Cervello 2

Il nostro cervello , insieme ai comportamenti bizzarri che talvolta produce, è il prodotto di una storia lunga e molto caotica, una storia che ha dato casualmente origine a un prodotto meraviglioso, eccentrico, creativo.
Rob DeSalle e Ian Tatersall – Brain il cervello istruzioni per l’uso.
Dopo la non introduzione storico letteraria ci si potrebbe chiedere quale dovrebbe essere la meta, il traguardo finale di questo tour del mio cervello nel cervello. Le premesse, in effetti, potrebbero aprire scenari mistico filosofici con raffinate disquisizioni sulla collocazione dell’anima, sul libero arbitrio o sul binomio cervello/mente.
Lo scopo è però molto, molto meno dotto: vorrei solo fare qualche riflessione su come possa succedere che, quando crediamo di agire da esseri liberi, fieramente ribelli e trasgressivi,  ci stiamo, in realtà, riducendo in schiavitù.
Sarà un itinerario breve, il mio: mi limiterò infatti alla visita di una sola area del nostro cervello e precisamente quella principalmente preposta al piacere. (No, cosa avete capito?! Niente luci rosse!)
Il viaggio  ha inizio dai … ratti inseparabili compagni dei neuroscienziati (almeno così  evinco dalla letteratura).
ratto e circuito di  rewardDunque, nel 1954 Olds e Mildner due neuroscienziati che cercavano di localizzare con esattezza le zone del cervello responsabili delle diverse emozioni, progettarono un esperimento in cui stimolavano ( con piccole scariche elettriche) precise parti del cervello di un ratto attraverso un sistema di elettrodi. Nel corso dell’esperimento, si resero conto che, quando sistemavano gli elettrodi in punti particolari del cervello, l’animale sembrava gradire lo stimolo . Predisposero così un meccanismo che gli desse la possibilità di auto stimolarsi abbassando una leva. In breve il ratto arrivò ad abbassare quella leva, e quindi ad autostimolarsi, incessantemente, ignorando cibo, acqua e femmine in calore fino a raggiungere lo sfinimento.
II ratto era quasi morto ma i due scienziati avevano localizzato nel cervello il “centro del piacere” e aperto la strada alla comprensione dei meccanismi preposti alla gratificazione.

Anche se dottrine religiose di ogni tipo hanno fatto sì che la parola evochi immediatamente il peccato, Il piacere è uno dei fattori chiave che ha permesso l’evoluzione e la sopravvivenza dell’uomo.
Il nostro cervello è programmato per indurci a ricercare e ripetere le attività per noi piacevoli, come ad esempio mangiare, stare insieme agli amici, avere rapporti sessuali, ecc. e quella parte del cervello, che ci permette di provare piacere, è un delicato sistema, regolato da impulsi elettrici e risposte chimiche.
Iniziamone l’esplorazione.
Il luogo

sistema limbico

sistema limbico

L’immagine ci mostra Il sistema limbico, la porzione del Sistema Nervoso Centrale che interviene nell’elaborazione di tutto l’insieme dei comportamenti correlati con la sopravvivenza :
Elabora le emozioni e le manifestazioni vegetative che ad esse si accompagnano
È coinvolto nei processi di memorizzazione

Il sentiero

sistema limbico di reward

Un gruppo di cellule nervose, presenti nell’area tegmentale ventrale (VTA), sopra al tronco encefalico, che mandano messaggi di piacere ai neuroni di un nucleo (nucleo accumbens ), che produce dopamina e a quelli di alcune aree delle regioni frontali.

Una volta entrati nel sistema limbico, ci inoltriamo per un sentiero particolare, quello che i neuro scienziati definiscono ”sistema dopaminergetico mesolimbico di reward” un circuito la cui attivazione rende piacevole il nutrirsi, il bere, le interazioni sociali (comportamento sessuale) indispensabili per la sopravvivenza della specie.

I protagonisti

Ma chi si incontra lungo il percorso?
Esplorando il sistema di comunicazione usato dal cervello, scopriamo che Il centro di comunicazione è formato da miliardi di cellule nervose: i neuroni .
Eccone unoneurone

 

Non quello !

neurone

Vediamo come è strutturato

architettura del neurone

L‛architettura dei neuroni consiste in un corpo cellulare e in due serie di strutture addizionali dette “processi”. Una di queste strutture è costituita dagli assoni; il loro compito è quello di trasmettere l‛informazione da un neurone ad altri neuroni connessi con il primo. L‛altra struttura è costituita dai dendriti che hanno il compito di ricevere l‛informazione trasmessa dagli assoni di altri neuroni. Entrambe queste formazioni entrano a far parte di strutture di contatto specializzate chiamate sinapsi

Sono le reti di neuroni che consentono il passaggio di informazioni all’interno del cervello tra le sue diverse strutture, la colonna vertebrale ed il sistema nervoso periferico (dal centro alla periferia e al contrario).
Queste reti nervose coordinano e regolano tutto ciò che sentiamo, pensiamo e facciamo. In media, ciascun neurone comunica direttamente con circa 1000 altri neuroni, quindi moltiplicando per il numero di cellule nervose, si può stimare che nel cervello vi siano circa100.000 miliardi di contatti.

Ma come avviene la comunicazione tra neurone e neurone?

comunicazione

Avvertenza . Da questo momento il lettore potrà scegliere tra due percorsi: quello essenziale ,in rosso o l’altro, in nero, un poco più approfondito.
1) Ogni cellula nervosa nel cervello invia e riceve messaggi in forma di impulsi elettrici.

Siamo quindi delle centrali elettriche? In qualche modo è proprio così.
Tutte le cellule del nostro organismo sono immerse in un liquido formato da acqua e sali, neurone a riposodal quale sono isolate grazie alla membrana cellulare che le circonda. Sia nel liquido esterno che in quello presente all’interno del neurone vi sono diversi tipi di molecole elettricamente cariche: gli ioni. Alcuni ioni hanno una carica positiva mentre altri hanno una carica negativa. Gli ioni più rappresentati sono gli ioni sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca++) e cloro (Cl-). Quando un neurone non sta producendo segnali, si dice che è “a riposo”. Quando un neurone è a riposo, il suo interno è negativo rispetto all’esterno perché presenta una differenza di concentrazione fra ioni sodio e potassio: precisamente all’interno c’è una maggiore concentrazione di ioni K* e all’esterno di ioni Na*

Ma perché il sistema non evolve spontaneamente verso l’equilibrio?

Anche se le diverse concentrazioni ioniche ai due lati della membrana cercano di bilanciarsi, ciò non avviene, in quanto la membrana cellulare consente il passaggio di solo alcuni ioni, attraverso canali specializzati che si aprono o chiudono in virtù di particolari pompe. La membrana cellulare a riposo mantiene una differenza di potenziale perché dotata di pompe Na+/ K+ che consumano energia per spostare 3 ioni Na+ fuori dal neurone ogni 2 ioni K+ che vengono portati all’interno.
In tal modo il versante citoplasmatico (interno) della cellula diviene più negativo del versante esterno.
Questa differenza fissa, detta potenziale di riposo, si aggira, per quasi tutti i neuroni, attorno ai -70 millivolt. Abbiamo detto che per far ciò, le cellule devono consumare dell’energia: si è calcolato che le pompe ioniche potrebbero essere responsabili di circa il 70% del fabbisogno energetico del cervello.

L’arrivo di un messaggio provoca un flusso di ioni che modifica la differenza di potenziale tra i due versanti della membrana cellulare. Se tale differenza aumenta, ovvero se il potenziale diviene più negativo, si dice che la membrana si iperpolarizza. Viceversa se la differenza di potenziale tra il versante interno ed esterno della membrana diminuisce, si dice che la membrana si depolarizza. Le correnti iperpolarizzanti o depolarizzanti che vengono generate nei dendriti si propagano, attraverso il corpo cellulare, sino a raggiungere la porzione iniziale dell’assone. Qui isegnali ricevuti dai vari dendriti del neurone vengono sommati algebricamente e, se ilcomputo finale è quello di una corrente che depolarizza la membrana cellulare dell’assone tanto da raggiungere il cosiddetto valore di soglia (che in molti neuroni si aggira attorno ai -55 millivolt), si innesca un impulso nervoso o potenziale d’azione. Al contrario se tale valore critico non viene raggiunto il potenziale non parte.

Passaggio da neurone a neurone
2) La cellula riceve ed elabora i messaggio, poi li invia ad altri neuroni.

processo di trasmissione dei neurotrasmettitori
I neuroni hanno tutti in comune il fatto che la loro attività è sia elettrica che chimica.

I neuroni cooperano e competono l‛uno con l‛altro nel regolare lo stato complessivo del sistema nervoso, circa nello stesso modo in cui gli individui di una società collaborano e competono nel prendere una decisione comune. Segnali chimici giunti ai dendriti dagli assoni con cui sono a contatto vengono trasformati in segnali elettrici, che si sommano o si sottraggono ai segnali elettrici che vengono ricevuti da tutte le altre sinapsi, determinando così la decisione di propagare o meno il segnale risultante verso una nuova destinazione. In questo caso, i potenziali elettrici viaggiano lungo l‛assone verso le sinapsi poste sui dendriti del neurone adiacente

Neurotrasmettitori messaggeri
3)I messaggi, o “impulsi elettrici”, per passare agli altri neuroni, vengono trasportati da sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori che appunto trasmettono i messaggi tra i neuroni.

Il segnale elettrico viene trasmesso da un neurone all’altro attraverso la sinapsi. Perché ciò si verifichi, si attua prima una conversione da energia elettrica a chimica nel neurone presinaptico e da chimica a elettrica in quello postsinaptico. La chiave di questo meccanismo è la liberazione, da parte del neurone presinaptico, di un neurotrasmettitore, che può eccitare o inibire la capacità del neurone postsinaptico di produrre potenziali d’azione. Lo spazio sinaptico è esterno ai neuroni.

Nelle sinapsi chimiche le due cellule non sono in contatto tra loro, ma sono separate da una minuscolo spazio (0,03 μm), chiamato fessura sinaptica. La presenza di quest’interruzione rende impossibile il passaggio diretto delle correnti ioniche, quindi per poter proseguire il suo viaggio, l’impulso deve “cambiare identità”. Così il segnale elettrico viene convertito in un segnale chimico e attraversa in questa forma lo spazio sinaptico, per poi essere nuovamente convertito in un impulso elettrico.
La trasmissione sinaptica avviene in fasi successive, che si susseguono rapidamente. Il punto fondamentale di questo processo è nella liberazione di molecole chiamate neurotrasmettitori.

E a proposito di neurotrasmettitori, questo video riporta l’installazione interattiva ideata dalla dottoressa Maggie Zellner e realizzata da Helene Alonso presentata a Milano nel corso della mostra BRAIN. Spiega molto bene gli effetti di alcuni fra i più importanti neurotrasmettitori (endorfina, dopamina, ossitocina e ormoni legati allo stress quali il cortisolo) utilizzando come “cavia” un bimbetto goloso di biscotti.

Nelle terminazioni presinaptiche, i neurotrasmettitori sono concentrati in particolari organelli, chiamati vescicole sinaptiche.
L’arrivo del potenziale d’azione provoca l’apertura di canali permeabili allo ione Ca2+. Il flusso di Ca2+ attraverso la membrana causa un notevolissimo aumento della concentrazione di questo ione in vicinanza delle vescicole legate alla membrana. Il Ca2+ induce un processo di fusione tra la membrana delle vescicole e quella della terminazione cellulare presinaptica. Le vescicole riversano quindi il loro contenuto nella fessura sinaptica, dove entrano rapidamente in contatto con alcune proteine, presenti nello spessore della membrana della cellula postsinaptica, chiamate
recettori.

Recettori – i ricevitori dei messaggeri chimici

recettori dopamina

4) Il neurotrasmettitore, rilasciato dal neurone, si aggancia ad un sito presente sul corpo cellulare di un altro neurone, specializzato nel riceverlo, chiamato recettore.
Il neurotrasmettitore e il suo recettore operano con specifico meccanismo che assicura che ogni recettore trasmetta il giusto messaggio solo dopo la sua interazione con il giusto tipo dineurotrasmettitore, come una “chiave” (il neurotrasmettitore) ed una “serratura” (il recettore).

 

I trasportatori – ovvero i riciclatori dei messaggeri chimici

5)Una volta che il messaggio è stato “inviato” e quindi bisogna arrestare la trasmissione (il segnale tra neuroni) il neurotrasmettitore viene riportato nella cellula da cui proviene da una proteina trasportatrice presente su questo neurone. Termina così “il dialogo”.

I neurotrasmettitori hanno continuamente bisogno di essere spazzati via e riutilizzati o eliminati. Se rimangono bloccati sui recettori della superficie neurale postsinaptica, o se un gruppo di neurotrasmettitori sta fermo intorno alla sinapsi, allora la cellula postsinaptica non riesce più a percepire le variazioni di concentrazione e il neurone rimane inattivato.
Ogni neurotrasmettitore ha il suo modo per essere spazzato via e rendere efficiente la sinapsi. Per alcuni può essere necessario un detersivo energico che li sciolga: è il caso dell’aceticolina, per altri, come la serotonina basta un buon aspirapolvere; per la dopamina è necessario un allontanamento verso i reni, dove si dissolve.

L’mmagine seguente  riassume il processo di comunicazione

trasmissione

Le cellule cerebrali per comunicare tra di loro rilasciano una sostanza chimica (neurotrasmettitore) nello spazio che separa due cellule, la sinapsi. l neurotrasmettitore attraversa lo spazio sinaptico si attacca alle proteine (i recettori) presenti sulle cellule cerebrali riceventi, che si modificano e così il messaggio viene trasmesso.

La trasmissione dei messaggi di piacere avviene attraverso la produzione del
neurotrasmettitore chiamato dopamina.

Ma che cosa è la dopamina ?

dopamina

La dopamina è un messaggero chimico che aiuta la trasmissione di segnali nel cervello e in altre parti vitali. Si trova negli uomini e negli animali vertebrati e invertebrati
Fu sintetizzata la prima volta nei laboratori Welcome di Londra da George Barger e James Ewens nel 1910
Nel 1958 in Svezia, Arvid Carlsson and Nils-Åke Hillarp scoprirono la sua funzione di neurotrasmettitore. Nel 2000, Arvid Carlsson ebbe il Nobel per aver dimostrato che la dopamina non è solo un precursore della norepinefrina e dell’epinefrina( neuro trasmettitori) ma è essa stessa un neurotrasmettitore.
Per certi versi la dopamina è il punto critico di tutto il fantastico meccanismo fin qui descritto infatti

Tutte le sostanze d’abuso hanno come bersaglio il sistema della ricompensa cerebrale che modificano inondandolo di dopamina.
Come abbiamo visto, la dopamina è un neurotrasmettitore presente in regioni cerebrali che regolano il movimento, l’emozione, la motivazione, la cognitività, la sensazione di piacere. La sovrastimolazione di questo sistema, che ci ricompensa per i nostri comportamenti naturali, produce effetti euforizzanti nelle persone che utilizzano droghe e insegna loro a ripetere il comportamento.

Il nostro cervello è programmato per assicurare la ripetizione delle attività che sostengono

la vita associando queste attività con il piacere o la ricompensa. Una volta che questo circuito viene attivato, il cervello nota che evidentemente qualche cosa di importante sta accadendo e che necessita di essere ricordato; ci insegna quindi come farlo e rifarlo ancora, senza pensare.

Poiché le droghe stimolano questo circuito, noi impariamo ad abusarne.

Tratto da: Brain – Rob de Sale e Ian Tattersall :

“Quando vengono immesse nel sistema certe sostanze , la dopamina viene rilasciata in modo innaturale nel sistema limbico in grande quantità ( fino a dieci volte più del normale). Il cervello allora inizia a dire a sé stesso:” Se mi faccio di droga riesco a ottenere una ricompensa enorme per quanto riguarda il piacere”
Il grande aumento di dopamina causato da droghe come cocaina e eroina sarà erroneamente interpretato dal cervello come normale. La necessità di quest’ultimo di mantenere un livello “normale”, regolato sul rialzo di dopamina, supererà qualsiasi cosa e, dal momento che la droga sarà l’unico elemento in grado di soddisfare le sue aspettative, questa sarà utilizzata ripetutamente.
Nella dipendenza accade che i livelli costantemente elevati di dopamina,nel cervello dei consumatori, creino cambiamenti fisici e duraturi nel loro cervello e che i neuroni diventino sordi agli stimoli, il che porta alla perdita dei recettori nella sinapsi. Il sistema alla fine si esaurisce con risultati drammatici. Si ha un dirottamento neurale e e adam Kepecs dei Cold Spring Harbor Laboratories spiega così”
“Imma giniamo di essere golosi di cioccolato. Nel corso del tempo impariamo a prevedere che il gelato al cioccolato sarà buonissimo e aspettando di riceverlo non sarà più rilasciata dopamina. Al contrario, se assumiamo una droga che crea dipendenza, non impareremo mai a prevedere quanto questa sia buona , perché sarà la droga stessa a rilasciare un po’ di dopamina in più.
Quando ciò accade, il valore di quella droga continua ad aumentare, perché adesso abbiamo capito che :
“Wow, le mie aspettative sono state superate, perciò questo deve avere molto più valore di quanto pensassi prima “
Quindi, ciò che in pratica accade è che il sistema della dopamina viene dirottato da queste droghe.”
Uno degli aspetti critici della dipendenza è che mentre è in corso il dirottamento e il consumatore è sempre più esposto alla droga, il cervello impara in fretta che la droga è necessaria e la memoria, specialmente quel tipo di memoria definita condizionante, rafforzerà il desiderio della droga stessa.
Il cervello “ dirottato” adesso si trova in assoluto svantaggio, con i rafforzamento del piacere e la memoria condizionante che gli remano contro.
La dipendenza si verifica quando l’impulso di consumare l’agente che aumenta il livello di dopamina diventa incontrollabile.”
CONTINUA …

Fonti

libri

Rob de Sale e Ian Tattersall-Brain – Codice edizioni

E’ il catalogo della mostra Brain tenutasi a Milano nel 2013

Elkhonon Goldberg- La sinfonia del cervello-  2010 Salani

J.D Vincent- Biologia delle passioni_ Einaudi 1988

dalla rete

http://www.unibs.it/sites/default/files/ricerca/allegati/Neuroscienze_per%20iniziare_testo%20complementare.pdf

http://www.neuroscienzedipendenze.it/

http://www.insostanza.it/wp-content/uploads/2013/01/La_scienza_NIDA-indice.pdf

 

 

Annunci

Informazioni su spanni

prof. di chimica
Questa voce è stata pubblicata in approfondimenti, didattica, seconde AFM e contrassegnata con , , , , , , . Contrassegna il permalink.

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...