’emisfero destro all’emisfero sinistro.
L’emisfero cerebrale destro controlla tutto ciò che viene compiuto dalla parte sinistra del corpo, viceversa l’emisfero cerebrale sinistro controlla tutto ciò che viene fatto dalla parte destra del corpo.
Quando questa separazione non è così netta si hanno ad esempio individui con facoltà diverse dalla norma, ad esempio scrivere con due mani contemporaneamente. Tali individui riescono ad attivare contemporaneamente sia l’emisfero cerebrale destro che l’emisfero cerebrale sinistro.
Homunculus motorio e Homunculus sensoriale
L’homunculus è una schematizzazione ribaltata della sensibilità motoria o della sensibilità sensoriale. E’ una raffigurazione di quanta corteccia cerebrale utilizziamo per processare i dati relativi a recettori tattili.
I processi cognitivi coscienti e tutte le funzioni intellettive si originano negli emisferi cerebrali.
Noi riusciamo a compiere movimenti precisi e movimenti grossolani, percepiamo in modo minuzioso o grossolanamente a seconda del punto del nostro corpo. Riusciamo a compiere movimenti più precisi e percepiamo meglio le sensazioni in punti del corpo in cui sono posizionati più recettori tattili.
Noi percepiamo dal punto di vista sensoriale molto più finemente con mani, viso e labbra, rispetto a quello che riusciamo a percepire con il tronco. I recettori che sono presenti a livello della mano hanno campi recettoriali molto più piccoli.
Anatomia del diencefalo, parte del sistema nervoso centrale umano
L’encefalo è formato dal cervello e dal diencefalo.
Il diencefalo connette gli emisferi cerebrali al tronco encefalico. Prende origine dal prosencefalo, assieme al telencefalo costituisce il cervello e costituisce anche la parete del terzo ventricolo dell’acquedotto cerebrale.
Il diencefalo è una parte più interna rispetto la corteccia cerebrale,
Il diencefalo è suddiviso in:
- Epitalamo
Contiene l‘epifisi o ghiandola pineale, è la porzione che si occupa del controllo del ritmo circadiano e del ciclo del sonno.
L’epifisi è anche parte dell’apparto endocrino è, infatti, responsabile della produzione dell’ormone melatonina. - Talamo
E’ formato da 5 gruppi di nuclei (cellule nervose) che mettono in contatto, fungono da ponte, tra corteccia cerebrale periferia, midollo spinale e il tronco dell’encefalo. Le informazioni che provengono dal midollo spinale vengono consegnate al talamo. Il talamo riceve, controlla e rielabora, informazioni motorie e sensoriali e successivamente le invia alla corteccia cerebrale.
Una volta che i segnali sensoriali sono stati elaborati a livello della corteccia cerebrale tornano al talamo. Il talamo codifica i messaggi, li trasforma in comandi motori e poi li invia nuovamente alla periferia. - Ipotalamo
E’ la terza porzione del diencefalo. E’ la porzione del sistema nervoso che controlla l’attività dell’ipofisi. A livello dell’ipotalamo sono contenuti i centri della fame, della sete e parte del sistema limbico quindi il controllo delle emozioni. - Subtalamo
Ha un ruolo nel controllo dei movimenti e quindi della motilità
In breve il diencefalo costituisce la parete del terzo ventricolo cerebrale ed è formato da quattro porzioni (epitalamo, talamo, ipotalamo, subtalamo).
Il tronco dell’encefalo parte del sistema nervoso centrale umano
Il tronco dell’encefalo è la parte dell’encefalo che mette in comunicazione il cervello, e le strutture del diencefalo con il midollo spinale.
E’ composto da tre strutture
- Mesencefalo
Il mesencefalo, la prima parte del tronco dell’encefalo, origina dal mesencefalo stesso ed è localizzato tra il talamo (localizzato a livello del diencefalo) e il ponte. Fisicamente unisce la porzione del diencefalo con il ponte. Anatomicamente il mesencefalo viene suddiviso in tetto e tegumento. Il tetto è la porzione dorsale del mesencefalo, mentre il tegumento è la porzione ventrale del mesencefalo.– Il tetto viene a sua volta suddiviso in: collicolo inferiore e collicolo superiore.
Il collicolo inferiore riceve informazioni uditive dai nuclei del midollo allungato uditivo e proietta l’informazione al talamo. Vi sono i neuroni che prendono parte al sistema uditivo e proiettano i loro assoni verso il talamo.
Il collicolo superiore oltre ad impulsi uditivi riceve anche impulsi visivi e impulsi somatosensoriale. Integra gli impulsi visivi a quelli uditivi e a quelli somatosensoriale (ovvero impulsi tattili, dolorifico, termico).
Anche in questo caso gli assoni dei neuroni sono proiettati verso il talamo (a livello del talamo si riceve e rielabora l’informazione sensoriale).-Il tegumento (definito anche pavimento) è ancorato al ponte del Varolio. Il tegumento contiene tre fasci che prendono il nome di peduncoli cerebrali. Sono formati da assoni e sono delle strutture nervose che trasportano gli impulsi motori dalla corteccia cerebrale alle rispettive aree, inoltre ancorano il mesencefalo alle strutture che si trovano al di sotto.
- Ponte di Varolio
Anatomicamente si trova tra il mesencefalo e il midollo allungato.
Funzionalmente connette il cervelletto e il tronco dell’encefalo.
A livello del ponte transitano i fasci nervosi per il controllo sia motorio, sia viscerale (motilità di tipo involontaria), che somatico. - Midollo allungato è una zona importantissima per la regolazione delle funzioni autonome e dei sensi.
E’ l’ultima porzione del tronco dell’encefalo e di conseguenza dell’encefalo stesso.
A livello della superficie ventrale del midollo allungato sono contenute le piramidi bulbari contengono motoneuroni, arrivano dalla corteccia cerebrale e portano impulsi neurosomatici alla muscolatura di tipo scheletrico.
Sulla superfice laterale del midollo allungato è presente una particolare struttura definita oliva. L’oliva è un gruppo di neuroni connessi con il cervelletto e coinvolti nell’acquisizione di nuove abilità motorie che poi diventano schemi motori acquisiti (in cui sono coinvolti i nuclei subcorticali).A livello del midollo allungato sono presenti anche i centri delle funzioni autonome, in particolare i centri per la regolazione della frequenza cardiaca, della pressione sanguigna e della respirazione.
Si trovano anche il centro bulbare del volito, dei riflessi del singhiozzo e dello starnuto. Dal midollo allungato passano anche le vie sensitive, di gusto, udito ed equilibrio.
Il cervelletto
E’ localizzato al di sotto del cervello connesso al midollo allungato e direzionato in modo anteroposteriore. L’anatomia macroscopica del cervelletto ricorda quella del cervello. Anche la stratificazione del cervelletto ricorda quella del cervello. E’ costituito esternamente da sostanza grigia e internamente è costituito da sostanza bianca. Il cervelletto viene chiamato anche arbor vitae perchè in sezione trasversale la materia bianca ricorda l’albero della vita.
Il cervelletto è suddiviso in due emisferi definiti emisferi cerebellari. I due emisferi cerebellari sono tenuti assieme da una struttura centrale denominata verme.
Ogni emisfero cerebellare è formato da tre lobi:
- lobo flocculo-nodulare è la sede del controllo dell’equilibrio
- lobo anteriore e lobo posteriore si occupano del controllo inconscio dei muscoli scheletrici. (muscoli scheletrici che si muovono in modo volontario, ma inconsciamente perchè sono schemi motori acquisiti),
I tre lobi sono divisi da una scissura.
La corteccia o materia grigia è suddivisa in tre strati. Ogni strato assume il nome dalle cellule che lo caratterizzano:
- strato più interno e più vicino alla materia bianca che prende il nome di strato granulare. Al suo interno sono presenti le cellule granulari.
- lo strato intermedio è caratterizzato dalle cellule del Purkinje, hanno un corpo rotondeggiante con un unica estroflessione che fa partire i dendriti e un unico assone che porta il segnale elettrico. Tali cellule ricevono il segnale da fibre anche dal livello sottostante e mandano il loro assone nella sostanza bianca.
- strato molecolare formato da cellule stellate e cellule a canestro. Quest’ultime, le cellule a canestro, riescono a fare sinapsi con più cellule del Purkinje.
Al cervelletto arrivano informazioni di tipo sensoriale (ad esempio informazioni di tipo visivo, di tipo tattile), informazioni di tipo statico (equilibrio e vestibolo), suddivisi da una scissura. informazioni di tipo propriocettivo (senso della posizione).
Il cervelletto è fondamentale nella regolazione del tono muscolare, il tono che ci permette di contrastare la gravità, la pianificazione e coordinazione dei movimenti acquisiti, realizzazione dei processi cognitivi (apprendimento motorio, ricordo dei movimenti acquisiti e il linguaggio),