Aspetti di Anatomia e Fisiologia del Sistema Nervoso

Una doppia metafora: rete di comunicazione e impianto elettrico

Il tessuto nervoso assolve a due compiti che corrono in parallelo. Da un lato e’ un sistema di collegamento, paragonabile a una rete telematica, che trasporta le informazioni dai recettori periferici fino ai centri di elaborazione e da questi agli organi effettori. Dall’altro funziona come un impianto elettrico, perche il segnale che viaggia lungo le sue cellule e’ di natura elettrochimica. Il sistema nervoso centrale, costituito da encefalo e midollo spinale, elabora le informazioni e impartisce gli ordini; il sistema nervoso periferico, fatto di nervi e gangli, li trasmette ai muscoli e alle ghiandole e riporta indietro le informazioni sensoriali. La grande domanda della neurofisiologia e’ come i neuroni riescano a coordinare tutto questo in modo da far funzionare correttamente un organismo immerso nel suo ambiente.

L’origine evolutiva delle cellule nervose

Da un punto di vista evoluzionistico, le prime cellule che possono dirsi funzionalmente di tipo neuronale compaiono negli cnidari, il gruppo che comprende meduse, polipi e anemoni di mare. All’interno dell’epitelio di rivestimento di questi animali si differenziano cellule dotate di prolungamenti che si connettono direttamente con cellule contrattili. E’ gia, in forma elementare, il principio di base di ogni sistema nervoso: una cellula specializzata che riceve uno stimolo e lo trasmette a una cellula capace di produrre una risposta, in questo caso un movimento.

L’arco riflesso diretto

Sempre negli cnidari e’ possibile individuare la struttura piu semplice del sistema nervoso, l’arco riflesso diretto. Si tratta di un circuito a due elementi: una cellula sensitiva che percepisce uno stimolo stabilisce una sinapsi, cioe un contatto funzionale, con una cellula effettrice, il neurone, che a sua volta agisce su una cellula contrattile di tipo muscolare. Stimolo e risposta sono cosi collegati nel modo piu immediato possibile, senza alcuna elaborazione intermedia.

L’arco riflesso indiretto e il neurone associativo

Negli invertebrati piu complessi compare invece l’arco riflesso indiretto. Qui, tra la cellula sensoriale e quella effettrice, si inserisce un terzo elemento: il neurone associativo, o interneurone. Il suo compito principale e’ stabilire il maggior numero possibile di connessioni tra le cellule recettoriali e le cellule effettrici. Questa innovazione e’ decisiva, perche introduce uno spazio di elaborazione tra lo stimolo e la risposta: l’organismo non reagisce piu in modo automatico e fisso, ma puo integrare informazioni diverse, modulare la risposta e, in prospettiva, apprendere. E’ il primo passo verso comportamenti flessibili.

Dalla rete diffusa al sistema nervoso centralizzato

L’aumento del numero di neuroni e di cellule di associazione favorisce una progressiva ridistribuzione territoriale. Le cellule nervose, inizialmente sparse in una rete diffusa come quella degli cnidari, tendono a raggrupparsi in ammassi chiamati gangli. E’ un passaggio cruciale dell’evoluzione del sistema nervoso: dalla disposizione diffusa si passa a sistemi sempre piu centralizzati. Si va cosi dalle organizzazioni piu elementari, come quelle degli artropodi con la loro catena di gangli, fino a quelle piu complesse di tipo assiale, tipiche dei cordati, in cui il sistema nervoso si concentra lungo un asse dorsale che culmina nell’encefalo dei vertebrati.

Il vantaggio della centralizzazione

La concentrazione dei neuroni in centri definiti porta vantaggi notevoli. Riduce le distanze che i segnali devono percorrere tra cellule che lavorano insieme, rende possibile un’elaborazione integrata delle informazioni provenienti da fonti diverse e crea le condizioni per la comparsa di funzioni superiori. La cefalizzazione, cioe la concentrazione di organi di senso e di tessuto nervoso nella parte anteriore del corpo, e’ la diretta conseguenza di questo processo e accompagna lo sviluppo di comportamenti sempre piu sofisticati.

Come il neurone trasmette il segnale

Per comprendere come gli ordini viaggino lungo questa rete occorre guardare al funzionamento della singola cellula nervosa. Il neurone e’ tipicamente composto da un corpo cellulare, da numerosi dendriti che raccolgono i segnali in entrata e da un assone che conduce il segnale in uscita verso altre cellule. A riposo, la membrana del neurone mantiene una differenza di carica elettrica tra interno ed esterno, il potenziale di riposo.

Quando lo stimolo supera una certa soglia, questa differenza si inverte rapidamente e genera il potenziale d’azione, un impulso elettrico che percorre l’assone senza attenuarsi, come un segnale che si rigenera lungo il cavo. Arrivato al termine dell’assone, il segnale elettrico deve attraversare la sinapsi, lo spazio che separa un neurone dal successivo. Qui interviene la componente chimica: l’impulso provoca il rilascio di neurotrasmettitori, molecole che attraversano lo spazio sinaptico e si legano a recettori specifici sulla cellula successiva, eccitandola o inibendola. La trasmissione nervosa e’ dunque un fenomeno elettrochimico, in cui la natura elettrica del segnale lungo la fibra si alterna alla natura chimica del passaggio tra cellule.

Perche questa prospettiva evolutiva e’ importante

Ricostruire l’anatomia e la fisiologia del sistema nervoso seguendo il filo dell’evoluzione non e’ un semplice esercizio storico. Mostra che le strutture nervose piu complesse, compreso il cervello umano, sono il risultato di una lunga serie di soluzioni costruite l’una sull’altra a partire da meccanismi elementari. L’arco riflesso che ancora oggi controlla molti nostri movimenti automatici e’ lo stesso principio gia presente negli cnidari; il neurone associativo che permette l’apprendimento e’ un’invenzione antica perfezionata negli organismi superiori. Comprendere questa continuita aiuta a interpretare in modo piu profondo sia il funzionamento normale del sistema nervoso, sia i disturbi che possono colpirlo.

Domande frequenti

Qual e’ la differenza tra arco riflesso diretto e indiretto?

Nell’arco riflesso diretto una cellula sensitiva e’ collegata direttamente a una cellula effettrice, con risposta automatica. Nell’arco riflesso indiretto si inserisce un neurone associativo che permette di integrare piu informazioni e di modulare la risposta.

Quali sono i primi animali con cellule nervose?

Gli cnidari, come meduse e anemoni di mare, possiedono le prime cellule funzionalmente neuronali e la forma piu elementare di sistema nervoso, organizzato come una rete diffusa.

Cosa significa che il sistema nervoso si centralizza?

Significa che i neuroni, inizialmente sparsi, si raggruppano in gangli e poi in centri sempre piu definiti, fino all’asse nervoso dei cordati. Questo riduce le distanze tra le cellule, consente un’elaborazione integrata e favorisce le funzioni superiori.

Come fa un neurone a trasmettere un ordine?

Genera un potenziale d’azione, un impulso elettrico che percorre l’assone. Alla sinapsi l’impulso provoca il rilascio di neurotrasmettitori, molecole chimiche che trasmettono il segnale alla cellula successiva eccitandola o inibendola.