Il Sistema Nervoso Sensoriale

Il sistema nervoso centrale e le funzioni sensoriali

Sensazione e percezione

Cosa vedi? Immagine a due vie: Jastrow 1900

Dall’alfabeto al codice del sistema nervoso centrale Alfabeto: il potenziale d’azione è uno stereotipo cioè è sempre uguale e non porta con sè informazione circa la natura dello stimolo Codifica dell’intensità legata alla frequenza dei potenziali d’azione Quali altre informazioni servono???

Codifica del segnale nervoso

Le informazioni riguardano: natura, l’intensità, la durata e la localizzazione dello stimolo

Elaborazione del messaggio, confrontandolo con altri messaggi ricevuti in passato, attraverso la memoria, l’emozione e il ricordo

Forma

Aree associative Profumo Colore

Organizzazione del sistema nervoso centrale

….e del sistema nervoso periferico

Il midollo spinale

Via afferente sensitiva: schema

Recettori o trasduttori di energia Struttura periferica comune a tutti i sistemi sensoriali. Uniche “porte” che ci permettono di entrare in contatto con l’ambiente, sia esterno o interno. RECETTORE Stimolo fisico (Energia incidente)

p. d’azione Energia elettrica

Stimolo adeguato fotorecettori → stimoli luminosi termocettori → stimoli termici chemocettori → stimoli olfattivi e gustativi. La forma di energia dello stimolo è definita modalità sensoriale.

Classificazione recettori • Esterocettori: ricevono dati dal mondo esterno • Enterocettori: ricevono dati dall’ambiente interno • Propriocettori: ricevono dati sulla posizione dell’individuo nel mondo esterno

I Classificazione dei recettori

II III

La trasduzione Stimolo

Scarica di potenziali d’azione

Al SNC Trasduzione del segnale

• Come avviene la trasduzione dell’energia del segnale stimolo in una risposta elettrica?

Il potenziale di recettore potenziale graduato (evento elettrotonico)

→ sommabile spazialmente temporalmente

Il potenziale di recettore si propaga se a livello del primo nodo di Ranvier è a soglia → nasce il potenziale d’azione Recettori del I tipo: il potenziale di recettore depolarizzante si propaga fino al cono di emergenza e, se a soglia, dà origine direttamente al potenziale d’azione. Recettori del II tipo: il potenziale di recettore determina, o in altri casi inibisce, il rilascio di un neurotrasmettitore, che a sua volta determina la nascita del potenziale d’azione o arresta la trasmissione dell’impulso nervoso.

Recettori sensoriali Vibrazione cutanea

Corpuscolo di Pacini

Segnale elettrico

• Rilevano una determinata forma di energia

DRG

Al SNC Trasduzione del segnale

• Trasducono un segnale stimolo in un segnale elettrico

Recettori sensoriali-modelli base • Fotorecettori – Rispondono alla luce

• Meccanorecettori – Rispondono a deformazioni meccaniche

• Termocettori – Rispondono a variazioni di temperatura

• Chemorecettori – Rispondono alla presenza di determinate molecole

Recettori sensoriali-elenco •

Fotorecettori – – –

•

Recettori cutanei • • • •

–

Cellule ciliate • •

–

Acustiche (udito) Vestibolari (equilibrio)

Propriocettori • •

– –

Pacini (vibrazione, derma) Ruffini (pressione, derma) Meissner (vibrazione, superficie) Merkel (pressione, superficie)

Fusi neuromuscolari (stiramento muscolare) Organi tendinei del Golgi (stiramento delle articolazioni)

Recettori di stiramento nei visceri Nocicettori

Termocettori – – – –

Coni (visione fotopica) Bastoncelli (visione scotopica) Neuroni gangliari melanopsina+

Meccanorecettori –

•

•

Recettori del caldo Recettori del caldo intenso Recettori del freddo Recettori del freddo intenso

Chemorecettori –

Neuroni olfattivi • •

– – – –

Olfattivi primari Vomeronasali

Cellule gustative Nocicettori Recettori del prurito Altri (recettori dei glomi carotidei, etc)

Attributi degli stimoli sensoriali • Modalitá • Quale forma di energia attiva il recettore in modo efficace?

• Intensitá • Quanta energia contiene lo stimolo?

• Localizzazione • Quale popolazione di recettori viene attivata?

• Cinetica • Quanto durano stimolo e risposta?

Correnti e potenziali di recettore A. Lo stimolo efficace modula una corrente ionica (corrente di recettore, cdr). B. La cdr genera un potenziale di recettore (pdr) graduale simile ai potenziali postsinaptici. C. Il pdr modula la scarica di potenziali d’azione nelle fibre nervose afferenti dirette al SNC.

Classi di canali ionici Voltaggiodipendente

Ligandodipendente (extracell)

Ligandodipendente (intracell)

Meccanodipendente

Temperaturadipendente

chiuso

aperto

• L’apertura dei canali ionici puo’ venire controllata da vari parametri

Recettori sensoriali-modelli base • Fotorecettori – Rispondono alla luce

• Meccanorecettori – Rispondono a deformazioni meccaniche

• Termocettori – Rispondono a variazioni di temperatura

• Chemorecettori – Rispondono alla presenza di determinate molecole

Correnti e potenziali di recettore A. Lo stimolo efficace modula una corrente ionica (corrente di recettore, cdr). B. La cdr genera un potenziale di recettore (pdr) graduale simile ai potenziali postsinaptici. C. Il pdr modula la scarica di potenziali d’azione nelle fibre nervose afferenti dirette al SNC.

A cosa serve il potenziale di recettore?

•

Recettori di tipo I: con assone, generano pda (es. neuroni olfattivi) –

possiedono una regione di codifica del pda simile a quella dei neuroni centrali; il pdr viene codificato in modo simile ai PSP.

•Recettori di tipo II: senza assone, generano potenziali graduali (es. cellule ciliate) •possiedono sinapsi specializzate in cui il rilascio di trasmettitore e’ regolato dal pdr graduale.

Trasduzione sensoriale •

Lo stimolo efficace apre (o chiude) un certo numero di canali CNG o TRP • Le correnti ioniche generano un potenziale di recettore graduale che: oppure RECETTORI DI TIPO I:

RECETTORI DI TIPO II:

Viene codificato in una scarica di potenziali d’azione che viaggiano lungo l’assone fino al SNC

Evoca il rilascio di trasmettitore Genera PSP nel neurone afferente primario I PSP vengono codificati in una scarica di potenziali d’azione che viaggiano lungo l’assone fino al SNC

Dal potenziale di recettore al potenziale d’azione

Che cos’è? Via marcata

natura dello stimolo, particolare via lungo la quale esso è condotto,

Campi recettivi dei neuroni sensoriali

Da dove viene? Capacità discriminativa o acuità ossia organizzazione dei campi recettivi

Stimolo

Stimolo

Campi recettivi e discriminazine tra due punti o acuità

Soglia dei due punti

Campi recettivi e inibizione laterale

Codice spaziale e organizzazione dei campi recettivi La capacità discriminativa dipende dalla dimensione del campo recettivo, che è strettamente correlata alla densità recettoriale.

Campi eccitatori ed inibitori

Centro eccitatorio (on) e periferia inibitoria (off)

Adattamento recettoriale

Recettore fasico o rapido adattamento

I meccanocettori cutanei sono fasici e tonici

Risposta di recettori tonici e fasici

Localizzazione dei suoni

Codificazione di intensità e durata

Psicofsica o relazione stimolo-sensazione

Soglia differenziale

• la più piccola variazione di intensità di uno stimolo in grado di produrre una variazione di sensazione • un incremento minimo di sensazione → variare l’intensità dello stimolo di una frazione costante (k) • Il valore di k varia al variare della modalità sensoriale

La Legge di Weber e Fechner

SE… ∆S =K S Allora la trasduzione non è lineare ma è… È un vantaggio o no?

Legge di Weber e Feckner S = k · log(I / I0)

Trasduzione e percezione • La percezione varia in modo non lineare con l’ampiezza dello stimolo (la differenza tra sollevare 1 kg e 2 kg non e’ uguale alla differenza tra sollevare 10 e 11 kg!!) Legge di Weber:

∆ S=K x S

∆ S= minima differenza percepibile tra due stimoli S= intensita’ dello stimolo Per una data modalita’ sensoriale, K e’ costante

Legge di Stevens • I = intensita’ percepita • S = intensita’ dello stimolo • S0 = intensita’ soglia I = K(S-S0)n Per la maggior parte delle modalita’ sensoriali, n<1 (eccezione: il dolore)

I = K(S-S0)n

Corteccia cerebrale: la corteccia cerebrale di ciascun emisfero è suddivisa in lobi

Aree funzionali della corteccia cerebrale

Aree associative

schematicamente

Schema di arco riflesso vs funzione integrata

Nella corteccia cerebrale si distinguono vari strati

Strutture cerebrali

Tronco encefalico

Midollo spinale: anatomia e organizzazione come centro integrativo

Midollo spinale. Radici anteriori e posteriori

Organizzazione delle vie sensoriali

Vie della sensibilità somatica

controlateralità

Vie somatosensoriali

Homunculus sensitivus

Il principio delle neuroscienze: Mappa PET (tomografia a positroni) di attività cerebrale

Attività cerebrali integrate

THE END

Quali canali ionici producono le cdr? • Canali cationici scarsamente selettivi e scarsamente voltaggiodipendenti • Due famiglie predominanti: – CNG (cyclic-nucleotide-gated) – TRP (transient receptor potential)

• Altri canali (es. Deg/ENaC) possono essere implicati in alcuni casi • In alcuni casi l’attivazione e’ data direttamente dallo stimolo, in altri, tramite passi intermedi

I canali CNG • •

Attivati dal legame del cAMP o cGMP cAMP e cGMP sono prodotti dagli enzimi adenilato ciclasi o guanilato ciclasi e distrutti dalle cAMP- e cGMP-fosfodiesterasi cAMP

Adenilato ciclasi

cAMP CNG attivati

Corrente ionica

cGMP

I canali CNG •

Struttura omologa ai canali voltaggio-dipendenti per il K

•

Tetramero, 6 eliche transmembrana, 1 regione P tra S5 e S6

•

Differenze significative: – Poro senza filtro di selettivita’ per il K – S4 senza cariche sensore del voltaggio – Dominio C-terminale per legame nucleotidi ciclici (cAMP, cGMP)

•

Due sottofamiglie: alfa (CNGA1-4) e beta (CNGB1,3)

cAMP/cGMP binding domain

Canali CNG negli organi di senso • Combinazioni diverse delle subunita’ CNG danno canali con proprieta’ diverse. • Sono note le subunita’ espresse dai vari recettori ma non la loro stechiometria • Bastoncelli: CNGA1/CNGB1a • Coni: CNGA3/CNGB3 • Neuroni olfattivi: CNGA2/CNGA4/CNGB1b • CNG dei recettori olfattivi: sensibili a cAMP e cGMP • CNG dei fotorecettori: sensibili solo a cGMP

I canali TRP • • • •

Scarsamente attivati dal voltaggio Solitamente ancorati al citoscheletro Famiglia eterogenea, con regioni di attivazione variabili Possibili attivatori: – pH – ∆T – IP3/DAG – ∆π – PUFA – stiramento

La famiglia TRP Tutti I TRP sono permeabili ai cationi mono-e divalenti tranne TRPM4, M5 (permeabili solo ai monovalenti) e TRPV5, V6 (permeabili solo al Ca2+ ) Sottofamiglie: •TRPC •TRPV •TRPM •TRPA

Ciascuna sottofamiglia presenta caratteristiche specifiche

Canali TRP negli organi di senso • TRPC2: neuroni vomeronasali, attivato dai feromoni • TRPV1: calore intenso (agonista: capsaicina) • TRPV3: dolore • TRPM5: gusto (dolce, amaro) • TRPM8: freddo intenso (agonista: mentolo) • TRPA1: stimoli meccanici, cellule ciliate • L’apertura dei canali TRP genera una corrente entrante e/o un aumento di Ca2+ intracellulare