LEZ III ANNO Il controllo motorio.pdf - FISIOTERAPIA-Pavia
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<strong>Il</strong> <strong>controllo</strong> <strong>motorio</strong>
Schema delle<br />
principali vie<br />
motorie
I 4 aspetti essenziali del <strong>controllo</strong><br />
<strong>motorio</strong><br />
1. Ruolo dei segnali dei motoneuroni che<br />
innervano i muscoli volontari e loro<br />
configurazione (pattern motoneuronale)<br />
2. Ruolo del midollo spinale<br />
3. Ruolo del feedback sensoriale<br />
4. Ruolo del SNC nel generare e controllare i<br />
movimenti, e sue interazioni con il midollo<br />
spinale
Aspetto 1:<br />
pattern motoneuronale
innervazione muscolare<br />
• Ciascun muscolo contiene numerose fibre muscolari<br />
• La piccola muscolatura delle dita può avere 10 4 fibre,<br />
mentre la grande muscolatura degli arti può averne<br />
10 6 .<br />
• Un muscolo è innervato da più singoli motoneuroni<br />
(MN).<br />
• I corpi cellulari dei MN sono localizzati nel midollo<br />
spinale o, per i muscoli del capo, nel tronco<br />
encefalico<br />
• Dopo essere entrato nel muscolo che innerva<br />
l‟assone di ciascun MN si ramifica ripetutamente.
unità motorie<br />
• La terminazione di ciascuna ramificazione prende<br />
contatto con una singola fibra muscolare mediante<br />
una struttura specializzata chiamata giunzione o<br />
placca neuromuscolare (NMJ).<br />
• Ciascuna fibra muscolare ha solo una NMJ che<br />
corrisponde ad una branca di un singolo MN.<br />
• In tal modo per un dato muscolo ciascun<br />
motoneurone ha l‟esclusivo <strong>controllo</strong> di un gruppo di<br />
fibre muscolari.<br />
• <strong>Il</strong> gruppo di fibre muscolari controllato da un dato MN<br />
è chiamato unità motoria.
Elettrofisiologia dell‟attivazione<br />
delle fibre muscolari<br />
• quando un MN è attivo scarica potenziali di azione.<br />
• ciascun potenziale di azione condotto lungo l‟assone<br />
principale di un MN viaggia anche nelle ramificazioni<br />
assonali all‟interno del muscolo<br />
• quindi attraversa la NMJ e determina una contrazione<br />
('twitch„) simultaneamente in ciascuna fibra della UM.<br />
• potenziali di azione ripetuti oltre una certa frequenza<br />
conducono alla fusione delle contrazioni individuali<br />
ed ad una contrazione sostenuta (tetano).
caratteristiche delle unità motoria<br />
• Le diverse fibre di una data unità motoria non sono<br />
raggruppate ma sono sparse piuttosto ampiamente<br />
nel muscolo.<br />
• Nonostante ciò condividono tutte le medesime<br />
caratteristiche metaboliche - rapide, lente o<br />
intermedie.<br />
• Le unità a contrazione rapida sono anaerobiche e di<br />
diametro maggiore in modo da produrre alti livelli di<br />
forza; le lente sono aerobiche e più piccole.
unità motorie e <strong>controllo</strong> <strong>motorio</strong><br />
• Ci sono due meccanismi con cui il SNC può<br />
controllare i muscoli:<br />
– Reclutamento di nuove unità motorie,<br />
– Stimolazione più elevata (maggior frequenza di<br />
generazione di potenziali di azione) di unità già<br />
reclutate.<br />
• Entrambi i meccanismi vengono utilizzati anche nel<br />
corso di una semplice contrazione graduale.<br />
• Le unità che vengono reclutate per prime tendono a<br />
essere aerobiche piuttosto che anaerobiche.
modulazione della forza :<br />
reclutamento e dereclutamento<br />
•Le unità motorie 1-4<br />
sono reclutate con forze<br />
progressivamente più<br />
elevate<br />
• A seguito del<br />
reclutamento di ciascuna<br />
unità, la frequenza di<br />
scarica dei PA aumenta e<br />
la produzione di forza si<br />
incrementa ulteriormente<br />
Modulazione della frequenza di scarica durante l’aumento e il<br />
decremento della produzione di forza (estensori del ginocchio)
aspetto 2:<br />
ruolo del midollo spinale
midollo spinale: funzioni<br />
• L‟anatomia del midollo riflette direttamente le sue<br />
funzioni:<br />
– ricevere l’informazione somatosensoriale, e<br />
trasmetterla alle varie parti del SNC;<br />
– esportare i comandi motori ai muscoli<br />
– compiere correttamente l’“elaborazione<br />
neurale”, compresa l’interazione con il<br />
cervello per produrre risposte appropriate<br />
• <strong>Il</strong> midollo è molto più che un semplice conduttore di<br />
segnali verso e dal cervello.
midollo spinale: anatomia<br />
• La sezione trasversa del midollo spinale presenta 2 suddivisioni<br />
principali: sostanza grigia e sostanza bianca.<br />
• La prima ha due doppie “corna” che protrudono anteriormente e<br />
posteriormente, con una forma generale ad 'H' o a farfalla<br />
• La sostanza grigia contiene corpi cellulari, dendriti, assoni non<br />
mielinizzati, e terminazioni assonali<br />
• La sostanza bianca contiene le fibre dei tratti (tratto = fascio di<br />
fibre nervose che corrisponde nel SNC al nervo del SNP)<br />
• Una notevole parte dell‟informazione neurale è elaborata dai<br />
neuroni spinali. Circa il 50% del corpo cellulare e dei dendriti dei<br />
motoneuroni spinali è ricoperto da sinapsi.
Tratti nella sostanza bianca<br />
del midollo spinale<br />
• tratti discendenti originano nel cervello e scendono<br />
in basso nel midollo per terminare su interneuroni o<br />
motoneuroni nella sostanza grigia; sono tratti motori.<br />
ad es.: tratto cortico spinale.<br />
• tratti ascendenti originano nel midollo e salgono al<br />
cervello; sono tratti sensoriali. ad es.: tratto<br />
spinotalamico.<br />
• tratti propriospinali interconnettono i neuroni in<br />
differenti segmenti spinali.
fibre sensoriali (afferenti)<br />
• Le fibre nervose “somatosensoriali” entrano nel corno<br />
dorsale (posteriore), si ramificano e prendono sinapsi<br />
o su interneuroni o direttamente su motoneuroni.<br />
• Alcuni dei neuroni di diametro maggiore salgono<br />
direttamente oltre il midollo.<br />
• I loro corpi cellulari sono situati nella radice dorsale o<br />
ganglio spinale.
neuroni motori (efferenti)<br />
• Gli assoni motori lasciano il midollo attraverso le<br />
radici ventrali.<br />
• I loro corpi cellulari sono piuttosto allargati rispetto<br />
alla loro lunghezza.<br />
• Hanno un ampio albero dendritico con moltissime<br />
sinapsi<br />
• Ciascuno di essi controlla una unità motoria.<br />
• Ve ne sono due tipi – (grande diametro) e <br />
(piccolo diametro - riservate ai fusi muscolari).
Albero dendritico di un α-motoneurone
sostanza grigia: microanatomia<br />
I corpi cellulari del motoneurone che innervano lo<br />
stesso muscolo non formano nuclei ben distinti<br />
TUTTAVIA:<br />
• Vi è un raggruppamento funzionale dei corpi cellulari<br />
che servono gruppi di muscoli agonisti<br />
• I motoneuroni che innervano i muscoli del tronco<br />
hanno corpi cellulari mediali e vice versa<br />
• I motoneuroni che innervano i muscoli flessori hanno<br />
corpi cellulari disposti dorsalmente; quelli che<br />
innervano gli estensori giacciono più ventralmente.
Input ai motoneuroni<br />
• Le cellule del corno ventrale ricevono informazioni da<br />
un‟ampia varietà di fonti tra cui:<br />
– interneuroni all‟interno del midollo<br />
– fibre sensoriali<br />
– centri cerebrali superiori.<br />
• Hanno un albero dendritico molto ampio.<br />
• Gli assoni di un motoneurone attraversano spesso un<br />
plesso prima di raggiungere i muscoli che innervano.
contributo del midollo spinale al movimento<br />
• <strong>Il</strong> midollo contiene dei circuiti neurali semplici che<br />
generano “riflessi”<br />
• Inoltre il midollo contiene “programmi motori” che<br />
generano e controllano dei movimenti relativamente<br />
semplici e stereotipati tra cui la locomozione<br />
• I normali movimenti volontari sono il risultato di una<br />
complessa interazione tra:<br />
– questi programmi motori spinali,<br />
– I patterns/influenze motorie generate dal cervello,<br />
– <strong>Il</strong> feedback somatosensoriale che interagisce con<br />
entrambi i precedenti.
Riflessi spinali<br />
• I riflessi, sono la forma più semplice di<br />
comportamento <strong>motorio</strong>, sono definiti come<br />
risposte motorie stereotipate, automatiche,<br />
riproducibili, quasi istantanee che avvengono in<br />
risposta ad uno specifico input sensoriale.<br />
• In un certo qual modo sono indipendenti dal<br />
<strong>controllo</strong> volontario.<br />
• Classificazione:<br />
– Spinali o craniali;<br />
– Somatici o viscerali/autonomici
• esempi di riflessi somatici sono:<br />
– riflesso da stiramento, anche chiamato riflesso<br />
miotattico o riflesso tendineo. Si oppone a<br />
variazione improvvise ed inaspettate della<br />
lunghezza del muscolo<br />
– riflesso flessorio di evitamento, per esempio in<br />
risposta al contatto con una superfice calda o<br />
all‟inciampo su un oggetto contundente<br />
– riflessi statici - da recettori di pressione nel piede
L‟“arco” riflesso<br />
• La via neurale che produce un riflesso è conosciuta<br />
come arco riflesso<br />
• L‟ arco riflesso consiste di<br />
– un recettore,<br />
– una rete di trasmissione nervosa (che consiste in<br />
un neurone sensoriale, un "centro” nel SNC e un<br />
motoneurone)<br />
– un effettore.<br />
• A seconda del riflesso, il “centro” nel SNC può essere<br />
molto semplice (ad es.: una singola sinapsi) o<br />
complesso con molte sinapsi e interneuroni
<strong>Il</strong> riflesso miotattico (da stiramento)<br />
• L‟ arco riflesso consiste nei fusi muscolari, nelle fibre<br />
sensoriali Ia/II, α-motorneurone, e nelle fibre<br />
muscolari extrafusali.<br />
• I rami delle fibre sensoriali dal fuso muscolare<br />
prendono sinapsi direttamente con i dendriti degli α-<br />
motoneuroni che vanno allo stesso muscolo.<br />
• <strong>Il</strong> riflesso è pertanto monosinaptico, e molto rapido<br />
(ritardo di ca. 30 ms).<br />
<strong>Il</strong> funzionamento circuitale del riflesso miotattico non è<br />
tuttavia così semplice come sembra a prima vista.
<strong>Il</strong> riflesso miotattico<br />
Una situazione non così semplice<br />
• <strong>Il</strong> riflesso miotattico, infatti, non solo produce<br />
l‟attivazione riflessa del muscolo stirato, ma anche<br />
– Attiva debolmente i muscoli agonisti ipsilaterali<br />
– Inibisce i muscoli antagonisti ipsilaterali<br />
– Inibisce i muscoli agonisti controlaterali<br />
– Attiva i muscoli agonisti controlaterali
inibizione reciproca<br />
l‟effetto inibitorio avviene sempre grazie ad un interneurone.<br />
nel midollo spinale ci sono moltissimi interneuroni inibitori
connessioni del riflesso da stiramento
plasticità del riflesso da<br />
stiramento<br />
• Dal momento che coinvolge un certo numero<br />
di muscoli differenti, il riflesso da stiramento è<br />
meno stereotipato di quanto la sua<br />
definizione suggerisca.<br />
• L‟intensità del riflesso è definita come il grado<br />
di attivazione muscolare elicitata da un<br />
determinato input sensoriale, che può variare<br />
in un range molto ampio
Fattori che influenzano l‟intensità del<br />
riflesso da stiramento<br />
• Attivazione generalizzata del midollo spinale<br />
(„manovra di Jendrassic‟)<br />
• Su lunghi periodi di tempo il riflesso è allenabile – la<br />
sua intensità aumenta durante i programmi per<br />
l‟allenamento della forza, ma diminuisce durante un<br />
esercizio di resistenza.<br />
• L‟intensità del riflesso cambia anche durante lo<br />
svolgimento di programmi motori specifici, per<br />
esempio durante il pattern del cammino umano.
Plasticità dei riflessi da stiramento<br />
durante compiti motori.<br />
• studi del ciclo del passo indicano che l‟intensità del<br />
riflesso è anche regolata durante lo svolgimento<br />
dell‟attività motoria<br />
• per esempio, la forza del riflesso da stiramento è<br />
correlata linearmente all‟attività EMG del soleo, per<br />
qualsiasi data attività.<br />
• La relazione lineare è tuttavia diversa a seconda<br />
dell‟attività: stare in piedi, camminare o correre.
RIFLESSO H (mV)<br />
intensità del riflesso durante il cammino<br />
•durante il cammino e la corsa<br />
l‟intensità del riflesso è<br />
direttamente proporzionale<br />
all‟ampiezza dell‟ EMG del<br />
soleo<br />
8<br />
• l‟ampiezza dell‟ EMG del<br />
soleo aumenta durante la fase<br />
di appoggio e fornisce la<br />
maggiore forza propulsiva<br />
durante la fase di “scalcio” da<br />
terra<br />
•L‟incremento dell‟intensità<br />
permette al riflesso da<br />
stiramento di incrementare<br />
ulteriormente l‟attivazione del<br />
soleo durante questa fase<br />
cammino<br />
corsa<br />
300<br />
AMPIEZZA EMG MEDIA DEL SOLEO (mV)
• In tal modo il riflesso da stiramento contribuisce al<br />
cammino<br />
• <strong>Il</strong> riflesso flessorio rappresenta spesso anche un<br />
componente di patterns motori più complessi ed<br />
anche la sua intensità varia durante i movimenti<br />
• in generale, pertanto, i riflessi non dovrebbero essere<br />
considerati una forma completamente separata del<br />
comportamento <strong>motorio</strong>.
aspetto 3:<br />
Ruolo del feedback sensoriale
sensi<br />
Sensi speciali<br />
Vista*, Udito, Odorato, Gusto, Equilibrio*<br />
Somatosensazione<br />
Superficie cutanea<br />
Tatto*, Dolore, Temperatura<br />
Interni<br />
Fusi muscolari*, organi del Golgi *,<br />
Recettori articolari*, Chemosensori,<br />
Pressocettori, Algorecettori, Termorecettori<br />
*forniscono l‟informazione propriocettiva
Inputs sensoriali che influenzano il<br />
movimento<br />
• L‟ informazione sensoriale è vitale per produrre<br />
movimenti controllati e finalizzati.<br />
– Nel breve periodo (regolazione dei movimenti in<br />
corso)<br />
– Nel lungo periodo (apprendimento <strong>motorio</strong>)<br />
• <strong>Il</strong> cervello utilizza le informazioni provenienti dal sensorio<br />
sia specializzato che somatosensoriale<br />
• <strong>Il</strong> midollo spinale utilizza solo l‟informazione<br />
somatosensoriale.<br />
• L‟informazione propriocettiva fornisce al SNC<br />
informazioni sulla posizione e il movimento del corpo
Propriocezione<br />
• Fornisce al SNC informazioni sulla disposizione<br />
reciproca (una rispetto all’altra) delle differenti parti<br />
del corpo, e come questa disposizione sta<br />
cambiando<br />
• La sensazione propriocettiva proviene principalmente<br />
da recettori muscolari ed articolari.<br />
• Questa porzione del sistema somatosensoriale è<br />
strettamente integrata con il sistema vestibolare, che<br />
controlla la posizione e il movimento del corpo nel<br />
suo insieme.
Propriocettori muscolari<br />
• includono<br />
– fusi muscolari: che segnalano la lunghezza del<br />
muscolo e la velocità con cui questa cambia<br />
– organi tendinei del Golgi : segnalano la intensità<br />
della contrazione (forza)<br />
• entrambi sono essenzialmente dei recettori di<br />
stiramento, ma i primi sono disposti in parallelo ed i<br />
secondi in serie alle fibre muscolari.
organi tendinei del Golgi<br />
• Sono eccitati dallo stiramento delle fibre collagene del tendine -<br />
che è a sua volta strettamente correlato all‟intensità della<br />
contrazione (forza) esercitata dal muscolo.<br />
• La base molecolare della trasduzione è rappresentata da canali<br />
proteinici, immersi nella terminazione nervosa, sensibili allo<br />
stiramento meccanico<br />
• quando la terminazione nervosa è sottoposta a stiramento, i<br />
canali si aprono permettendo l‟ingresso di sodio. La<br />
depolarizzazione che ne risulta scatena la produzione di un<br />
potenziale di azione nella fibra nervosa.<br />
• Gli organi tendinei del Golgi si trovano spesso in associazione<br />
con specifiche unità motorie. Le loro fibre afferenti sono di tipo<br />
1b. Non posseggono fibre efferenti.
Fusi muscolari<br />
• Sono piccole formazioni presenti in tutti i muscoli<br />
volontari contenenti fibre muscolari modificate<br />
delimitate da tessuto connettivo (capsulate),.<br />
• Posseggono due tipi di fibre nervose afferenti :<br />
– Tipo II segnalano la lunghezza<br />
– Tipo 1a segnalano principalmente la velocità<br />
• Le diverse proprietà delle due categorie sono in<br />
relazione con il differente grado di adattamento<br />
• I fusi muscolari ricevono anche fibre motorie <br />
efferenti, che modificano la sensibilità del fuso allo<br />
stiramento.
fusi muscolari
Propriocettori articolari<br />
• I legamenti e le capsule delle articolazioni<br />
contengono una varietà di recettori.<br />
• Sono caratterizzati dall‟essere attivi solo per una<br />
parte dell‟escursione di una articolazione.<br />
• Contribuiscono con i recettori muscolari al senso di<br />
posizione del corpo.<br />
• Si pensa che i recettori articolari siano predominanti<br />
nel senso di posizione statico mentre i recettori<br />
muscolari lo siano in quello dinamico (velocità del<br />
movimento).<br />
• La correzione e la modulazione del senso di<br />
posizione è anche influenzata dai segnali provenienti<br />
da altre strutture sensoriali ad es.: vista, tatto,<br />
apparato vestibolare.
aspetto 4:<br />
ruolo del SNC e sue<br />
interazioni con il midollo<br />
spinale
elazione tra cervello e midollo<br />
spinale<br />
• Nel corso dell‟evoluzione c‟è stata l‟incremento<br />
progressivo della dominanza dei sensi speciali<br />
localizzati nella parte frontale del corpo<br />
• Ciò ha comportato una crescente encefalizzazione<br />
del sistema nervoso (cioè del <strong>controllo</strong> esercitato dai<br />
centri superiori disposti vicino ai sensi speciali).<br />
• Per il <strong>controllo</strong> <strong>motorio</strong>, questo ha significato un<br />
processo di addizione piuttosto che di sostituzione : i<br />
meccanismi più semplici vengono mantenuti ma<br />
possono essere modificati e controllati dai centri<br />
superiori.
• <strong>Il</strong> midollo spinale perciò mantiene ancora un repertorio<br />
complesso di attività motoria ad es.: locomozione,<br />
riflessi di grattamento e spazzamento etc.<br />
• Questa attività ha di norma un <strong>controllo</strong> dai centri<br />
superiori che determina:<br />
– patterns di movimento più flessibili e integrati;<br />
– un‟ influenza tonica inibitoria che assicura la<br />
dominanza dei centri motori superiori sul midollo<br />
spinale.
Ruolo del cervello: vie discendenti<br />
nel midollo spinale<br />
• I muscoli volontari degli arti sono attivati da α-<br />
motoneuroni i cui corpi cellulari sono localizzati nel<br />
midollo spinale<br />
• questi neuroni ricevono un input sinaptico da:<br />
– altri interneuroni spinali,<br />
– neuroni sensoriali,<br />
– neuroni da numerose aree appartenenti a „ centri<br />
motori superiori ‟ del cervello.<br />
• L‟ input dal cervello può agire sia con sinapsi dirette<br />
tra assoni discendenti e motoneuroni, o (più<br />
spesso) con connessioni indirette attraverso uno o<br />
più interneuroni spinali.
• La maggior parte dell‟ influenza dei centri motori<br />
superiori sugli α-motoneuroni è esercitata<br />
indirettamente attraverso interneuroni spinali<br />
• Questi centri motori superiori sono altamente<br />
interconnessi tra loro e partecipano tutti (in grado<br />
diverso) nella maggior parte dell‟attività motoria.<br />
• In termini generali: quanto meno un movimento è<br />
automatico, tanto più è richiesta la partecipazione<br />
della corteccia cerebrale.
vie discendenti<br />
• tratto cortico spinale.<br />
– La maggior parte delle fibre origina dalla corteccia<br />
motoria primaria.<br />
– È coinvolto in modo particolare nei movimenti fini<br />
ed abili.<br />
– Alcune fibre prendono sinapsi direttamente con α-<br />
motoneuroni.<br />
• tratto reticolospinale.<br />
– È coinvolto nel mantenimento della postura<br />
eretta, nell‟orientamento verso eventi esterni e nei<br />
movimenti stereotipati delle estremità.<br />
– La formazione reticolare riceve anche un input<br />
consistente dalla corteccia motoria, dal cervelletto<br />
etc.
• tratto Rubrospinale.<br />
– ruolo non del tutto chiarito nell‟uomo.<br />
• tratto Tectospinale.<br />
– origina dal collicolo superiore (tetto del<br />
mesencefalo), termina nel midollo spinale<br />
cervicale ed influenza anche i muscoli estrinseci<br />
dell‟occhio.<br />
– riceve input dalla retina e dalla corteccia visiva<br />
(scissura calcarina)<br />
– è coinvolto nell‟orientamento del capo e degli<br />
occhi verso un bersaglio (non cosa ma dove).<br />
• tratto Vestibolospinale<br />
– attiva i muscoli assiali e i muscoli prossimali delle<br />
estremità, elicitando i riflessi posturali tesi al<br />
mantenimento dell‟equilibrio.<br />
– media anche i riflessi del collo tesi al<br />
raddrizzamento del capo
corteccia motoria<br />
• Corteccia motoria primaria (M1) – localizzata nel<br />
giro precentrale del lobo frontale.<br />
• Area Premotoria (PMA) – localizzata al davanti della<br />
M1 di cui è molte volte più estesa.<br />
• Corteccia motoria secondaria (M2) o area motoria<br />
supplementare (SMA) - davanti a M1/PMA, sulla<br />
superficie mediale della corteccia.
Corteccia motoria primaria (M1)
• Le Cellule localizzate in aree specifiche della<br />
corteccia motoria stimolano muscoli specifici<br />
(“homunculus <strong>motorio</strong>”), queste aree sono tanto più<br />
ampie quanto più fini e complessi sono i movimenti<br />
controllati<br />
• Per produrre una risposta motoria l‟intensità dello<br />
stimolo portato all‟area premotoria PMA è molto<br />
maggiore rispetto a quella necessaria per la corteccia<br />
motoria primaria M1 e, in genere, i movimenti che ne<br />
risultano sono più complessi, nel senso che<br />
coinvolgono più di una articolazione.<br />
• La PMA è coinvolta nella pianificazione dei<br />
movimenti a livello più elevato, in modo particolare<br />
quando si richiede il <strong>controllo</strong> visivo.
• L‟area motoria secondaria (SMA) coordina le<br />
sequenze più complesse di movimenti, e<br />
anche la coordinazione delle due mani nel<br />
corso di differenti attività .<br />
• Un danno dello SMA causa aprassia motoria,<br />
cioè perdita dell‟abilità motoria, senza<br />
paralisi, per esempio, l‟abilità di compiere<br />
correttamente movimenti separati con<br />
ciascuna mano.
vie efferenti dalla corteccia motoria<br />
• alcune cellule della corteccia hanno assoni che<br />
– formano parte del tratto cortico spinale e<br />
– prendono sinapsi direttamente con motoneuroni<br />
nel midollo spinale.<br />
• questi principalmente servono ai muscoli delle<br />
estremità (specialmente arto superiore).<br />
• la maggior parte delle cellule motorie corticali<br />
tuttavia:<br />
– si collegano direttamente con altre parti del<br />
cervello,<br />
– o sono collegate indirettamente ai motoneuroni<br />
nel midollo spinale (come parte del tratto cortico<br />
spinale).
lesioni del tratto cortico spinale e<br />
della corteccia motoria<br />
• Producono debolezza e perdita dei movimenti<br />
abili specialmente delle dita<br />
• Le lesioni del M1 produce effetti simili ma più<br />
severi.<br />
• lesioni del PMA (area premotoria) non<br />
causano paralisi, ma rallentano i movimenti<br />
complessi<br />
• Molte specie (uccelli e rettili) non hanno la<br />
corteccia motoria – si ritiene pertanto che<br />
serva principalmente per i movimenti fini.
corteccia parietale posteriore (PPC)<br />
• ampia area della corteccia senza nessuna<br />
connessione specifica, diretta, sensoriale o<br />
motoria.<br />
• Sembra che integri l‟informazione sensoriale<br />
proveniente da varie fonti per diversi scopi<br />
• per esempio, è coinvolta nei movimenti<br />
finalizzati verso un bersaglio, nei movimenti tesi<br />
a raggiungere un oggetto e nei movimenti<br />
esplorativi della mano.<br />
• gli individui con un danno della PPC<br />
presentano vari deficit motori soprattutto nei<br />
movimenti che richiedono la modulazione della<br />
presa o nei movimenti alterni (aprassia).
<strong>Il</strong> cervelletto (CB)<br />
• <strong>Il</strong> cervelletto contiene più neuroni che il resto<br />
dell‟encefalo.<br />
• Ha un‟anatomia microscopica molto regolare ed<br />
altamente organizzata (non altrettanto il resto del SN)<br />
• Nonostante questo, i dettagli della sua funzione<br />
rimangono incerti.<br />
• È coinvolto in:<br />
– Risposte di aggiustamento posturale<br />
– coordinazione e regolazione fine di movimenti<br />
volontari e involontari.<br />
– apprendimento di nuovi patterns motori
<strong>Il</strong> cervelletto (CB)<br />
• CB è un centro di elaborazione automatica che svolge<br />
due funzioni principali:<br />
– regolazione dei muscoli posturali raggiungere il<br />
bilanciamento e l‟equilibrio, attraverso i nuclei rossi<br />
del mesencefalo (le risposte sono spesso molto<br />
rapide)<br />
– coordinazione generale dei movimenti coscienti e non<br />
coscienti<br />
• Anche se le risposte posturali compaiono prestissimo<br />
dopo la nascita entrambe queste funzioni possono<br />
essere considerate movimenti appresi.<br />
• Da questo punto di vista pertanto CB può essere visto<br />
come un dispositivo per raffinare l‟apprendimento<br />
<strong>motorio</strong>
Anatomia e fisiologia cerebellare<br />
• <strong>Il</strong> componente funzionale principale è rappresentato dagli<br />
strati esterni della corteccia<br />
• La corteccia cerebellare contiene circa 15 x 10 6 cellule del<br />
Purkinje – ciascuna con un input fino a 200.000 sinapsi.<br />
• L‟ area dendritica di una c. di Purkinje è di circa 3m 2<br />
• L‟organizzazione della corteccia è molto precisa e<br />
spazialmente gerarchichizzata.<br />
• La c. di Purkinje ha un albero dendritico essenzialmente 2-D<br />
• Gli strati successivi di c. di Purkinje sono impaccati nella<br />
corteccia come un mazzo di carte.<br />
• I loro assoni formano l‟unico output della corteccia<br />
cerebellare, che si connette, via sinapsi, a varie aree<br />
motorie
La cellula del Purkinje<br />
Notare l‟enorme<br />
albero dendritico<br />
essenzialmente<br />
piatto
Efferenza della cellula di Purkinje<br />
Gli assoni delle c. di Purkinje formano l’unica<br />
efferenza (output) della corteccia cerebellare.<br />
Si dirigono verso molte destinazioni del SNC<br />
coinvolte nel <strong>controllo</strong> <strong>motorio</strong> quali:<br />
•nucleo rosso<br />
•nucleo vestibolare<br />
•talamo (e da qui alla corteccia)<br />
•formazione reticolare
Afferenze della cellula di Purkinje<br />
Ci sono due afferenze (inputs) che conducono<br />
l’informazione alle cellule di Purkinje:<br />
•fibre rampicanti, che conducono l’informazione<br />
principalmente da varie aree motorie: corteccia<br />
cerebrale, collicolo superiore, nucleo rosso, nuclei<br />
vestibolari.<br />
• fibre muschiose che portano diversi input<br />
sensoriali originati in diverse regioni. Nella<br />
corteccia cerebellare prendono sinapsi con le<br />
cellule granulari i cui assoni, a loro volta, prendono<br />
sinapsi con le cellule di Purkinje
microstruttura<br />
cerebellare
• <strong>Il</strong> cervelletto riceve:<br />
– Un’esteso input sensoriale, propriocettivo,<br />
visivo, dell‟equilibrio, uditivo e tattile<br />
– Un’informazione sul comando <strong>motorio</strong> inviato<br />
dal SNC sia a livello cosciente che inconscio<br />
• <strong>Il</strong> suo ruolo sembra essere quello di comparare<br />
l‟informazione sul movimento in corso con il progetto<br />
generale del movimento voluto.<br />
• L‟informazione su quello che sta accadendo<br />
istantaneamente nel corso di un movimento è<br />
condotta al cervelletto attraverso l‟input delle fibre<br />
muschiose<br />
• L‟informazione sul movimento previsto è portata dalle<br />
fibre rampicanti.<br />
• Questa comparazione potrebbe essere utilizzata in in<br />
due modi differenti:<br />
– correzione immediata degli errori<br />
– apprendimento di nuovi programmi motori
Teoria di Marr dell’ apprendimento <strong>motorio</strong><br />
• Sono state proposte molte teorie per<br />
spiegare la fisiologia cerebellare. Non si<br />
hanno per ora prove decisive su nessuna.<br />
• La teoria di David Marr sull‟ apprendimento<br />
<strong>motorio</strong> cerebellare spiega tuttavia molte<br />
delle proprietà dell‟apprendimento <strong>motorio</strong> e<br />
può essere collegata alla microanatomia<br />
della corteccia cerebellare.
Teoria di Marr dell’ apprendimento <strong>motorio</strong><br />
• Durante l‟apprendimento <strong>motorio</strong> il cervelletto<br />
„impara‟ ad “associare” particolari patterns di<br />
feedback sensoriale con la performance „corretta‟.<br />
• Questi patterns di feedback divengono gradualmente<br />
in grado di guidare le performances motorie stesse.<br />
• La base anatomica dell‟apprendimento <strong>motorio</strong> è lo<br />
sviluppo di nuove connessioni sinaptiche tra le fibre<br />
muschiose e le cellule di Purkinje.<br />
• Lo sviluppo di queste connessioni è facilitato<br />
dall‟insorgenza di potenziali d'azione nelle fibre<br />
rampicanti
Effetti del danno cerebellare<br />
• Atassia (discoordinazione dei movimenti<br />
senza paralisi) particolarmente in rapporto<br />
alla deambulazione ed ai movimenti ritmici in<br />
genere.<br />
• Inabilità nei movimenti ballistici e nel<br />
programmare sequenze fluide di movimenti.<br />
• Generale mancanza di coordinazione e<br />
perdita di tono. È necessario un <strong>controllo</strong><br />
cosciente molto più pronunciato per compiere<br />
movimenti complessi.
Gangli della base<br />
• Sono un complesso insieme di nuclei collocati<br />
profondamente nella porzione mediale ed<br />
anteriore del cervello.<br />
• Ricevono degli inputs dalla corteccia, se li<br />
passano tra loro, e, poi, li ritornano come output<br />
verso la corteccia attraverso il talamo.<br />
• Si formano così 2 ampi circuiti a feedback a<br />
grandi linee simili a quelli del processo di<br />
elaborazione cerebellare.<br />
• Virtualmente tutte le aree della corteccia<br />
forniscono inputs a questo circuito, ma S1, M1 e<br />
le aree associative sono particolarmente<br />
importanti.
“anello” dei gangli della base<br />
(connessioni: verde=stimolatorie; rosso=inibitorie)<br />
talamo<br />
+<br />
-<br />
corteccia<br />
cerebrale<br />
globus pallidus<br />
(interno)<br />
-<br />
striato*<br />
+<br />
substantia<br />
nigra<br />
[*Striato= nucleo caudato + putamen]
Funzioni dei gangli della base<br />
• Come il cervelletto, i gangli della base ricevono<br />
informazioni sia motorie sia sensoriali, e ne<br />
rinviano un segnale di output ai centri motori (in<br />
questo caso la corteccia cerebrale)<br />
• I gangli della base sembrano coinvolti nella<br />
pianificazione strategica e nel dare inizio ai<br />
movimenti, contribuendo al pattern generale ed al<br />
ritmo di movimenti come il camminare (una volta<br />
iniziato) e in qualche modo al collegamento tra<br />
motivazione, stato emozionale e movimenti.
• <strong>Il</strong> funzionamento dei gangli della base non è ancora<br />
del tutto compreso: le informazioni principali ci<br />
derivano da quello che si manifesta durante stati<br />
patologici:<br />
• La m. di Parkinson comporta una diminuzione<br />
generale del movimento (ipocinesia) – riduzione della<br />
mimica facciale, perdita del pendolarismo degli arti<br />
superiori nella marcia, deambulazione,<br />
deambulazione incerta. <strong>Il</strong> movimento può essere<br />
compiuto normalmente con grande sforzo ma il suo<br />
inizio è difficoltoso<br />
• Altre patologie che coinvolgono i gangli della base<br />
risultano in un eccesso di movimenti involontari<br />
(ipercinesia):<br />
– Ballismo: gli arti compiono traettorie incontrollate<br />
nello spazio<br />
– Corea: scuotimenti o scosse
M. di Parkinson<br />
• I neuroni della substantia nigra<br />
inibiscono l‟attività degli altri nuclei<br />
della base producendo il<br />
neurotrasmettitore dopamina<br />
• Nel Parkinson è compromessa la<br />
produzione di dopamina