cellule di Purkinje
cellule di Purkinje
cellule di Purkinje
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RUOLO DEL CERVELLETTO NEL CONTROLLO DEL MOVIMENTO<br />
considerazioni fisiologiche<br />
Prof. Paolo CAVALLARI<br />
Cattedra d Fisiologia Umana<br />
Dipartimento <strong>di</strong> Me<strong>di</strong>cina, Chirurgia e Odontoiatria - Polo Didattico San Paolo<br />
Università degli Stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> Milano
cervelletto: istologia<br />
Jan Evangelista Purkyne, <strong>Purkinje</strong> (1787-1869)
1200-1400 g<br />
due numeri sul cervelletto<br />
Blinkov SM and Glezer II (1968)<br />
The Human Brain in Figures and Tables, New York, Plenum Press<br />
Escalona PR et al (1991)<br />
Am J Neurora<strong>di</strong>ol 12:927-9<br />
104-122 g<br />
Number of <strong>Purkinje</strong> cells = 15-26 million<br />
Number of synapses made on a <strong>Purkinje</strong> cell = up to 200,000
microstruttura della corteccia cerebellare<br />
Folium<br />
Folium<br />
Molecular layer<br />
<strong>Purkinje</strong> cell layer<br />
Granule cell layer<br />
White matter
• tre strati:<br />
• fibre:<br />
• uscita:<br />
– molecolare<br />
– <strong>Purkinje</strong><br />
– granulare<br />
– rampicanti (olivari)<br />
– muscoi<strong>di</strong> (non olivari)<br />
– parallele<br />
microstruttura della corteccia cerebellare<br />
– <strong>cellule</strong> <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong><br />
rampicanti<br />
muscoi<strong>di</strong><br />
esterno<br />
sostanza bianca<br />
M<br />
P<br />
G
fibre afferenti
microstruttura della corteccia cerebellare
le <strong>cellule</strong> del cervelletto<br />
<strong>cellule</strong> <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong><br />
• ogni cellula <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong> riceve una fibra rampicante, che<br />
può formare fino a 26,000 contatti sinaptici con il suo<br />
albero dendritico<br />
• ogni cellula <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong> cell riceve inoltre circa 175,000<br />
contatti sinaptici dalle fibre parallele (nel ratto)<br />
• ogni fibra parallela prende contatto con numerosissime<br />
<strong>cellule</strong> <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong><br />
• gli assoni delle <strong>cellule</strong> <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong> costituiscono la<br />
principale via efferente del cervelletto, attraverso i nuclei<br />
cerebellari.
microstruttura della corteccia cerebellare
le <strong>cellule</strong> del cervelletto<br />
Le <strong>cellule</strong> dei granuli sono ecitatorie ed utilizzano glutammato<br />
come me<strong>di</strong>atore sinaptico<br />
Sono attivate dalle fibre muscoi<strong>di</strong><br />
Gli assoni delle <strong>cellule</strong> dei granuli costituiscono il sistema delle<br />
fibre parallele
microstruttura della corteccia cerebellare
le <strong>cellule</strong> del cervelletto<br />
<strong>cellule</strong> stellate localizzate nello<br />
<strong>cellule</strong> a canestro strato molecolare<br />
le <strong>cellule</strong> <strong>di</strong> Golgi sono localizzate nello strato<br />
granulare; il loro assone, insieme alle fibre<br />
muscoi<strong>di</strong> e ai dendriti delle <strong>cellule</strong> dei granuli<br />
costituiscono il glomerulo.
Parallel fibers<br />
Mossy fibers<br />
Gr<br />
G<br />
GABA<br />
Spinal cord and brain stem<br />
la circuiteria<br />
St<br />
P<br />
Deep cerebellar<br />
nuclei<br />
GABA<br />
B<br />
B: Basket cells<br />
Gr: Granule cells<br />
G: Golgi cells<br />
P: <strong>Purkinje</strong> cells<br />
St: Stellate cells<br />
P<br />
Climbing fibers<br />
From inferior olivary nucleus<br />
Dendrites<br />
Excitatory<br />
Inhibitory
microstruttura della corteccia cerebellare
microstruttura della corteccia cerebellare
<strong>cellule</strong> <strong>di</strong> <strong>Purkinje</strong>: spikes semplici e complessi
cervelletto: fisiologia
funzioni del cervelletto<br />
• integra varie forme <strong>di</strong> informazioni sensoriali per rendere<br />
armonico ed accurato il movimento volontario<br />
• modula il comando motorio e controlla velocità e traiettoria<br />
<strong>di</strong> un movimento<br />
• controlla il tono muscolare, la postura e l’equilibrio<br />
• controlla la produzione verbale<br />
• è necessario per alcune forme <strong>di</strong> appren<strong>di</strong>mento motorio
attività dei nuclei cerebellari<br />
• i neuroni del fastigio sono attivati selettivamente durante la<br />
locomozione<br />
• i neuroni dell’interposito scaricano quando la posizione <strong>di</strong> un arto viene<br />
alterata da una forza transiente, per compensare e correggere il<br />
movimento<br />
• l’attività neuronale del dentato precede l’inizio del movimento ed è<br />
attivato dall’associazione mentale con stimoli visivi o u<strong>di</strong>tivi
deficits in stan<strong>di</strong>ng and walking<br />
effetti <strong>di</strong> lesioni dei nuclei cerebellari<br />
arm tremor during reaching;<br />
lack of coor<strong>di</strong>nation in the<br />
agonist-antagonist muscles<br />
normal<br />
lesioned:<br />
excessive<br />
angulation of<br />
shoulder; target<br />
overshoot<br />
deficits in reaching and<br />
pinching; decomposition of<br />
movement
scarica neuronale durante il movimento attivo<br />
movimento rapi<strong>di</strong> in risposta a stimolo visivo<br />
← inizio del movimento<br />
← sviluppo del movimento
scarica neuronale durante il movimento attivo<br />
mantenimento <strong>di</strong> una posizione costante + <strong>di</strong>sturbo<br />
← riflesso da stiramento
scarica neuronale durante il movimento attivo<br />
componente riflessa<br />
componente volontaria<br />
uomo EMG del m. bicipite<br />
scimmia neuroni del dentato
effetti <strong>di</strong> lesioni cerebellari<br />
un paziente portatore <strong>di</strong> una lesione all’emisfero cerebellare sinistro<br />
è sottoposto ad un test in cui deve allungare due molle,<br />
con la mano destra e con la mano sinistra, e manterele stirate<br />
la mano destra, lato sano, si muove<br />
rapidamente ed accuratamente, mantenendo<br />
la molla stirata in modo opportuno<br />
la mano sinistra, lato patologico, inizia il<br />
movimento con ritardo, si muove lentamente,<br />
compie numerosi aggiustamenti, oltrepassa<br />
la mira e non riesce a mantenere la molla<br />
stirata<br />
Time
sincronizzazione dell’attività degli antagonisti
isposte oscillatorie nel movimento volontario<br />
mantenimento <strong>di</strong> una posizione costante + <strong>di</strong>sturbo movimento volontario<br />
Villis T and Hore J (1977) J Neurophysiol 40:1214-1224
isposte oscillatorie durante un movimento riflesso<br />
riflesso ten<strong>di</strong>neo in un soggetto sano (A) ed in un paziente cerebellare (B)
atassia cerebellare (a<strong>di</strong>adococinesi)<br />
scarica tonica a riposo<br />
inibizione<br />
scarica tonica a riposo<br />
inibizione
atassia cerebellare (a<strong>di</strong>adococinesi)
movimenti <strong>di</strong> inseguimento nell’atassia cerebellare<br />
normale patologico normale<br />
patologico
atassia da ingestione <strong>di</strong> alcool
A<br />
cervelletto e controllo posturale<br />
B
cervelletto e controllo posturale
tennis e cervelletto: coor<strong>di</strong>nazione occhio-mano
RC Miall, GZ Reckess, H Imamizu (2001) Nature neuroscience, 4(6):638-644<br />
coor<strong>di</strong>nazione occhio-mano
lesioni<br />
agli emisferi<br />
coor<strong>di</strong>nazione <strong>di</strong> più segmenti: mano-piede<br />
lesioni<br />
vermiane<br />
e<br />
paravermiane
lesioni<br />
agli emisferi<br />
coor<strong>di</strong>nazione <strong>di</strong> più segmenti: mano-piede<br />
lesioni<br />
vermiane<br />
e<br />
paravermiane
appren<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> movimenti nuovi
appren<strong>di</strong>mento motorio (correzione <strong>di</strong> un errore)<br />
Martin TA et al (1966a,b) Brain 119:1183-1198;1199-1211
appren<strong>di</strong>mento motorio (correzione <strong>di</strong> un errore)<br />
Martin TA et al (1966a,b) Brain 119:1183-1198;1199-1211
appren<strong>di</strong>mento motorio (correzione <strong>di</strong> un errore)<br />
Martin TA et al (1966a,b) Brain 119:1183-1198;1199-1211
appren<strong>di</strong>mento motorio (regolazione <strong>di</strong> guadagno)
appren<strong>di</strong>mento motorio (regolazione <strong>di</strong> guadagno)<br />
movimento occhi<br />
flocculo<br />
can. sem.<br />
movimento testa<br />
sopressione VOR<br />
con fissazione<br />
al buio
appren<strong>di</strong>mento motorio (regolazione <strong>di</strong> guadagno)<br />
Optican and Robinson (1980)<br />
J Neurophysiol 44(6):1058-76
vie del riflesso con<strong>di</strong>zionato dell’ammiccamento
effetto <strong>di</strong> lesioni cerebellari sul riflesso con<strong>di</strong>zionato
attività dell’interposito durante il con<strong>di</strong>zionamento<br />
<strong>di</strong>saccoppiati accoppiati<br />
tono<br />
soffio<br />
giorno 1 giorno 2<br />
tono soffio tono soffio<br />
120 trials 120 trials
funzioni cognitive<br />
• stu<strong>di</strong> PET e fMRI, nell’uomo, hanno <strong>di</strong>mostrato siti <strong>di</strong> attivazione del<br />
cervelletto dutrante compiti cognitivi<br />
• adulti e bambini portatori <strong>di</strong> lesioni confinate al cervelletto soffrono <strong>di</strong><br />
alterazioni affettive e cognitive (deficit <strong>di</strong> working memory, <strong>di</strong>sturbi visuospaziali,<br />
mutismo, problemi intellettivi)<br />
• il cervelletto sembrerebbe implicato sia nell’autismo che nella<br />
schizofrenia
funzioni cognitive (<strong>di</strong>scriminazione sensoriale)<br />
JH Gao et al. (1996) Science, 272:545 - 547
funzioni cognitive (immaginazione motoria)
funzioni cognitive (<strong>di</strong>scriminazione <strong>di</strong> ritmo e melo<strong>di</strong>a)
funzioni cognitive (scale vs. concerto)
funzioni cognitive (musica suonata e immaginata)
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