ASPETTANDO LE

L’ALFABETO DEI NEURONIPiero Paolo Battaglini

Centro BRAIN Dipartimento di Scienze della Vita Università di Trieste

L ALFABETO DEI NEURONI

Università di TriesteCentro BRAINBasic Research And

Dipartimento di Scienze della Vita

Centro BRAIN, Dipartimento di Scienze della Vita, Università di Trieste

Università di Trieste Integrative NeuroscienceScienze della Vita

COMUNICARECOMUNICARE

INTERAGIRELa funzione dei sistemi sensitiviLa funzione dei sistemi sensitivi è di generare una immagine

dello spazio o del proprio corpo.

SENSAZIONI MOVIMENTI

La funzione dei sistemi t i è di

SENSAZIONI MOVIMENTI

motori è di generare una immagine del movimento che si intende compiere.

La funzione di ogni sistema sensitivo è quella di fornire al sistema nervoso centrale una rappresentazione del mondo esterno

Rappresentazione medioevale della concezione cardiocentrica di Aristotele

Tatto

Udito

Olfatto

Gusto

Vista

Equilibrio

Propriocezione

Temperatura

D lDolore

TATTO

Genesi del potenziale di riposo: la membrana cellulare

Genesi del potenziale di riposo: la membrana cellulare

Genesi del potenziale di riposo: le diverse concentrazioni, le pompe e i canali ionici

ione conc. Est. conc. Int. Est/Int Eion

K+ 5 mM 100 mM 1:20 -80 mV

Na+ 150 mM 15 mM 10:1 62 mV

Ca2+ 2 mM 0,0002

mM10.000:

1123 mVmM 1 mV

Cl- 150 mM 13 mM 11,5:1 -65 mV

Trasduzione sensoriale

QuickTime™ e undecompressore

sono necessari per visualizzare quest'immagine.

Assone gigante di calamaro

amplificatoreSistema di

visualizzazioneG t di t

interruttore

1: l’elettrodo di registrazione è appoggiato sulla membrana dell’assone

Elettrodo di registrazione

eGeneratore di corrente

Elettrodo di riferimento (massa)Elettrodo di stimolazione

Elettrodo di riferimento (massa)

ASSONE

mV +20

0

-20

-40

-60

-80

msec

amplificatoreSistema di

visualizzazioneG t di t

interruttore

2: l’elettrodo di registrazione viene introdotto nell’assone

Elettrodo di registrazione

eGeneratore di corrente

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Elettrodo di riferimento (massa)Elettrodo di stimolazione

Elettrodo di riferimento (massa)

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -ASSONE

mV +20

0

POTENZIALE DI RIPOSO

-20

-40POTENZIALE DI RIPOSO

-60

-80

msec

amplificatoreSistema di

visualizzazioneG t di t

interruttore

3: vengono somministrate cariche positive: i potenziali elettrotonici

Elettrodo di registrazione

eGeneratore di corrente

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Elettrodo di riferimento (massa)Elettrodo di stimolazione

Elettrodo di riferimento (massa)

+ + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -ASSONE

mV +20

0

POTENZIALE DI RIPOSO

-20

-40POTENZIALE DI RIPOSO

POTENZIALE ELETTROTONICO

-60

-80

msec

amplificatoreSistema di

visualizzazioneG t di t

interruttore

4: vengono somministrate cariche negative: il potenziale d’azione

Elettrodo di registrazione

eGeneratore di corrente

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Elettrodo di riferimento (massa)Elettrodo di stimolazione

Elettrodo di riferimento (massa)

- - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -ASSONE

mVPOTENZIALE D’AZIONE

+20

0

POTENZIALE DI RIPOSO

-20

-40POTENZIALE DI RIPOSO

POTENZIALE ELETTROTONICO

-60

-80

msec

Genesi del potenziale d’azione

Depolarizzazione

Ciclo di Hodgkin

Apertura dei canali per il

Ingresso di Na+

Ciclo di Hodgkin

canali per il Na+

Amplificazione Visualizzazioneinterruttore

5: si inserisce un secondo elettrodo di registrazione: propagazione dei potenziali

Elettrodi di registrazione

pGeneratore di corrente

interruttore

g

Elettrodo di stimolazioneElettrodo di

riferimento (massa)- - - -

A B

ASSONE

mVPOTENZIALE D’AZIONE

A B+20

0

-20

-40POTENZIALE DI RIPOSO

POTENZIALE ELETTROTONICO

-60

-80

msec

POTENZIALE ELETTROTONICO

Movimenti ionici nella propagazione del potenziale d’azione

+ + + + + + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - - - - -

A B

+ + + + + + + + + + + - - - + + + - - - + + + + + + + + + + + + ++ + +

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - + + + - - - + + + - - - - - - - - - - - -- - -

B1A1

mV

A B1

+20

0

+20

0

BA1

-20

-40

-20

-40

BA1-60

-80

-60

-80

msec

Codifica della durata e della intensità dello stimolo

Adattamento dei recettori

QuickTime™ e undecompressore Cinepakdeco p esso e C epa

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Campi recettivi

Campo recettivo del neurone sensitivo primario Neurone sensitivo primarioCampo recettivo del neurone sensitivo primario Neurone sensitivo primario

Campo recettivo del neurone sensitivo secondarioNeurone sensitivo secondario

p

Acuità sensoriale 1

Acuità sensoriale 2

Vie lemniscale e spino-talamica

Plasticità corticale

Plasticità: crescita di nuove sinapsi (formazione di nuove connessioni)

Immagini, al microscopio a fluorescenza, di un particolare di dendrite apicale di un neuroned ll’i i d ti l i i titi di fib ff t D ti l i

Modificata da: Song-Hai Shi et al., Science Jun 11 1999: 1811-1816

dell’ippocampo, prima e dopo stimolazione ripetitiva di una fibra afferente. Dopo stimolazioneripetitiva si evidenzia la gemmazione di una nuova spina dendritica, la parte post-sinaptica dellasinapsi

LTP: potenziamento a lungo termine

Viene rilasciato glutammato, che si lega ai tt i

1recettori

L’ingresso di Na+ attraverso il recettore AMPA depolarizza la cellula post-sinaptica

2+

2

6 La depolarizzazione allontana gli ioni Mg2+

dal recettore NMDA e ne apre il canale

Il Ca2+ entra nel citoplasma4

316

La cellula diventa più sensibile al glutammato

Sostanze paracrine rilasciate dalla cellula postsinaptica aumentano il rilascio di

5

63

postsinaptica aumentano il rilascio di glutammato da parte della cellula presinaptica

2 4

5AMPA: -amino-3-idrossi-5-metil-4-isossazolo-propionic acid

NMDA: N-metil-D-aspartic acid

5

Destino dei neuroni con l’età

InvecchiamentoInvecchiamento

InattivitàInattività

EsercizioEsercizio

L’attività mantiene i neuroni in buona salute

esercizioesercizio

Allenamento

Dopo la nascita, il numero di neuroni rimane quasi costante ma i loro

CORTECCIA CEREBRALE

rimane quasi costante, ma i loro prolungamenti e le loro connessioni aumentano enormemente.

Aumenta anche il numero di cellule non nervose, che diventeranno 10 volte più numerose dei neuronivolte più numerose dei neuroni

Nascita 3 mesi 2 anni

Alla nascita, la quantità di esperienze aumenta drammaticamente. Alcune reti sinaptiche sitti iù di i di t iù f ti d d i i i i i i iùattivano più di prima e diventano più forti, dando origine a connessioni sempre maggiori e più

complesse. All’età di 3 anni, ogni neurone ha circa 10.000 sinapsi; quelle poco o non attive,verranno eventualmente eliminate.

Successivamente, parti diverse del cervello maturano in tempi diversi, a secondo di fattori endogeni e per le necessità imposte dal mondo esterno

L il iù b t3-6 anni

Lo sviluppo, non più basato sull’aumento del numero dei neuroni, ma sulla mielinizzazione ed entità delle connessioni (numero dientità delle connessioni (numero di sinapsi), continua nell’infanzia

Aree di rapida mielinizzazione

I lobi frontali vanno incontro ad una rapida mielinizzazione, grazie alla quale ineuroni vengono isolati elettricamente gli uni dagli altri Ciò ne migliora laneuroni vengono isolati elettricamente gli uni dagli altri. Ciò ne migliora lacomunicazione, aiutando il bambino a sviluppare, fra l’altro, le proprie capacitàattentive e quelle motorie

Aree in maturazione Aree in rapido cambiamentoLobi frontali

Lo sviluppo continua nell’adolescenza, e ancora dopo

Aree in maturazioneLobo parietale

Lobo temporale

Lobi frontali

7-15 anni16-20 anniQuando il cervello entra

nell’adolescenza, sottostà aduna nuova spinta maturativa,

Nei lobi frontali si hanno continuicambiamenti che sono alla base di nuovi

con possibili effetti, fra l’altro,sulle attitudini linguistiche ematematiche

cambiamenti, che sono alla base di nuovimodi di pensare, di comportarsi e diguardare alla vita in generale

Dendrite del neurone post sinapticoDendrite del neurone post-sinaptico

Terminali assonici dei neuroni pre-sinaptici

D d itDendrite

Processi delleProcessi delle cellule glialiAssone

ASPETTANDO LE

L’ALFABETO DEI NEURONIPiero Paolo Battaglini

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Dipartimento di Scienze della Vita

Centro BRAIN, Dipartimento di Scienze della Vita, Università di Trieste

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