Il sistema nervoso

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IL SISTEMA NERVOSO
Insieme degli elementi di un organismo animale deputati alla ricezione degli stimoli, alla trasmissione degli impulsi nervosi e all’induzione della contrazione muscolare.
Anatomia e funzione
La ricezione degli stimoli è affidata a speciali cellule sensoriali, mentre gli elementi di conduzione del sistema nervoso sono i neuroni. La risposta specifica del neurone, cioè l’impulso nervoso, e la sua capacità di ricevere gli stimoli lo rendono un’unità di ricezione e trasmissione in grado di trasferire le informazioni da una parte all’altra del corpo.
La cellula nervosa
Ogni cellula nervosa è formata da una porzione centrale contenente il nucleo, il corpo cellulare, e da più strutture chiamate assoni e dendriti. I dendriti sono prolungamenti abbastanza brevi del corpo cellulare, coinvolti nella ricezione degli stimoli, mentre l’assone è solitamente un unico prolungamento allungato, particolarmente importante per la trasmissione di impulsi nervosi ad altre cellule.
Sistemi semplici
Benché tutti gli animali pluricellulari possiedano una forma di sistema nervoso, la sua organizzazione ha, tuttavia, una complessità molto differente nei diversi tipi di animali. In organismi semplici come le meduse, le cellule nervose formano un reticolo in grado di mediare solo una risposta relativamente stereotipata. Negli animali più complessi, come i molluschi, gli insetti e i ragni, il sistema nervoso raggiunge una complessità maggiore, con i corpi cellulari dei neuroni organizzati in grappoli chiamati gangli e collegati tra loro in una sorta di catena. Queste catene sono presenti in tutti i vertebrati e rappresentano una parte specializzata del sistema nervoso, deputata alla regolazione delle attività del cuore, delle ghiandole e dei muscoli involontari.
Sistemi dei vertebrati
I vertebrati sono dotati di una colonna vertebrale ossea e di un cranio in cui è alloggiata la parte centrale del sistema nervoso, mentre la parte periferica si estende per tutto il resto del corpo. La parte del sistema nervoso situata nel cranio è il cervello, mentre quella presente nella colonna vertebrale è il midollo spinale. Il cervello e il midollo spinale non presentano soluzioni di continuità grazie a un foro posto alla base del cranio e sono, inoltre, a contatto con altre parti del corpo per mezzo dei nervi. La distinzione tra sistema nervoso centrale e periferico si basa sulle diverse sedi di due parti intimamente collegate dello stesso sistema. Alcuni prolungamenti dei corpi cellulari conducono le percezioni sensoriali mentre altre conducono le risposte muscolari, i riflessi come quelli provocati dal dolore.
Nella pelle si trovano cellule di diverso tipo (recettori), ciascuna specializzata per recepire un particolare tipo di stimoli. Le terminazioni nervose sensibili al dolore sono libere e quando vengono attivate inviano impulsi alle placche neuromuscolari del sistema nervoso centrale. I prolungamenti di queste cellule portano gli impulsi alle terminazioni motorie all’interno dei muscoli che provocano la contrazione muscolare e il movimento conseguente. Il percorso compiuto dall’impulso nervoso per effettuare questa semplice risposta assume la forma di un arco, costituito da una coppia di neuroni che origina e termina in periferia. Molte azioni del sistema nervoso possono essere spiegate sulla base di questi archi riflessi, che sono catene di cellule nervose collegate tra loro, stimolate a un’estremità e in grado di provocare il movimento o la secrezione ghiandolare all’altra estremità.
La rete nervosa
I nervi cranici entrano ed escono dal cervello passando attraverso fori del cranio, mentre i nervi spinali raggiungono il midollo spinale attraverso fori della colonna vertebrale. Sia i nervi cranici che quelli spinali sono formati da un gran numero di prolungamenti che convogliano gli impulsi al sistema nervoso centrale e portano i messaggi verso la periferia; i primi si chiamano afferenti, i secondi efferenti. Gli impulsi afferenti sono chiamati sensoriali, quelli efferenti, motori somatici o viscerali, a seconda della parte del corpo che raggiungono. La maggior parte dei nervi è di tipo misto, formata sia da elementi sensoriali che motori.
I nervi cranici e spinali sono simmetrici e nell’uomo sono rispettivamente 12 e 31 paia. I primi sono tutti distribuiti nelle regioni della testa e del collo, a eccezione del decimo nervo cranico o nervo vago, distribuito anche nel torace e nell’addome. La vista, il gusto e la sensazione uditiva e vestibolare sono mediati, rispettivamente, dal secondo, dal settimo e dall’ottavo nervo cranico. I nervi cranici mediano, inoltre, le funzioni motorie della testa, degli occhi, del viso, della lingua e della laringe, oltre a quelle dei muscoli coinvolti nella masticazione e nella deglutizione. All’uscita dai fori vertebrali, i nervi spinali sono distribuiti a fascia alle varie regioni del tronco e degli arti. Dotati di ampie interconnessioni, essi formano il plesso brachiale che decorre verso gli arti superiori, e il plesso lombare che passa a quelli inferiori.
Sistema nervoso autonomo
Il sistema nervoso autonomo è la porzione del sistema nervoso che controlla le attività viscerali indipendentemente dalla volontà: regola l’azione delle ghiandole, il funzionamento degli apparati respiratorio, circolatorio, digestivo e urogenitale, e i muscoli involontari di questi apparati e della pelle.
È formato da due sezioni con azioni antagoniste. La sezione simpatica (toracico-lombare) stimola il cuore, fa dilatare i bronchi e contrarre le arterie e inibisce l’apparato digerente, preparando l’organismo all’azione fisica. La sezione parasimpatica (craniosacrale) esercita, invece, effetti opposti, preparando l’organismo all’alimentazione, alla digestione e al riposo. La sezione simpatica è formata da fibre che emergono dalla porzione intermedia del midollo spinale, formando una catena di gangli (gruppi di cellule nervose), collegati tra loro e posti sui due lati della colonna vertebrale. Questi gangli inviano fibre nervose a vari gangli più grossi, come il ganglio celiaco, i quali, a loro volta, danno origine ai nervi che raggiungono gli organi interni. Le fibre del sistema parasimpatico hanno, invece, origine dal cervello e dalla parte inferiore del midollo spinale. Insieme ai nervi cranici (soprattutto il nervo vago e i nervi accessori) passano ai gangli e ai plessi (reti di nervi) posti all’interno dei diversi organi. Le fibre che hanno origine dal segmento inferiore del midollo spinale raggiungono il ganglio pelvico, che dà origine ai nervi diretti a organi come il retto, la vescica e i genitali.
Cervello Organo che presiede alla coscienza, al pensiero, alla memoria e al controllo complessivo del corpo. Il cervello umano è una struttura relativamente piccola, del peso di circa 1,4 kg, corrispondente approssimativamente al 2% del peso corporeo totale. È racchiuso in un involucro protettivo costituito dal cranio o scatola cranica. Anche se il cervello rappresenta solo una percentuale ridotta del peso totale del corpo, ciononostante svolge una funzione fondamentale per la sopravvivenza dell'organismo, in quanto tutte le informazioni provenienti dal mondo esterno e dal resto del corpo convergono in questa sede, dove vengono elaborate.
Il cervello controlla le nostre attività motorie, cioè tutto ciò che coinvolge il movimento: camminare, correre, lavarsi i denti, praticare sport, suonare strumenti musicali ecc. Inoltre regola le nostre funzioni autonome, come il battito cardiaco, la respirazione e la pressione sanguigna. Tutti gli stimoli provenienti dagli organi di senso (gli occhi, le orecchie, il naso, i recettori del gusto presenti sulla lingua e quelli tattili della pelle) vengono inviati al cervello, dove vengono elaborati, interpretati e utilizzati per produrre le risposte più opportune. Il cervello controlla anche il sistema endocrino, che media molti processi fisiologici, tra cui il nostro comportamento riproduttivo, le attività metaboliche e la velocità di crescita. Funzioni complesse come l'attenzione, la coscienza, il sonno, la memoria, l'immaginazione, il pensiero e l'abilità creativa sono tutte controllate dal cervello, anche se i meccanismi attraverso cui ciò avviene non sono ancora del tutto noti. In quanto esseri umani, non ci limitiamo a reagire automaticamente agli eventi che si verificano nell'ambiente e il cervello ci permette di avere una flessibilità sufficiente a modificare il nostro comportamento in base alle circostanze e all'esperienza.
Per potere svolgere in modo adeguato tutte le sue numerose e diverse funzioni, il cervello deve avere un'eccezionale capacità di elaborazione delle informazioni che riceve. Questa capacità è dovuta alla presenza di un'enorme quantità di fibre nervose, collegate tra loro in una rete; le unità di base di questa rete sono i circa 100 miliardi di cellule nervose, chiamate neuroni, che nel loro insieme permettono al cervello di compiere le sue numerose e complesse funzioni. Esistono molti tipi diversi di neuroni, definiti in base alla forma, al tipo di connessioni, all'architettura cellulare e alla composizione biochimica. Il cervello, che è formato da due metà simmetriche, chiamate emisferi cerebrali, può essere suddiviso in tre parti principali: il proencefalo, il mesencefalo e il metencefalo. Contiene, inoltre, quattro cavità: i due ventricoli laterali, il terzo ventricolo e il quarto ventricolo.
Proencefalo
Il proencefalo è formato dagli emisferi della corteccia cerebrale, dai gangli della base e dal sistema limbico. La corteccia cerebrale è una struttura cellulare molto convoluta, di circa 3 mm di spessore, posta in superficie e disposta in modo da formare pieghe (circonvoluzioni), separate da piccoli o grandi solchi (scissure). Rispetto a una superficie liscia della stessa estensione, grazie a questa disposizione l'area della corteccia aumenta notevolmente, raggiungendo circa 2360 cm2. La corteccia cerebrale, che riveste gli emisferi cerebrali, è formata soprattutto da cellule. Osservata in sezione al microscopio, appare di colore marrone grigiastro e viene quindi chiamata sostanza grigia. Sotto la corteccia decorrono milioni di assoni, lunghi filamenti che si estendono dal corpo cellulare dei neuroni della corteccia, collegandoli a quelli situati in altre aree cerebrali. Questi assoni sono rivestiti da mielina, una sostanza bianca e grassa che conferisce un aspetto biancastro all'area, chiamata pertanto sostanza bianca.
Gli emisferi cerebrali sono suddivisi in quattro lobi, che hanno il nome delle ossa del cranio che li ricoprono (lobo frontale, lobo parietale, lobo temporale e lobo occipitale) e che sono visibili sulla superficie del cervello. La scissura centrale o di Rolando (un ampio solco della corteccia cerebrale) divide il lobo frontale da quello parietale, mentre la scissura laterale o di Silvio divide il lobo temporale dai sovrastanti lobi frontale e parietale. Queste zone vengono chiamate neopallio ("nuovo mantello") poiché sono comparse in un periodo relativamente recente dell'evoluzione.
Il sistema limbico, comprendente la corteccia limbica, si trova nella parte inferiore degli emisferi cerebrali ed è formato da un gruppo di strutture collegate tra loro. I gangli della base sono un gruppo di nuclei di sostanza grigia sottocorticale, disposti lateralmente alle parti anteriori dei ventricoli laterali, in profondità negli emisferi cerebrali. Il proencefalo, oltre agli emisferi cerebrali, comprende anche il talamo e l'ipotalamo, che insieme formano il diencefalo. Il talamo è una grossa struttura ovoidale costituita da nuclei di sostanza grigia e da lamine di sostanza bianca, collegata a quella controlaterale da un ponte di sostanza grigia che attraversa il terzo ventricolo. L'ipotalamo è una struttura relativamente piccola, posta sotto il talamo.
Mesencefalo
Il mesencefalo è formato da due parti principali, il tetto e il tegmento. Il tetto si trova sulla superficie dorsale del mesencefalo e contiene due collicoli superiori e due collicoli inferiori, che appaiono come quattro rigonfiamenti del tronco cerebrale. Il tegmento contiene vari nuclei che controllano i movimenti oculari; la sostanza grigia periacqueduttale che controlla alcuni aspetti del comportamento specifico di ciascuna specie ed è coinvolta nella mediazione del dolore; le cellule della sostanza nera di Soemmering, che partecipa alla regolazione e al controllo delle attività motorie.
Metencefalo
È formato dal cervelletto, dal ponte di Varolio e dal midollo allungato. È ricoperto da uno strato di sostanza grigia disposta in molte piccole circonvoluzioni (corteccia cerebellare). Il ponte di Varolio è una grossa protuberanza del tronco cerebrale; il midollo allungato è una struttura oblunga che fa seguito al midollo spinale.
Funzioni del cervello
I due emisferi cerebrali sono molto simili (anche se non identici) e controllano, ciascuno, il lato opposto del corpo (la parte destra del cervello riceve le informazioni provenienti dalla parte sinistra del corpo e la controlla, mentre la parte sinistra del cervello riceve le informazioni dalla parte destra del corpo e la controlla). Nei due emisferi esistono molte aree che svolgono funzioni differenti; ricevono le informazioni dagli organi di senso e da zone del cervello differenti e le passano ad aree diverse. Il modo in cui vengono elaborate le informazioni varia a seconda dell'area cerebrale. Nella corteccia sono situate le cosiddette aree primaria, secondaria e associativa, di elaborazione delle informazioni. Le aree sensoriali primarie eseguono l'analisi iniziale delle informazioni in arrivo dai diversi recettori sensoriali del corpo. Le informazioni provenienti da ciascun organo di senso vengono elaborate in una diversa area primaria, spesso dotata di un'organizzazione topografica (le sensazioni provenienti dalle diverse zone del corpo sono rappresentate da diversi gruppi di cellule della zona primaria, dove si viene così a creare una mappa generale del corpo). Schematicamente si può, cioè, affermare che le informazioni sono organizzate in modo ordinato: ad esempio, due cellule adiacenti rappresentano due posizioni adiacenti nel corpo o nello spazio. Nel caso dell'udito (cioè della facoltà di percepire i suoni), è stata dimostrata l'esistenza, a livello cerebrale, di una "mappa tonale" in cui le informazioni sono organizzate in base al tono. Nell'area secondaria le informazioni vengono sottoposte a un'analisi più complessa, mentre, nell'area associativa, le informazioni provenienti da diverse zone cerebrali vengono associate o elaborate insieme.
Ciascuno dei lobi della corteccia cerebrale elabora informazioni specifiche e svolge una funzione diversa. Benché le funzioni specifiche delle diverse aree della corteccia siano ancora oggetto di molte discussioni e indagini, esistono, tuttavia, alcune nozioni relativamente consolidate. Ad esempio, i lobi frontali sono specializzati nella pianificazione e nel controllo dei movimenti e contengono la corteccia motoria primaria. Le cellule di questi lobi sono organizzate in modo topografico e la loro stimolazione con una debole corrente elettrica può provocare il movimento della parte corrispondente del corpo. I lobi occipitali elaborano le informazioni visive primarie e poi le inviano in avanti, sia al lobo parietale che a quello temporale. I lobi parietali elaborano le informazioni somatosensoriali primarie (provenienti dalla pelle, dai muscoli e dalle articolazioni), mentre il lobo temporale elabora le informazioni uditive primarie (provenienti dagli orecchi). La corteccia temporale sembra essere necessaria per il riconoscimento e la classificazione degli oggetti, per la memoria a lungo termine e per alcuni aspetti del linguaggio. La corteccia parietale sembra mediare la percezione della posizione degli arti, discriminando tra diversi oggetti tenuti in mano, e degli eventi che avvengono nell'ambiente.
Il sistema limbico è coinvolto nella motivazione, nell'elaborazione degli istinti e delle emozioni, mentre i gangli della base intervengono nel controllo del movimento. Il talamo trasmette le informazioni provenienti dai recettori sensoriali alla corteccia cerebrale. I nuclei genicolati laterali del talamo ricevono informazioni dagli occhi e le inviano alle aree visive primarie del lobo occipitale. L'ipotalamo controlla gran parte del sistema endocrino, che regola molte delle funzioni corporee, come mangiare e bere. Le strutture del tetto mesencefalico fanno parte del sistema visivo e uditivo e si occupano soprattutto dei riflessi e delle reazioni rapide agli stimoli di movimento. La formazione reticolare svolge un ruolo nel sonno e nel risveglio, nell'attenzione, nei movimenti muscolari e in vari riflessi vitali, come il battito cardiaco. La materia grigia periacqueduttale è coinvolta nella mediazione del dolore; la sostanza nera, nel controllo dei movimenti muscolari.
Il cervelletto, che fa parte del metencefalo, riceve stimoli da tutti gli organi e dai recettori sensoriali, nonché informazioni riguardanti i movimenti muscolari diretti dal cervello stesso. Esso integra le informazioni, confrontando le azioni effettive del corpo rispetto a ciò che il cervello ha preordinato. Quindi modifica le direttive del cervello al corpo, per facilitare la coordinazione dei movimenti e renderli più sciolti. Il ponte di Varolio sembra essere importante nel sonno e nel risveglio, mentre il midollo allungato controlla alcune funzioni vitali, come la regolazione dell'apparato cardiovascolare, della respirazione e del tono della muscolatura scheletrica.
Midollo spinale
Parte del sistema nervoso centrale contenuta all'interno del canale vertebrale o neurale. Nell'adulto si estende dalla base del cranio alla seconda vertebra lombare, poi si riduce a un filo sottile contenente scarsa sostanza nervosa. Sopra il foro occipitale, alla base del cranio, il midollo spinale continua nel midollo allungato. Come il cervello, anche il midollo spinale è racchiuso in una tripla guaina di membrane; è parzialmente suddiviso in una metà anteriore e in una posteriore e da esso si dipartono 31 coppie di nervi spinali.
Il midollo spinale convoglia al cervello gli impulsi nervosi provenienti dal corpo, mentre trasmette alle varie parti dell'organismo gli impulsi nervosi prodotti nel cervello.

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