IL CERVELLO E IL 

SISTEMA NERVOSO

INDICE

20/12/2002

Il cervello fa parte del sistema nervoso. Il sistema nervoso controlla e coordina tutti gli altri sistemi presenti nel corpo umano. Ordina e armonizza la vasta complessità dei tessuti viventi per il benessere dell'individuo.

Ha il compito di ricevere informazioni sensoriali attraverso gli organi dei cinque sensi e di conservare le informazioni ricavate da esperienze passate.

Comunica costantemente con il corpo. Controlla il sistema endocrino, dei muscoli e dello scheletro, il sistema immunitario, digestivo, cardiovascolare, riproduttivo, respiratorio e quello urinario: senza un sistema nervoso in buona salute, non potrebbe esserci una vita armoniosa.

Il sistema nervoso si suddivide in due parti principali: il sistema nervoso centrale e il sistema nervoso periferico. Il primo è costituito dal cervello e dal midollo spinale, Possiamo pensare al midollo spinale come un'estensione del cervello.

Il secondo è composto dai nervi craniali, che fuoriescono dalle cellule neurali e dai nervi spinali, che si propagano dal midollo spinale (figura 1). 

Il Sistema Nervoso Autonomo possiamo anche chiamarlo subconscio o sistema che opera al di sotto del controllo consapevole. Un buono stratagemma mnemonico è considerare autonomo automatico.

Il sistema nervoso autonomo può essere ulteriormente suddiviso in due parti: sistema nervoso simpatico e parasimpatico. Il sistema nervoso simpatico prepara il corpo ad affrontare le situazioni d'emergenza. t anche chiamato sistema nervoso del combatti o fuggi. Quando percepiamo una minaccia dall'ambiente, tutti i sistemi subiscono un'accelerazione, il battito cardiaco, la pressione del sangue, il tasso respiratorio aumentano, e viene rilasciata l'adrenalina per una risposta immediata. 

I diversi tipi di neuroni sono classificati in base alla direzione verso la quale conducono gli impulsi e al numero di diramazioni che presentano. Per esempio, ci sono i neuroni sensoriali e motori. Potete osservare altri tipi di cellule neurali nella figura 2.

I neuroni formano una vasta rete interconnessa. Come analogia considerate che alcune cellule assomigliano molto a querce che hanno perso le foglie, durante il periodo invernale (attenzione, alcuni neuroni si avvicinano a questa descrizione più di altri). I rami più lunghi della quercia allungano le propaggini all'esterno in diverse direzioni tridimensionali, creando rami più piccoli che si suddividono ulteriormente in piccoli ramoscelli dalla forma di dita. Questi rami chiamati dendriti hanno la funzione di ricevere le informazioni provenienti da altre cellule nervose che servono . appunto come trasmettitori di informazioni.

Ora spostiamoci dai dendriti verso l'interno. I rami convergono verso il tronco dell'albero, nel quale si trova il nucleo del neurone, che rappresenta la biblioteca della cellula: conserva il DNA, ovvero tutte le informazioni genetiche che esprimiamo in qualità di esseri umani che hanno raggiunto questo stadio dell'evoluzione.

Strano a dirsi, conserva anche un'enorme quantità di DNA inutilizzato, che gli scienziati chiamano DNA spazzatura.

L’estate scorsa è stata ultimata la mappatura della sequenza del DNA (conosciuta come Progetto Genoma Umano). Adesso gli scienziati sono concordi nel ritenere che usiamo meno del tre per cento (3%) della nostra biblioteca genetica. Pertanto, l'espressione umana del DNA è ancora limitata, e come avere a disposizione una completa biblioteca e continuare a sfogliare sempre gli stessi pochi libri, mentre il resto della biblioteca rimane inutilizzato. Il paradosso è che abbiamo ancora molte più informazioni genetiche latenti di quante ne usiamo correntemente come esseri umani e, a dispetto delle leggi dell'evoluzione, non sono mai diminuite. Da un punto di vista evolutivo agli esseri umani è permesso di essere soltanto il 3% di ciò che sono in potenza. Infatti, le recenti ricerche scientifiche cominciano a comprendere che questo DNA di scarto può avere molte più funzioni pratiche di quante gli scienziati non abbiano mai considerato.

Il DNA della cellula nervosa è quasi lo stesso di ogni altra cellula del corpo, perché ognuna contiene le medesime informazioni genetiche, rappresentate appunto dal DNA. Ciò che rende diversa una cellula dall'altra è l'espressione attiva di appena pochi geni specifici. Quindi, una cellula nervosa si esprime come tale, perché la sequenza del suo DNA è appena diversa da quella che genera la cellula di un muscolo o della pelle. Il tronco del neurone è chiamato assone (figura 3).

Ioni e potenziale di azione

La membrana cellulare, o membrana del plasma, avvolge esternamente la cellula nervosa ed i suoi prolungamenti. Immaginatela come la pelle della cellula nervosa. Da qui parte e arriva l'impulso nervoso. La membrana del neurone misura otto nanometrì ed è molto più piccola di quanto un microscopio standard consenta di osservare. E’ semipermeabile, il che significa che permette ad alcuni ioni di attraversarla, ma proibisce ad altri il passaggio. Gli ioni sono particelle elementari con una carica, perché hanno perso o guadagnato un elettrone nella loro orbita più esterna. Alcune particelle inorganiche, messe in soluzione, acquistano o perdono elettroni abbastanza facilmente. Dal momento che il corpo è composto prevalentemente d'acqua, risulta essere un perfetto ambiente per gli ioni. La cellula nervosa nel suo stato di quiete (quando non è stimolata) ha una carica negativa di 70 millivolt. La ragione di questa carica negativa è nella relativa concentrazione di ioni che esiste all'interno e fuori dalla cellula.

Gli ioni intra e extracellulari che ci interessano di più sono quelli di sodio (NA+) e potassio (K+). Nello stato di riposo, il sodio è un componente extracellulare, mentre il potassio si trova all'interno della cellula. (Vedi Figure 4).

La membrana cellulare del neurone è maggiormente permeabile agli ioni di potassio che a quelli di sodio e, per questa ragione, l'afflusso e il deflusso di ioni di potassio avviene più liberamente. Gli ioni di potassio si concentrano all'interno della cellula, ma a causa delle leggi della diffusione (le particelle si spostano da un'area di maggiore concentrazione verso un'arca di minore concentrazione) non rimangono a lungo al suo interno. Poiché gli ioni di sodio, dalla carica positiva, rimangono in prevalenza fuori dalla cellula e gli ioni di potassio, dalla carica negativa, tendono a defluire passivamente all'esterno, l'interno della cellula diventa relativamente negativo rispetto al suo esterno.

Perciò, la membrana della cellula nervosa ha sempre una carica negativa inferiore di 70 millivolt rispetto all'esterno. Questo è conosciuto come potenziale a riposo. Quando la cellula neurale è stimolata, avviene un rapido cambiamento nella permeabilità della cellula, dovuta agli ioni di sodio che si trovano all'esterno, i quali per un istante si precipitano, attraverso il plasma della membrana, verso l'arca più interna. Il risultato è che la membrana diventa meno polarizzata e il potenziale all'interno della cellula cresce a + 40 millivolt. Ora, l'interno diventa più positivo rispetto al suo stato di riposo.

L’improvviso afflusso di ioni di sodio, seguito dal cambiamento di carica elettrica, è chiamato potenziale di azione. Questo è un fenomeno molto breve, dura meno di 5 millisecondi, ma è abbastanza lungo da propagare la corrente elettrica lungo la cellula nervosa. Subito dopo si verifica un rapido cambiamento nella posizione degli ioni, che ritornano allo stato di quiete (figura 4).

Una volta prodotto, il potenziale di azione si diffonde lungo la membrana cellulare, lontano dal punto in cui aveva avuto origine, e si propaga lungo la cellula neurale con un effetto simile ad una cascata. Questo è chiamato impulso nervoso. Questo impulso si propaga da sé e rimane inalterato nella frequenza, nella dimensione e nella sua intensità o forza di trasmissione, fino a quando non si conclude la trasmissione del segnale. Se proprio in questo momento mentre leggete questo foglio, provaste ad allungarvi verso una matita e la afferraste, una cascata di potenziali di azioni colpirebbe una moltitudine di neuroni per fare in modo che l'azione delle vostre braccia e delle vostre mani diventi un moto coordinato. Il pensiero inizia nel cervello, dove crea la prima serie di potenziali di azioni (l'immagine di una penna). Poi gli occhi vedono la penna, generando la seconda serie di azioni potenziali. Allora il cervello localizza la matita per formulare ed integrare il movimento di raggiungere la matita. Intanto, il sodio ed il potassio si precipitano avanti e indietro nelle vostre cellule neurali e tutto avviene alle vostre spalle!

Quando un impulso viaggia lungo il tronco dell'assone, raggiunge le radici dell'albero. Se osserviamo le radici della nostra quercia, possiamo vedere strutture simili a rami d'albero chiamate estensioni dell'assone o neuriti, che hanno il compito di inviare messaggi ad altre parti del cervello o del corpo. in breve, i dendriti ricevono informazioni da altri neuroni e le inviano (con l'azione potenziale) attraverso il nucleo lungo l'assone fino ai neuriti, che poi, per mezzo dei dendriti, passano a loro volta il messaggio alla cellula nervosa vicina.

Il punto dove dendriti e neuriti si incontrano - tra una cellula nervosa e la sua vicina - è chiamato sinapsi (figura 5). Ogni cellula nervosa del cervello umano ha in media, approssimativamente, dalle 1000 alle 10.000 connessioni sinaptiche per neurone. Alcune cellule nervose ne hanno anche un numero maggiore.

A questo punto se facciamo due conti, considerando i 100 miliardi di neuroni del cervello e moltiplicandoli prudentemente per il minor numero possibile di connessioni per neurone, che è in via circa di 1.000, avremo un totale di 100.000 miliardi di connessioni. Secondo questa stima prudenziale, ci sono più sinapsi nel cervello umano che stelle nella nostra galassia (Restak, 1979).

Immaginate, se volete, milioni di queste strutture, proprio simili ad un albero, tutte interconnesse in una rete tridimensionale nel corpo, e specialmente nel cranio, allora comincerete a vedere il cervello e il sistema nervoso nella loro forma tridimensionale.

Ma non fermatevi qui.

Il più grande errore commesso dagli scienziati a questo punto, è di aver descritto il cervello e il sistema nervoso come un sistema rigido, statico e senza vita. Nulla potrebbe essere più lontano dalla verità. Le cellule del cervello e del sistema nervoso sono vive, elettriche, si muovono, crescono, si connettono e si disconnettono nello spazio di millisecondi.

Diversi neuroni si connettono l'uno all'altro nella fenditura sinaptica, un varco tra i neuroni di appena un millesimo di millimetro, che permette agli impulsi nervosi di viaggiare lungo diversi percorsi da un neurone all'altro, senza interruzione.

Quando un potenziale di azione si muove lungo un neurone, raggiunge l'estremità di un neurite. A quel punto, l'attività elettrica produce un'esplosione nelle vescicole che contengono sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori.

I neurotrasmettitori sono rilasciati nello spazio che esiste tra un neurite e il vicino dendrite. I diversi tipi di neurotrasmettitori sono i mezzi grazie ai quali le cellule nervose comunicano tra loro attraverso le sinapsi. Immaginate, se volete, questi messaggeri chimici come minuscoli vaporetti che attraversano un canale e si fermano sul lato opposto alla loro banchina di partenza. Nel punto in cui ormeggiano, fanno scendere i passeggeri, ognuno dei quali ha un compito specifico. Gli individui che sbarcano da un vaporetto possono percorrere lo stesso tragitto, ma con impegni diversi. Questo è esattamente ciò che avviene con i neurotrasmettitori; Essi raggiungono il lato opposto alla sinapsi di una cellula nervosa vicina, e rilasciano sostanze chimiche specifiche che influenzano l'attività della cellula nervosa ricevente. Questa a sua volta influenza il prossimo neurone, e così via.

Gli impulsi nervosi sparati dai neuroni portano il messaggio fino alle cellule nervose vicine. I neurotrasmettitori possono stimolare, inibire, e cambiare l'attività stessa del neurone a livello cellulare. Per esempio, possono dire al neurone di sganciarsi dall'attuale connessione o fare in modo che si colleghi più strettamente.

Questa attività avviene nello spazio di un millisecondo, Al momento la scienza conosce più di 50 neurotrasmettitori diversi. In base ad una particolare funzione del cervello, si trovano in differenti concentrazioni in aree specifiche.

Alcuni dei più comuni e più importanti neurotrasmettitori sono l'acetilcolina, la serotonina, la dopamina, le endorfine, la melatonina e quella molecola nascosta - l'ossido d'azoto.

Presso il dendrite ricevente ci sono recettori chimici specifici per ogni neurotrasmettitore. Queste sostanze sono simili ad una chiave particolare che entra precisamente nella serratura della sede di un recettore (figura 7). Questa idea avuta dalla natura, è semplicemente perfetta, perché cosi la comunicazione avviene in modo esponenziale.

Possiamo usare le stesse connessioni o percorsi neurali nel nostro cervello, ma produciamo neurotrasmettitori chimici diversi per creare una completa gamma di sentimenti, azioni, umori e percezioni. Allora, questo è ciò che ci rende esseri umani cosi unici e diversi nel nostro modo di essere quotidiano. Questo comincia a spiegare l'intero fenomeno dell'atteggiamento. Possiamo svolgere la stessa attività un altro giorno e provare un diverso sentimento a proposito: si chiama libera volontà ed è associata con la chimica del cervello. Tutto questo ha in ultimo un suo effetto diretto sul sistema volontario e involontario. Questo processo può stimolare azioni e reazioni, tirar fuori emozioni, regolare le funzioni corporee, manifestare stati d'animo e comportamenti, stimolare impulsi, rilasciare ormoni e creare immagini olografiche che chiamiamo pensieri e ricordi. Poiché abbiamo esposto gli elementi fondamentali del sistema nervoso, possiamo cominciare a comprendere l'importanza di tutte le sue responsabilità. Esso ha la consapevolezza ed il compito di controllare tutte le funzioni del corpo che avvengono attimo dopo attimo con o senza il nostro sforzo consapevole. Ospita un'intelligenza con la capacità di svolgere cosi tante attività, in modo talmente preciso che non vi facciamo caso.

Proprio in questo momento, sotto il controllo del sistema autonomo, ci sono migliaia di funzioni che accadono a livello cellulare e su larga scala, e che, letteralmente, ci mantengono integri. E’ veramente un progetto brillante. Il cervello e il sistema nervoso ci offrono la libera volontà di agire intenzionalmente e consapevolmente.

Nel corso della nostra vita il cervello modifica di continuo la sua forma. il nostro cervello è plasmato dalle conversazioni che ingaggiamo, da quanto apprendiamo, dagli eventi che osserviamo e dalle emozioni che esprimiamo.

Il cervello viene letteralmente modificato da quanto pensiamo e compiamo.

Gli scienziati ancora discutono sulla rilevanza che hanno sul cervello la natura e la cultura, l'ambiente o la persona. Come può il cervello essere plasmato e come possono le nostre abilità essere arricchite dall'esperienza.

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