Lezione 1

Sistema nervoso
= sistema informazionale.
E’ costituito da elementi cellulari capaci di convertire forme di energia
(trasduttori: monitoraggio degli stimoli esterni e interni al corpo), di condurre a
distanza segnali specifici, interpretarli e di generare risposte coerenti attivando
effettori motori, tramite processi coscienti o non coscienti
SENTIRE
PENSARE
AGIRE
mente-corpo/cervello
Domande:
•
•
Uno dei settori delle “scienze della vita” o offre qualche opportunità
culturale in più?
Lo sviluppo della conoscenza è legato solo al divenire delle scoperte, o è
influenzato da altro?
NEUROSCIENZE
NEUROBIOLOGIA:
riduzionismo
Es: tendenza ad assimilare
vigilanza e coscienza
SCIENZE COGNITIVE:
olismo
Es: tendenza a disgiungere
vigilanza e coscienza
Alberto Oliverio, Storia del Pensiero Filosofico e Scientifico, Geymonat:
“si tratta di una disciplina ibrida, che spazia dagli studi sul SN degli invertebrati a
quello dell’uomo, dalla fisiologia del SN, alla psico e neuropatologia”
La forma del neurone e la struttura della rete: l’irosa polemica di Camillo Golgi
verso Ramon y Cajal alla Nobel lecture del 1906.
L’elettricità del neurone: John Carew Eccles, dal Nobel per la Medicina al
dialogo con il filosofo “globale” Karl Popper.
forma
funzione
modalita’ di comunicazione
intercellulare
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stanford
hopkins
Come è nata l’idea di associare mente e cervello???
filosofia
biologia
J-C Changeux:
come può “l’uomo neuronale” essere soggetto morale?
Come è possibile conoscere, capire come funziona,
interferire con la “produzione di idee”??
- attraverso la forma (anatomia, neuroimaging)
- attraverso le interazioni (elettrofisiologia)
- attraverso le molecole (biologia molecolare)
- attraverso i comportamenti (etologia, psicologia)
Come è nata l’idea di associare il corpo con il “sentire” e il
“pensare”?
Materiale:
Corpo/cervello
Immateriale:
Pensiero/spirito/anima
ARISTOTELE
GALENO, 170aC:
“La natura agisce sempre in perfetta saggezza e il
corpo altro non è che il veicolo dell’anima”
facoltà motrice, sensibile, raziocinante
fino alla metà del XVII sec
Breve storia 1 (incompleta)
•
3000 aC: medico egizio che descrive casi clinici (caso 6 “la scoperchiatura della scatola
•
XVII sec aC, egizi: primo trattato nel quale il cervello è indicato con questo
nome
per Egizi, Mesopotamici, Ebrei, Omero: è il cuore, fonte di vita,
che accoglie intelligenza e sentimenti
presocratici, VII-V sec aC:
•
•
cranica lascia vedere rughe simili a quelle che si formano sul rame in fusione; caso 8: correla una
ferita cranica con deviazione degli occhi; caso 22 correla una ferita cranica con perdita della parola;
caso 31 correla dislocazione vertebre cervicali con paralisi )
– Parmenide: il pensiero e l’essere sono una sola cosa
– Leucippo e Democrito:l’acqua, l’aria, il fuoco, la terra e, con loro, gli atomi,
costituiscono il tessuto del mondo, dell’uomo, del suo pensiero
– Democrito: “il cervello contiene i principali legami dell’anima”, distingue parecchie
facoltè intellettuali e affettive e assegna loro localizzazioni distinte nel corpo
– Ippocrate (400aC): consolida le idee di Democrito con l’osservazione clinica:
incrociamento delle vie, parla di epilessia come “encefalo irritato”, distingue
malattie neurologiche e malattie mentali, ma dice “il cervello è simile a una
ghiandola”
– Platone: 3 parti dell’anima: INTELLETTUALE, IRASCIBILE, CONCUPISCIBILE
(unite dal midollo spinale “IL PENSIERO HA LA SUA SEDE NEL CERVELLO
DELL’UOMO”
TESI ENCEFALOCENTRICHE
Breve storia 2 (incompleta)
•
Aristotele (350aC): “fuorvierà per secoli gli spiriti” (J-C Changeaux),
•
TESI CARDIOCENTRICA: i nervi originano dal cuore
medicina GRECA, III sec aC:
riattualizza Omero e gli Ebrei (il cervello ha il ruolo di refrigerante dell’organismo);
“l’anima non pensa mai senza immagini)
–
•
Erofilo e Erasistrato: inaugurano la dissezione del corpo umano (cervello,
cervelletto, midollo spinale, circonvoluzioni cerebrali, i nervi originano dal
cervello e del midollo spinale, si distinguono i nervi del SENTIMENTO e del
MOVIMENTO, associano INTELLIGENZA e sviluppo delle circonvoluzioni
Ma solo con GALENO (170 aC) el teorie aristoteliche vengono
accantonate. Con Platone: l’anima razionale risiede nel cervello. Divisa in
facoltà MOTRICE, SENSIBILE, RAZIOCINANTE
– 17 volumi: Sull'utilità delle parti del corpo umano
CONCEZIONI VALIDE FINO AL XVII sec
Breve storia 3 (incompleta)
• Padri della Chiesa, IV-V sec:
immaginazione nel ventricolo ant, regione
nel med., la memoria nel post
• Rinascimento: riprendono le dissezioni
cadaveriche. Leonardo fa il primo calco
dei ventricoli cerebrali. Vesalio, Varolio,
Fresnel
•DOMINA LA TEORIA DELL’IMMATERIALITA’ DELL’ANIMA
•Rene Descartes (1596-1650) scrive un libro su mente e cervello.
Prende posizione affermando che una mente non-materiale e un corpo
materiale contribuiscono al comportamento. Dualismo cartesiano
ANIMA vs SPIRITO ANIMALE
Cartesio, Willis, Gassendi
“Accidental neuroscience”: frenologia
•
•
•
•
•
1838 Phineas Gage, operaio ferroviario in
New England, USA
Un giorno un palo metallico penetra dalla
base del cranio, fuoriuscendo dalla volta
Gage sopravvisse, era capace di camminare,
ascoltare, vedere (con l’occhio destro),
parlare
Ma alcuni aspetti della sua personalità
erano cambiati
Irriverente, sboccato, disinibito
LESIONE DELLE AREE PREFRONTALI
Localizzazione di funzioni, 1
• Franz Gall e freneologisti: inizio
19° sec
• Frenologia (lettura della
personalità da “gobbette” sulla
testa) è una scienza oggi
screditata, ma….
• Ha suggerito che il cervello possa
essere suddiviso in molti “organi”
separati, responsabili per i vari
comportamenti
• sostengono il concetto di
localizzazione la descrizione degli
effetti funzionali di lesioni
cerebrali specifiche
Localizzazione di funzioni, 2
• John Hughlings Jackson, neurologo inglese, notò che la lesione
della parte destra del cervello influenzava i processi visuospaziali più che le lesioni del lato sinistro
• Pierre Paul Broca e Carl Wernike mostrarono che la lesione della
parte sinistra del cervello alterava le capacità del linguaggio
BRAIN IMAGING
TAC
MRI
fMRI
PET
SPECT
Zacharias Janssen, primo microscopio, 1595:
tubo con lenti ad entrambe le estremità, ingrandimenti 3x o 9x
Robert Hooke, 1635-1703
vede e descrive la prima “cellula” (e usa per
primo questa definizione)
Anton van Leeuwenhoek, 1632-1723
Microscopio a una lente, descrive i batteri e i protozoi
TEORIA CELLULARE
1838: Matthias Schleiden scopre che tutte le piante sono composte da cellule
1848: Theodor Schwann scopre che tutti gli animali sono composte da cellule
1855: Rudolph Virchow scopre che tutte le cellule derivano da cellule preesistenti
1.
tutte le “cose” vitali
sono costituite da
cellule
2. le cellule sono le più
piccole unità vitali
di un organismo
3. le cellule derivano
da cellule
preesistenti
OBS!!!!:
40% cellule
60% ambiente extracellulare
The Nobel Prize in Physiology or Medicine
1906
"in recognition of their work on the structure of
the nervous system"
soma
dendrite
assone
Golgi: TEORIA RETICOLARE
sistema nervoso come rete continua, come interconnessione globale di tutti i centri
nervosi (derivata dal fisiologo francese Pierre Flourens)
tutte le facoltà del cervello, da quelle percettive a quelle cognitive, sono il risultato di
un’azione di massa dell’intero cervello
originariamente formulata da illustrazione di cellule nervose, da Deiters, 1865 nel
1865 da Albert von Kolliker nel 1867 e ripresa ed ampliata da Joseph Gerlach nel 1871
postulava un’assoluta continuità tra tutti gli elementi del sistema nervoso mediata
dalla connessione completa delle fibre conduttive, assoni e dendriti, e alla base della
possibilità di propagazione dell’impulso elettrico tra centri e vie distanti nel sistema
nervoso
Golgi pensava che i dendriti non partecipassero alla trasmissione dell’impulso nervoso e
che avessero come funzione quella dell’alimentazione dei tessuti
L’idea accettata era che l’impulso nervoso potesse viaggiare indifferentemente in
entrambe le direzioni sui due tipi di fibre e cioè da e verso il corpo cellulare
Cajal: TEORIA NEURONALE
1888, studiando al microscopio il cervelletto e la retina, Cajal osservava che alcuni assoni terminavano liberamente,
senza nessuna interconnessione fisica con altre fibre nervose
in un lavoro del 1889, Cajal concludeva che le cellule nervose, alla pari di quelle degli altri tessuti, dovevano essere
considerate come unità indipendenti
aveva compreso che la conduzione avveniva sia in dendriti che in assoni
Nel 1891 Cajal esponeva la teoria della polarizzazione dinamica del neurone secondo la quale i dendriti sono preposti
alla ricezione del segnale e cioè alla conduzione degli impulsi nervosi verso il corpo cellulare; mentre gli assoni
conducono i segnali nervosi verso i neuroni posti in relazione di contiguità
Il difficile rapporto Golgi-Cajal
Non appena Cajal ebbe modo di osservare al microscopio un preparato di tessuto nervoso con la reazione cromoargentica considerò Golgi un grande maestro e scienziato: "Io ammiro i lavori di Golgi e professo per la sua personalità
scientifica il più grande rispetto e la più alta considerazione".
Voleva ardentemente incontrarlo per esternargli la sua ammirazione, stringere amicizia con lui e chiarirgli la sua
posizione scientifica, ma questo non gli riuscì
spediva al Golgi i suoi lavori scientifici più importanti, non comprendeva l'atteggiamento così ostile del collega: "il suo
grande merito non lo dispensano dal riconoscere i meriti modesti acquisiti da coloro che, confermando i meriti del
maestro, si onorano di portare il titolo di suoi allievi e continuatori".
Quando nel 1906 trapelò la notizia del Premio Nobel congiunto, Golgi dissentì profondamente e inizialmente manifestò
l'intento di non voler ritirare il premio per non incontrare il Cajal, mentre taluni sostennero che non si accontentava
della metà del premio.
Il mondo scientifico europeo si attendeva però una conciliazione tra i due almeno sul piano formale, ma ciò non avvenne
poichè la diatriba scientifica tra "rete nervosa diffusa" e "teoria del neurone" si era trasformata in rivalità e dissidio
personale.
Durante la cerimonia della premiazione a Stoccolma, avvenuta l'11 dicembre 1906, il Golgi tenne un atteggiamento
d'indifferenza nei confronti dell'antagonista e la sua conferenza intitolata "La dottrina del neurone. Teoria e fattti "
fu praticamente una sistematica demolizione delle tesi del Cajal. Ciò fece parlare i cronisti dell'epoca di "Nobel
dell'odio " e fece dire al prof. G.C. Requier che " una crudele ironia della sorte aveva accoppiato i due grandi emuli a
guisa di fratelli siamesi uniti per la schiena ".
La contrarietà del Golgi non derivava tuttavia solo dal fatto che la sua teoria era superata rispetto a quella del Cajal
ma scaturiva dal risentimento che la celebrità del Cajal era dovuta proprio al suo metodo della reazione nera. Lo
scienziato spagnolo aveva raccolto i frutti della semina di quello italiano.
1950, microscopia elettronica:
definitiva conferma della teoria neuronale
Neurone: termine introdotto nel 1891 da Wilhelm von Waldeyer OGGI 1
Wilhelm His nel 1886 e August Forel nel 1887:
la trasmissione dell’impulso nervoso era
possibile anche senza fusione delle cellule, tra
elementi anatomici posti in semplice contatto
Wilhelm von Waldeyer, in un’opera in sei parti
pubblicata nel 1891,concludeva che la cellula
nervosa andava considerata come unità
indipendente e perciò chiamata neurone,
arrivando così alla sintesi necessaria per la
formulazione di una organica teoria neuronale
• codificazione del segnale
• conduzione a distanza
(intracellulare): fenomeno elettrico
• trasmissione ad altra cellula
(extracellulare): fenomeno chimico
Accoppiamento elettrochimico
OGGI 2
A seconda del numero di processi:
1) Unipolare (pseudounipolare)
— ha un unico processo che si
biforca; il corpo cellulare si trova
nei gangli spinali e craniali
2) Bipolare
— ha 2 processi (relativamente
raro: retina e alcuni nervi cranici)
3) Multipolari
— molti processi, tipicamente 1
assone e 2 o più dendriti che danno
origine all’albero
-Golgi tipo I: piccoli, solitamente
interneuroni
- Golgi type II: più grandi
A seconda della morfologia:
Es. piramidali
A seconda dello scopritore:
Es. Purkinje
A seconda del mediatore chimico:
VEDI NEUROANATOMIA CHIMICA
OGGI 3
Direzione dell’impulso = direzione dell’informazione
• DENDRITE = tubo non mielinizzato che conduce l’informazione verso il corpo cellulare
• ASSONE = tubo spesso mielinizzato che conduce l’informazione dal corpo cellulare alla
periferia
NON SEMPRE E’ COSI’!
• la direzione dell’impulso è definita dalla regione della membrana plasmatica capace di
generare l’impulso nervoso (elettrico: TRIGGER ZONE)
MEMBRANA PLASMATICA:
1902:
Juliu Bernstein propone la teoria della membrana cellulare
‘30-’50: Davson e Danielli: doppio strato lipidico ricoperto dai due lati da un
doppio strato proteico:
termodinamica
diffrazione raggi X
microscopia elettronica
calorimetria differenziale
spettroscopia Raman
risonanza magnetica nucleare
1972:
Singer e Nicolson introducono il modello del mosaico fluido
ELETTRICITA’
1791: Luigi Galvani e l’elettricità della rana (polemica con Volta)
1838: Matteucci con il galvanometro registra la produzione di elettricità dal muscolo
1849: Hermann von Helmholtz misura la velocità dell’impulso nel nervo di rana
1850: Emil Du Bois-Reymond perfeziona il galvanometro
1868: Julius Bernstein misura il time-course di un potenziale d’azione
1875: Richard Caton è il primo a registrare l’attività elettrica cerebrale
…..
1897: Karl Ferdinand Braun inventa l’oscilloscopio
…..
1953: D.Albe-Fessard e P.Buser creano elettrodi di pochi micron di diametro per
registrare l’attività elettrica di singoli neuroni; B.Katz e A.Hodgkin registrano singoli
potenziali d’azione e li correlano a modificazioni delle concentrazioni di sodio e potassio
1952: William R.Hess nel 1952 riuscì a stimolare con elettrodi piccole aree cerebrali e
addirittura singole cellule
1971 Erwin Neher e Bert Sakmann effettuarono delicate misurazioni delle variazioni di
corrente in singoli canali del sodio al livello della fibra nervosa, per mezzo della nuova
tecnica del patch clamp.
The Nobel Prize in
Physiology or Medicine
1932
"for their discoveries
regarding the functions of
neurons"
“synapse”
Charles Scott
Sherrington
Edgar Douglas
Adrian
on-off theory
The Nobel Prize in
Physiology or Medicine 1963
John Eggles
Alan Hodgkin
Andrew Huxley
"for their discoveries
concerning the ionic
mechanisms involved in
excitation and inhibition in the
peripheral and central portions
of the nerve cell membrane"
Inputs:
problema
the black box
brain:
on-off
Canali ionici:
•Elettrofisiologia
•Farmacologia
•Biologia molecolare
•Live-imaging
Outputs:
soluzione
The Journal of Neuroscience, December 1, 2001, 21(23):9325-9333
- Supplemental Data Oliver Prange & Timothy H. Murphy
John Eccles è considerato il più significativo rappresentante contemporaneo
della concezione dualista dell'essere umano (cartesio)
Eccles sostiene che le facoltà superiori dell'uomo, e in particolare l'autocoscienza, non possono
essere spiegate facendo riferimento esclusivamente all'attività della corteccia cerebrale. Egli
ipotizza l'esistenza di una mente autocosciente, entità in grado di influire sui diversi blocchi
funzionali formati dai neuroni, e nello stesso tempo di subire l'influenza dell'attività di questi
In particolare, la mente autocosciente sarebbe costantemente impegnata nella lettura selettiva di
ciò che avviene nei diversi centri cerebrali. Essa selezionerebbe questi centri in base alla propria
attenzione e ai propri interessi, integrando tale selezione per realizzare istante per istante l'unità
dell'esperienza cosciente
Per Eccles, quindi, l'unità dell'esperienza cosciente non deriva da una sintesi finale operata a livello
neuronale, bensì dall'attività di integrazione svolta dalla mente autocosciente in base a quanto essa
legge selettivamente nei diversi blocchi funzionali del cervello
Nel corso di quegli studi (1944) Eccles spontaneamente e francamente riconobbe falsa la propria
ipotesi della trasmissione “elettrica”, e si dichiarò a favore di quella “chimica”. …. in quel periodo vi
erano state lunghe conversazioni tra Popper e lui sulla metodologia delle scienze e sul criterio della
cosiddetta «falsificazione», come procedimento autocorrettivo dell’indagine scientifica
Karl Popper: il filosofo del falsificazionismo
Neopositivisti:
criterio di significato
Popper:
criterio di demarcazione, basato sulla falsificabilità: se è
vero che per quanti fatti esistano in favore di una teoria non
possiamo mai raggiungere la certezza della sua validità, è
vero anche che è sufficiente un solo fatto in contrasto con la
teoria per dimostrare la sua falsità
Il carattere distintivo della scienza è quindi la possibilità
di falsificazione empirica delle sue teorie; qualora manchi
questa possibilità, si è al di fuori della scienza
“Posso rallegrarmi persino della falsificazione di una teoria
cui tenevo, poiché anche questo è un successo della scienza!”
Dalla trasmissione elettrica alla trasmissione chimica
Da una concezione dogmatica
ad una concezione critica dell’impresa scientifica
giustificazionismo
neopositivismo
falsificazionismo
antipositivista
Eccles: “molti, a cominciare da me, ebbero la propria vita trasformata dalla nuova
ispirata visione della Scienza che Popper ci portò”
Popper: “il problema mente-cervello mi appassiona fin da quando ero ragazzo… tuttavia
non credo che avrei mai scritto qualcosa in proposito se non avessi incontrato Eccles”
“The self and its brain”