Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari

Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dell’elaborazione visiva Graziano Barnabei grbarnabei@gmail. com

Terminologia • VISTA: • SEZIONE: ü Ventrale VS Dorsale üCoronale ü Rostrale VS Caudale ü Orizzontale ü Laterale dx VS Laterale sx ü Sagittale • COLLOCAZIONE SPAZIALE: üCaudale VS Rostrale ü Ventrale VS Dorsale ü Laterale dx VS Laterale sx ü Mediale VS Ø snc) Marginale Ø snp) Periferico • SNC: sistema nervoso centrale (encefalo, midollo) ü Nuclei VS Tratti • SNP: sistema nervoso periferico ü Gangli VS Nervi • SNA: sistema nervoso autonomo • En/Pn: giorno pre/post-natale n • Trofismo: nutrimento => crescita • Tropismo: risposta strutturale (orientamento, movimento) => territorio permissivo

Domini ed oggetti di studio Med ici itiv gn Neurologia Psicologia o l o sic ia p o r Neu fisiolog o Psic co CERVELLO (anatomica) gia o l o i rofis nti me gia eg à att alit gli on de pers le ia nta log ella ia ap me ico e d Ps ter rta ico po Ps om o-c Neu MENTE (cognitiva) na p sicos Psich iatria oma tica PSICHE (dinamica) Neuroscienze Cognitive: Cos cien Psicodinamica za

Filogenesi del sistema nervoso 1: Segmentazione anatomica VS Segmentazione filogenetica Telencefalo (emisferi) Diencefalo (talamo, ipotalamo) Acquedotto cerebrale, substanzia nigra, collicoli Metencefalo (ponte, cervelletto) Mielencefalo (midollo allungato o bulbo) Midollo spinale Grado di encefalizzazione Indice dello sviluppo filogenetico dell’encefalo: ad oggi corrisponde al numero di aree coinvolte durante il processing di compiti di varia difficoltà Uomo Mammiferi Uccelli Rettili Anfibi

Filogenesi del sistema nervoso 2: gerarchia evolutiva • ANFIBI (rane): üTelencefalo: progettato sostanzialmente come un grande bulbo olfattivo • RETTILI: üMesencefalo üTetto ottico üNucleo talamico • UCCELLI: üNuclei della base: corpo striato (controllo motorio, apprendimento implicito) ü Sviluppo del cervelletto

Filogenesi del sistema nervoso 3: evoluzione dei mammiferi • MAMMIFERI: ÜTETTO OTTICO: perde la funzione sensoriale e diventa collicolo superiore (controllo motorio e mappatura spaziale degli stimoli) ÜNEOPALLIO: sviluppo abnorme della porzione corticale del telencefalo più recente nella filogenesi => processo di “increspatura corticale” ÜARCHIPALLIO: originariamente soprattutto olfattivo, ad oggi funzionalmente integrato nel sistema limbico (emozioni, sensazioni di fame, sete, desiderio sessuale) ÜPALEOPALLIO: ippocampo (memoria ed apprendimento) + nuclei della base

Filogenesi del sistema nervoso 4: le basi neuroanatomiche dell’attività cerebrale nell’uomo SISTEMA NERVOSO Sistema nervoso centrale Cervello Sistema nervoso periferico Midollo spinale (materia grigia centrale) Proencefalo Telencefalo Cervello (corteccia cerebrale) Mesencefalo Collicoli superiori Collicoli inferiori Rombencefalo Midollo allungato Ponte Cervelletto Nuclei della base Corpo calloso Diencefalo Talamo Ipotalamo Componente somatica (31 spinali) Componente autonoma Simpatico Parasimpatico Eviscerale

Ontogenesi del sistema nervoso • BLASTULA (da E 6): 3 foglietti ü ENDODERMA: visceri. ü MESODERMA: muscoli, vasi, tendini, ossa del snc. Ü ECTODERMA: snc, tessuto neurale, pelle. • GASTRULAZIONE E NEURULAZIONE (E 15 -E 28): “verso l’organogenesi” ü Il mesoderma forma la notocorda (ossa del snc) che tramite fattori chemioattivi specifica quali cellule saranno cutanee e quali diventeranno neuroblasti. ü I neuroblasti si invaginano, uniscono le 2 creste neurali e formano il tubo neurale (creste = snp; tubo = snc) che caudalmente diverrà snp, medialmente midollo spinale mentre rostralmente (estremità cefalica) genera 3 vescicole encefaliche: Ø ROMBOENCEFALICA → Cervelletto, Ponte, Midollo allungato Ø MESENCEFALICA fa sì che l’encefalo curvi dalla polarità rostro-caudale (geni “omobox”) ad una dorso(gene SGG)-ventrale(gene BMP) → Acquedotto cerebrale, Peduncoli cerebrali, Lamina quadrigemina, Substanzia Nigra Ø PROENCEFALICA → Telencefalo, Diencefalo E 28

E 28 E 36 E 48 Neopallio Neurogenesi ventricolare e Migrazione cellulare QTECNICHE: ü fino a 15 anni fa, marcatori del DNA (timidina, bromodeossiuridina) ü oggi, marcatori con retrovirus QTIPI DI MIGRAZIONE: ü Tangenziale: strutture non laminate né stratificate (i. e. tronco) ü Radiale: strutture stratificate ma non laminate (i. e. corteccia) ü Combinata: strutture laminate e stratificate (i. e. retina)

• SNP: Cresta neurale Fattori chemiotropici Fenotipo (e. g. ghiandolare, gangli del snp) • SNC (CORTICOGENESI VENTRICOLARE, E 28 -E 60): nella zona ventrale del tubo neurale si forma l’epitelio neurale: üZona ventricolare (proliferativa) → Diencefalo üZona intermedia → Sostanza bianca üSottoplacca → Si differenzia in altro oppure muore üZona marginale → Strato 1 üGlia radiale → Astrociti v. La corticogenesi avviene a coorti (=> stratificazione corticale), si conclude ad E 60 v. Gli assoni talamici raggiungono la corteccia di destinazione prima che sia formata ed aspettano lì finché lo strato 4 sia sviluppato, poi entrano e prendono contatto v. Gli strati corticali si formano radialmente in senso inside-out v. Nell’adulto la neurogenesi è continua nella zona subventricolare dei ventricoli laterali con migrazione verso il bulbo olfattivo e nella zona subgranulare del giro dentato dell’ippocampo

Identità cellulare Dipende da 3 ordini di fattori: üDiffusibili del territorio: Cellula SA (simpato-adrenergica) FGF (fenotipo nativo: ghiandolare surrene) NGF Neurone simpatico üIntrinseci: non basta trovarsi nel posto giusto ma occorre starci al momento giusto üDiffusibili del bersaglio: Neurone adrenergico Ghiandola sudoripara Neurone colinergico Estensione assonale Muscolo pilo-erettore Fase 1 “chemioattrattiva”: il cono di crescita saggia la permissività del terreno guidato dalle “semaforine” (snp permissivo (cellule di Swann), snc non permissivo (oligodendrociti ed astrociti)). Possibilità: üRepulsione per contatto (linea mediana) o diffusione (neuroni del setto) üAttrazione per contatto (assoni talamici pionieri) o diffusione (tratto ottico) Fase 2 “elettrica”: chi resta e chi si ritira è dettato dall’esperienza elettrica Istruttività/Permissività dell’attività elettrica corticale L’attività elettrica permette che il piano genetico vada avanti oppure istruisce autonomamente un circuito?

Sinaptogenesi Studiata nella giunzione neuromuscolare: 1) Il cono di crescita raggiunge il miotubo 2) “Abbozzo” di fessura sinaptica con le prime vescicole Ach 3) Competizione assonica (elettrica) nella polinnervazione: LEGGE DI HEBB: Ipotesi della facilitazione sinaptica “Neuroni aventi attività elettriche temporalmente x 1 w 1 y correlate rafforzano la sinapsi comune, attività temporalmente scorrelate la indeboliscono”: Se Φxi(t) => Φy(τ) Allora wi(τ) < wi (T) Se Φxi(t) ≠> Φy(τ) Allora wi(τ) ≥ wi (T) dove t < τ < T ü L’assone perdente non muore ma si sposta x 2 w 2 4) Selezione delle terminazioni assoniche stabili + isolamento (cellule di Swann) + richiamo locale dei recettori inutilizzati v. Max ad 1 anno, plateaux fino alla pubertà, poi lenta riduzione => eliminazione della ridondanza residua v. Nell’adulto il fattore trofico influenza apprendimento e memoria v. Nell’adulto la sinaptogenesi continua nel bulbo olfattivo e nell’ippocampo (solo quella dendritica) ma è determinata soprattutto dall’attività elettrica

Morte Cellulare Programmata (MCP) Evento regressivo presente nello sviluppo fino alla formazione di sinapsi stabili Si avvale di fattori trofici diffusivi e rilasciati dal bersaglio, chi li prende sopravvive chi no muore SCOPO: accoppiamento numerico di un bersaglio con la sua popolazione di connessioni Bersaglio normale Bersaglio più grande Bersaglio più piccolo UTILIZZO: üStrutture sessualmente dimorfiche (i. e. nucleo canoro) üRimozione di cellule con fenotipo inappropriato (posto/momento sbagliato) üFormazione di strutture con particolari proprietà morfologiche (i. e. solco mediano) üMCP + Attività elettrica => Strutture funzionalmente diverse (i. e. Sinestesia) Differenziazione funzionale delle aree corticali All’inizio le differenze sono pochissime e non vincolanti per ciò che interessa lo sviluppo (i. e. Broca, barrels visivi e delle vibrisse) Area Ruolo chiave dell’esperienza: Area visiva ricolonizzabile (occipitale) (selettiva per orientamento) (occipitale) Area acustica visiva Retina (temporale) (mappe (selettiva bidimensionali) per orientamento)