Come funziona il cervello umano?

Il cervello funziona come un'unità strutturale e funzionale costituita principalmente da due tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali. Si stima che ci siano circa 100 miliardi di neuroni nell'intero sistema nervoso umano e circa 1.000 miliardi di cellule gliali (ci sono 10 volte più cellule gliali dei neuroni).

I neuroni sono altamente specializzati e le loro funzioni sono ricevere, elaborare e trasmettere informazioni attraverso diversi circuiti e sistemi. Il processo di trasmissione delle informazioni avviene attraverso sinapsi, che possono essere elettriche o chimiche.

Le cellule gliali nel frattempo regolano l'ambiente interno del cervello e facilitano il processo di comunicazione neuronale. Queste cellule sono disposte in tutto il sistema nervoso formando se sono strutturate e coinvolte nei processi di sviluppo e formazione del cervello.

Un tempo si pensava che le cellule gliali formassero solo la struttura del sistema nervoso, da qui il famoso mito che usiamo solo il 10% del nostro cervello. Ma oggi sappiamo che adempie funzioni molto più complesse, ad esempio, sono legate alla regolazione del sistema immunitario e dei processi di plasticità cellulare dopo aver subito un infortunio.

Inoltre, sono essenziali per il corretto funzionamento dei neuroni, poiché facilitano la comunicazione neuronale e svolgono un ruolo importante nel trasporto di nutrienti ai neuroni.

Come si può intuire, il cervello umano è straordinariamente complesso. Si stima che un cervello umano adulto contiene tra 100 e 500 bilioni di connessioni e la nostra galassia ha circa 100.000 miliardi stelle, quindi si può concludere che il cervello umano è molto più complessa di una galassia (Garcia Nunez, Santin, Redolar, & Valero, 2014).

Comunicazione tra neuroni: sinapsi

La funzione cerebrale comporta la trasmissione di informazioni tra i neuroni, questa trasmissione avviene attraverso una procedura più o meno complessa chiamata sinapsi.

Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche. Le sinapsi elettriche consistono nella trasmissione bidirezionale della corrente elettrica tra due neuroni direttamente, mentre nelle sinapsi chimiche c'è una mancanza di intermediari chiamati neurotrasmettitori.

Fondamentalmente, quando un neurone comunica con altri non attivare o inibire gli effetti osservabili finali sul comportamento o un processo fisiologico sono il risultato di eccitazione e di inibizione di diversi neuroni lungo un circuito neuronale.

Sinapsi elettriche

Le sinapsi elettriche sono molto più veloci e semplici di quelle chimiche. Spiegati in modo semplice, consistono nella trasmissione di correnti depolarizzanti tra due neuroni che sono abbastanza vicini, quasi incollati tra loro. Questo tipo di sinapsi di solito non produce cambiamenti a lungo termine nei neuroni postsinaptici.

Queste sinapsi si verificano nei neuroni che hanno una giunzione stretta, in cui le membrane sono quasi toccate, separate da pochi 2-4 nm. Lo spazio tra i neuroni è così piccolo perché i loro neuroni devono essere uniti da canali formati da proteine ​​chiamate connessioni.

I canali formati dai connexins permettono che l'interno di entrambi i neuroni sia in comunicazione. Attraverso questi pori può passare piccolo (meno di 1 kDa) molecole che sinapsi chimiche sono riportate processi di comunicazione metabolica oltre comunicazione elettrica, attraverso lo scambio di secondi messaggeri che si verificano nella sinapsi, come inositolo trifosfato ( IP₃) o adenosina monofosfato ciclico (cAMP).

sinapsi elettrici tra i neuroni solito eseguite stesso tipo, sinapsi elettriche tuttavia, possono anche essere osservate tra i neuroni di tipi diversi o anche tra neuroni e astrociti (un tipo di cellule gliali).

Le sinapsi elettriche consentono ai neuroni di comunicare in modo rapido e di connettere molti neuroni in modo sincrono. Grazie a queste proprietà siamo in grado di eseguire processi complessi che richiedono una trasmissione rapida di informazioni, come i processi sensoriali, motori e cognitivi (attenzione, memoria, apprendimento ...).

Sinapsi chimiche

sinapsi chimiche avvengono tra i neuroni adiacenti in un elemento presinaptico è collegata, normalmente un terminale assone, quale segnale, e un postsinaptica, che di solito è nel soma o dendriti ricevente segnale.

Questi neuroni non sono attaccati, c'è uno spazio tra loro di una fessura sinaptica chiamata 20nm.

Esistono diversi tipi di sinapsi chimici a seconda delle loro caratteristiche morfologiche. Secondo Gray (1959), le sinapsi chimiche possono essere divise in due gruppi.

• Sinapsi chimiche di tipo I (Asimmetrica). In queste sinapsi componente presinaptica è formata da terminali degli assoni contenenti vescicole arrotondati e dendriti postsinaptici sono molto densamente e là recettori postsinaptici.
• Sinapsi chimiche di tipo II (Simmetrico).In queste sinapsi componente presinaptica è formata da terminali degli assoni contenenti vescicole ovali e postsinaptico si trovano sia nel soma e dendriti e una ridotta densità di recettori postsinaptici nelle sinapsi di tipo I. Altre differenze di questo Il tipo di sinapsi rispetto a quelli di tipo I è che la sua fessura sinaptica è più stretta (circa 12 nm).

Il tipo di sinapsi dipende neurotrasmettitori coinvolti in questa, in modo che alla sinapsi coinvolte tipo I sono neurotrasmettitori eccitatori come il glutammato, mentre nel tipo II neurotrasmettitori inibitori agiscono come GABA.

Anche se ciò non avviene in tutto il sistema nervoso, in alcuni settori come il midollo spinale, substantia nigra, gangli basali e il collicolo, ci sinapsi GABAnergic con una struttura di tipo I.

Un altro modo per classificare le sinapsi è secondo i componenti presinaptici e postsinaptici che li formano. Ad esempio, se sia la componente presinaptica è un assone e dendriti sono chiamati sinapsi post-sinaptica axodendríticas quindi può trovare axoaxónicas sinapsi, axosomatic, dendroaxónicas, dendrodendríticas ...

Il tipo di sinapsi che si verifica più frequentemente nel sistema nervoso centrale sono le sinapsi asimmetriche di tipo I (asimmetriche). Si stima che il 75-95% delle sinapsi nella corteccia cerebrale sono di tipo I, mentre solo tra il 5 e il 25% sono di tipo II sinapsi.

Le sinapsi chimiche possono essere riassunte semplicemente come segue:

1. Un potenziale d'azione raggiunge il terminale degli assoni, apre i canali dello ione calcio (Ca²⁺) e un flusso di ioni viene rilasciato nella fessura sinaptica.
2. flusso di ioni innesca un processo in cui le vescicole, pieni di neurotrasmettitori, si legano alla membrana postsinaptica ed un'apertura pori lasciando tutto il suo contenuto nello spazio sinaptico.
3. I neurotrasmettitori rilasciati si legano al recettore postsinaptico specifico per quel neurotrasmettitore.
4. Il legame del neurotrasmettitore al neurone postsinaptico regola le funzioni del neurone postsinaptico.

Neurotrasmettitori e neuromodulatori

Il concetto di neurotrasmettitore comprende tutte le sostanze che vengono rilasciate nella sinapsi chimica e che consentono la comunicazione neuronale. I neurotrasmettitori soddisfano i seguenti criteri:

• Sono sintetizzati all'interno dei neuroni e sono presenti nei terminali degli assoni.
• Quando viene rilasciata una quantità sufficiente di neurotrasmettitore, esercita i suoi effetti sui neuroni adiacenti.
• Quando hanno completato il loro compito, vengono eliminati attraverso meccanismi di degrado, inattivazione o reuptake.

I neuromodulatori sono sostanze che completano le azioni dei neurotrasmettitori aumentando o diminuendo il loro effetto. Lo fanno aderendo a siti specifici all'interno del ricevitore postsynaptic.

Esistono numerosi tipi di neurotrasmettitori, i più importanti sono:

• Amminoacidi, che possono essere eccitatori, come il glutammato o inibitori, come l'acido γ-aminobutirrico, meglio noto come GABA.
• Acetilcolina.
• Catecolammidi come la dopamina o la noradrenalina
• Indolamine, come la serotonina.
• Neuropeptidi.

riferimenti

1. García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., e Valero, A. (2014). Neuroni e comunicazione neurale. In D. Redolar, Neuroscienze cognitive (pp. 27-66). Madrid: Panamericana Medical.
2. Gary, E. (1959). Sinapsi asso-somatica e axo-dendritica della corteccia cerebrale: uno studio al microscopio elettronico. J. Anat, 93, 420-433.
3. Stagisti, H. (s.f.). Come funziona il cervello? Principi generali Estratto il 1 luglio 2016 da Science for All.