Fondamenti anatomo fisiologici dell'attività psichica (7/18): La struttura del sistema nervoso

Il sistema nervoso in tutti i mammiferi è costituito da 2 divisioni: il sistema nervoso centrale SNC e il sistema nervoso periferico SNP.

Riferimenti anatomici
Guardando il cervello dall'alto, la direzione che va da verso il naso (in avanti) è detta anteriore o rostale, la direzione opposta è detta posteriore o caudale.
Guardando il cervello lateralmente, la direzione che va in alto è detta dorsale, quella che va in basso è detta ventrale.
La maggior parte delle strutture del sistema nervoso si trovano a coppie, una nella parte destra ed una nella parte sinistra, inoltre, la linea che percorre la parte centrale del sistema nervoso è detta linea mediana, e le strutture più vicine ad essa sono dette mediali, quelle lontane sono dette laterali.
Due strutture che si trovano nello stesso lato sono dette ipsilaterali.
Se le strutture sono sui lati opposti rispetto alla linea mediana, sono dette controlaterali (es, i 2 occhi).
Per osservare la struttura interna del cervello solitamente occorre affettarlo, ed una fetta viene chiamata sezione.
Quando si seziona, il piano di sezione risultante dalla divisione del cervello nelle 2 metà uguali di destra e di sinistra è detto piano sagittale mediano, e le sezioni paralleli al piano sagittale mediano si trovano nel piano sagittale.
Il piano orizzontale è parallelo al suolo, mentre il piano coronale è perpendicolare al suolo e al piano sagittale.

Il sistema nervoso centrale

Il SNC è costituito dalla parte del sistema nervoso che è racchiusa nelle ossa: il cervello e il midollo spinale.
Il cervello si trova all'interno del cranio ed è divisio in 3 parti:

1. L'encefalo: la parte più rostale e più grande del cervello, è diviso a metà in 2 emisferi cerebrali, il destro riceve le sensazioni e controlla i movimenti del lato sinistro del corpo, il sinistro viceversa.
2. Il cervelletto: al di sotto dell'encefalo, contiene tanti neuroni , è il centro di controllo del movimento, ed in questo caso, l'emisfero cerebrare sinistro controlla il lato sinistro del corpo e il destro il destro.
3. Il tronco encefalico: è la parte restante del cervello ed è un complesso insieme di fibre e cellule che funzionano come stazioni di ritrasmissione per informazioni dall'encefalo al midollo spinale e viceversa, inoltre in esso vengono regolate funzioni importanti come la respirazione, la coscienza e il controllo della temperatura corporea, quindi una lesione al tronco encefalico porta alla morte.

Il midollo spinale è racchiuso nella spina dorsale ed è unito al tronco encefalico, ed è il principale mezzo di conduzione di informazioni dalla pelle, dalle giunture, dai muscoli al cervello e viceversa.
Una frattura al midollo spinale provoca anestesia della pelle e la paralisi dei muscoli (non è che non funzionano più, è che non si possono controllare) in parti del corpo caudali alla frattura stessa.
Il midollo spinale comunica con il corpo attraverso i nervi spinali che fanno parte del sistema nervoso periferico, e questi nervi si uniscono al midollo attraverso 2 branche, la radice dorsale e la radice ventrale.
Francois Magendie dimostrò che le radici dorsali contengono  gli assoni recanti informazioni al midollo spinale, mentre Charles Bell dimostrò che le radici ventrali contengono gli assoni che portano informazioni dal midollo spinale.

Il sistema nervoso periferico

Il SNP comprende tutte le parti del sistema nervoso escluso il cervello e il midollo spinale, e viene distinto in 2 parti:

1. SNP somatico: comprende tutti i nervi spinali che innervano la cute, le giunture e i muscoli volontari.
   Gli assoni di questo SNP raccolgono le informazioni e le portano al midollo spinale attraverso le radici dorsali, ed i corpi cellulari di questi neuroni si trovano fuori dal midollo in ammassi detti gangli delle radici dorsali, dei quali ne esiste uno per ogni nervo spinale.
2. SNP viscerale: detto anche sistema nervoso autonomo SNA, o involontario, è costituito da neuroni che innervano gli organi interni, i vasi sanguinui e le ghiandole.
   I loro assoni portano al SNC informazioni sulle funzioni viscerali, come la pressione arteriosa e la quantità di ossigeno nel sangue, inoltre controllano i muscoli cardiaci e la funzione di diverse ghiandole, e tutte le emozioni non controllabili.

Componenti e nozioni generiche

In anatomia, il termine afferente significa "che porta a", mentre il termine efferente significa "che porta da".

I nervi cranici
Esistono 12 paia di nervi cranici che nascono dal tronco dell'encefalo ed innervano il capo.
Alcuni nervi cranici fan parte del SNC, altri del SNP e molti di essi contengono una mescolanza di assoni che svolgono diverse funzioni.

Le meningi
Le meningi separano il SNC dalle ossa del cranio, avvolgendolo e proteggendolo con 3 membrane:

1. La dura madre: è il rivestimento più esterno e duro.
2. La membrana aracnoidea: è sotto la dura madre ed ha l'aspetto di una tela di ragno, e se i vasi sanguinei si rompono il sangue fluisce qui dentro rischiando di compromettere le funzioni cerebrali.
3. La pia madre: è una sottile membrana aderente alla superficie del cervello, ed è separata dall'aracnoidea da uno spazio contenente il liquido cerebrospinale (LCS).

Il sistema ventricolare
Le cavità ed i canali del cervello pieni di liquido costituiscono il sistema ventricolare.
Se il flusso del LCS fosse compromesso, il liquido tornerebbe indietro e causerebbe il rigonfiamento dei ventricoli causando l'idrocefalia, che nei neonati gonfia solo il cranio, negli adulti invece questa condizione è pericolosa perchè il cranio è rigido, e ciò può comportare emicranie e se non curata con una cannula drenante inserita nel ventricolo, può portare alla morte.

Le neuroimmagini
Una volta per studiare il cervello non c'era altro modo che sezionarlo, adesso è possibile studiarlo dal vivo grazie a 2 tecniche:

1. Tomografia computerizzata: una fonte di raggi X viene fatta ruotare attorno alla testa secondo il piano della sezione desiderata, e tramite dei sensori elettronici sensibil ialle radiazioni X si catturano le informazioni che vengono ricostruite digitalmente al computer, permettendo di osservare l'organizzazione delle sostanze bianca e grigia e la posizione dei ventricoli.
2. Risonanza magnetica: metodo che sta rimpiazzando la tomografia, che consente di ottenere una mappa del cervello molto più dettagliata grazie alle informazioni fornite dagli atomi di idrogeno di come rispondono alle perturbazioni di un campo magnetico (segnale radio).
   I segnali elettromagnetici emessi dagli atomi sono rilevati da dei sensori disposti attorno alla testa e la mappa del cervello viene generata dal computer.

Queste 2 tecniche però, non mostrano i cambiamenti del cervello che sono di natura chimica o elettrica, e per far ciò sono state inventate 2 nuove tecniche:
La tomografia a emissione di positroni (PET) e risonanza magnetica funzionale (fMRI).
Entrambe rilevano le modificazioni del flusso ematico regionale e del metabolismo cerebrale, questo perchè i neuroni che sono attivi hanno bisogno di più glucosio e più ossigeno e i vasi cerebrali rispondono all'attività neuronale facendo affluire una maggior quantità di sangue, quindi registrando i cambiamenti del flusso ematico vengono rilevate le regioni del cervello che sono più attive in circostanze diverse.
La PET funziona con onde radiottive che grazie a dei sensori permettono di rilevare le posizioni degli atomi che emettono positroni, e questo permette di misurare l'attività metabolica del cervello e di calcolare i livelli di attività di popolazioni diverse di neuroni.
La PET però non scende molto nel dettaglio ed è molto lunga in minuti di pericolose esposizioni a radiazioni.
La fRMI invece è più funzionale, misurando il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina e tramite un metodo di sottrazione delle immagini risultanti dalla scansione, si rilevano i cambiamenti e quindi l'attivazione o lo spegnimento di specifiche aree, in modo veloce e non invasivo.

Gruppi di neuroni

Sostanza grigia	Insieme di neuroni del SNC che appaiono grigi dopo il sezionamento
Corteccia	Insieme di neuroni che formano un sottile strato sulla superficie cerebrale
Nucleo	Ammasso di neuroni presente di solito nelle profondità del cervello
Substantia	Gruppo di neuroni correlati nelle profondità del cervello, con bordi meno distinti di quelli del nucleo
Locus	Gruppo di cellule piccolo e ben definito
Ganglio	Insieme di neuroni del SNP

Insieme di assoni

Nervo	Fascio di assoni del SNP
Sostanza bianca	Insieme di assoni del SNC, che appaiono bianchi dopo il sezionamento
Tratto	Insieme di assoni del SNC aventi in comune il sito d'origine e la destinazione
Fascio	Insieme di assoni che decorrono insieme
Capsula	Insieme di assoni che mettono in comunicazione l'encefalo con il tronco encefalico
Commessura	assoni che mettono in comunicazione un lato del cervello con l'altro
Lemnisco	Tratto che serpeggia lungo il cervello come un nastro

La comprensione della struttura del SNC attraverso lo sviluppo

L'intero SNC deriva dalle pareti del tubo pieno di liquido che si forma in uno stadio precoce dello sviluppo embrionale, tubo che si trasforma poi nel sistema ventricolare dell'adulto.

La formazione del tubo neurale
L'embrione inizialmente è un disco piatto con 3 strati cellulari: endoderma, mesoderma ed ectoderma.
L'endoderma dà origine al rivestimento di molti organi interni, il mesoderma le ossa dello scheletro e i muscoli, l'ectoderma il sistema nervoso e la cute.
Dallo stadio piatto, il cervello in sviluppo passa alla formazione di un canale nella placca neurale detto doccia neurale, le cui pareti sono denominate pieghe neurali.
Queste pieghe si muovono fondendosi dorsalmente e formando il tubo neurale, dalle cui pareti si sviluppa tutto il SNC.
Quando le pieghe neurali si uniscono una parte di ectoderma neurale viene spinto fuori e va a posizionarsi a fianco del tubo neurale, formando la cresta neurale, dalla quale derivano tutti i neuroni del SNC.
Il mesoderma forma delle protuberanze su entrambi i lati del tubo neurale, detti somiti, dai quali si sviluppano le 33 vertebre della colonna vertebrale ed i relativi muscoli scheletrici, i cui nervi sono detti nervi motori somatici.
Il processo con cui la placca neurale si trasforma in tubo neurale è detto neurulazione, e se fallisce la chiusura del tubo neurale anteriore si determina la condizione di anencefalia che se degenera il cranio e il proencefalo risulta fatale, mentre se non si chiude quello posteriore avviene la spina bifida, che nei casi più gravi non fa formare il midollo spinale, mentre in altri casi porta difetti alle meningi e al midollo spinale posteriore (formando una specie di coda che esce dal corpo).
Per ridurre il rischio di questi difetti la madre incinta può mangiare alcune verdure contenenti l'acido folico.

Le 3 vescicole cerebrali primitive
La differenziazione è il processo con il quale durante lo sviluppo le strutture diventano più elaborate e specializzate.
Tutto il cervello deriva dalle 3 vescicole primitive formatesi nel tubo neurale.
La vescicola più rostale è il proencefalo, sotto si trova il mesencefalo e caudalmente rispetto a questa si trova il rombencefalo.

1. Proencefalo
   Da esso nascono le vescicole secondarie che sono le 2 vescicole ottiche e le 2 vescicole telencefaliche, e al centro c'è il diencefalo.
   Dalle vescicole ottiche si formano le retine e i nervi ottici.
   Le vescicole telencefaliche forma il telencefalo, il quale si sviluppa formando il bulbo olfattivo e la sostanza bianca.
   Gli spazi pieni di liquidi che si trovano negli emisferi cerebrali sono detti ventricoli laterali, mentre lo spazio al centro del diencefalo è detto terzo ventricolo.
   Nel telencefalo si formano 2 tipi di sostanze grigie, la corteccia cerebrale e il telencefalo basale.
   Il diencefalo si differenzia invece in 2 strutture: talamo e ipotalamo.
   Gli assoni del proencefalo si estendono per formare i 3 sistemi principali di sostanza bianca: sostanza bianca corticale, corpo calloso, capsula interna.
   Il proencefalo è la sede della percezione, della coscienza, del pensiero e dell'azione volontaria.
   Ciascuna delle vie sensoriali fa tappa nel talamo prima di giungere nella corteccia.
   In generale con il termine basale si indicano quelle strutture che si trovano in profondità nel cervello, ad esempio i gangli della base si trovano in profondità dell'encefalo e una loro lesione compromette la capacità di iniziare un movimento volontario.
   L'ipotalamo invece controlla il sistema nervoso viscerale (autonomo) implicato nelle risposte ai bisogni dell'organismo (ad esempio serve per decidere se attaccare o fuggire in caso di pericolo).
2. Mesencefalo
   La superficie dorsale durante lo sviluppo si trasforma nel tetto, diviso in collicoli superiori (controllo dei movimenti oculari) e collicoli inferiori (ricezione informazioni dalle orecchie), mentre il pavimento è costituito dal tegmento, una delle regioni del cervello più colorate.
   Lo spazio pieno di liquido che passa nel mezzo del mesencefalo si restringe formando un canale detto acquedotto cerebrale.
   Il mesencefalo ritrasmette le informazioni che viaggiano dal midollo spinale al proencefalo e viceversa, e contiene neuroni implicati nei sistemi sensoriali, nel controllo motorio e responsabili di altre funzioni, contiene inoltre gli assoni della corteccia cerebrale.
3. Rombencefalo
   Si divide in 3 strutture: cervelletto, ponte, midollo allungato o bulbo.
   Il canale pieno di liquido diventa il quarto ventricolo.
   Il rombencefalo è un importante punto di passaggio delle informazioni che vanno dal proencefalo al midollo spinale e viceversa, e i suoi neuroni contribuiscono all'elaborazione delle informazioni sensoriali, al controllo del movimento volontario e alla regolazione del sistema nervoso autonomo.
   Il cervelletto è importante per il controllo del movimento e le afferenze provenienti dal midollo forniscono informazioni sulla localizzazione del corpo nello spazio, le afferenze provenienti dal ponte invece portano informazioni provenienti dalla corteccia specificando i bersagli del movimento volontario, e il ponte funziona quindi come un grande pannello di controllo che connette la corteccia con il cervelletto.
   Un incrocio di assoni da un lato ad un altro è chiamato decussazione, e questo incrocio nel bulbo spiega il perchè la corteccia di un lato del cervello controlli i movimenti del lato opposto del corpo.
   Il bulbo contiene neuroni per numerose e differenti funzioni sensoriali e motorie, come l'udito o le cellule che controllano i muscoli della lingua.

Il midollo spinale
Durante lo sviluppo, il lume del tubo neurale si riduce per dare origine allo stretto canale spinale.
Il midollo spinale se sezionato ha l'aspetto di una farfalla, dove la parte superiori delle ali è denominata cono dorsale, la parte inferiore cono ventrale, la sostanza grigia che si trova tra i coni ventrale e dorsale è detta zona intermedia, mentre tutto il resto è costituito dalla sostanza bianca.
I fasci d'assoni che scorrono lungo la superficie dorsale sono detti colonne dorsali, mentre quelli disposti laterarlmente alla sostanza grigia sono detti colonne laterali, e quelli disposti sulla superficie ventrale sono detti colonne ventrali.
Le cellule del cono dorsale ricevono le afferenze sensoriali dalle fibre delle radici dorsali, quelle del cono ventrale proiettano i loro assoni verso le radici ventrali che innervano i muscoli, e quelle della zona intermedia producono risposte motorie ad input sensoriali e ai comandi provenienti dal cervello.
Le grosse colonne dorsali contengono assoni che trasportano le informazioni del tatto attraverso il midollo verso il cevello, e tutto il midollo è come una superstrada.
Gli assoni delle colonne laterali trasmettono informazioni sul controllo del movimento volontario.
Il midollo spinale è il principale mezzo di conduzione di informazioni dalla cute, dalle giunture e dai muscoli del cervello, e viceversa.
I neuroni della sostanza grigia spinale iniziano l'analisi delle informazioni sensoriali, svologno un ruolo importante nelle coordinazione dei movimenti e regolano i riflessi semplici.

Caratteristiche del SNC umano
I canali sulla superficie dell'encefalo sono detti solchi, mentre le protuberanze sono chiamate circonvoluzioni (o giri), queste 2 parti sono il risultato dell'espansione della superficie delle corteccia durante lo sviluppo.
La corteccia umana adulta misura circa 1100 cm² si ripiega più volte su se stessa per poter esser contenuta nel cranio, ed essa è la sede del pensiero e del ragionamento.
Il cervello umano è diviso in: lobo temporale, lobo frontale, lobo parietale, lobo occipitale.
Il solco centrale divide il lobo parietale da quello frontale.

Il sistema ventricolare del cervello

Ventricoli laterali	Corteccia cerebrale Telencefalo basale
Terzo ventricolo	Talamo Ipotalamo
Acquedotto cerebrale	Tetto Tegmento del mesencefalo
Quarto ventricolo	Cervelletto Ponte Bulbo

La corteccia cerebrale

I sistemi cerebrali responsabili delle sensazioni, delle percezioni, del movimento volontario, dell'apprendimento, del linguaggio e del pensiero convergono tutti nella corteccia cerebrale.
I corpi cellulari dei neuroni corticali sono sempre organizzati in strati o foglietti che di solito sono paralleli alla superficie del cervello.
Lo strato dei neuroni più vicino alla superficie è separato dalla pia madre da una zona priva di neuroni denominata I strato, inoltre, almeno uno strato di cellule contiene i dendriti apicali.
L'ippocampo è la parte di corteccia ripiegata su se stessa che si trova medialmente al ventricolo laterale, e connesso all'ippocampo si trova la corteccia olfattiva, separata dal solco rinale dalla neocorteccia che è presente solo nei mammiferi.
Il talamo rappresenta l'ingresso alla neocorteccia, la quale è importante per i processi della visione, dell'udito, della sensibilità somatica e del controllo del movimento volontario.
Il famoso neuroanatomista tedesco Korbinian Brodmann costrui una mappa citoarchitettonica della neocorteccia, suddividendola in aree ed intuendo che le aree corticali con aspetto differente hanno funzioni differenti.
Siccome il cervello è un tessuto molle non esiste alcun fossile che possa aiutare a comprendere come esso si sia evoluto nel tempo, tuttavia è possibile ricavare molte informazioni confrontando le cortecce di diverse specie viventi, e grazie a questo metodo si è concluso che durante l'evoluzione è cambiata la quantità di corteccia ma non la sua struttura di base.
La neocorteccia primordiale consisteva in 3 tipi: aree sensoriali primarie, secondarie (interconnesse con le primarie) e aree motorie (responsabili del movimento volontario).
I lobi frontale e temporale sono le aree associative della corteccia.
Inoltre, la comparsa della mente, intesa come la nostra capacità di interpretare desideri, intenzioni e credenze, è correlata con l'espansione della corteccia frontale.

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