Capitolo 9 – Sistema Limbico

Il sistema limbico è un modo conveniente per descrivere diversi funzionalmente e anatomicamente interconnessi nuclei e strutture corticali che si trovano nel telencefalo e diencefalo. Questi nuclei servono diverse funzioni, tuttavia la maggior parte hanno a che fare con il controllo delle funzioni necessarie per l’autoconservazione e la conservazione delle specie. Regolano la funzione autonomica ed endocrina, in particolare in risposta a stimoli emotivi. Stabiliscono il livello di eccitazione e sono coinvolti nella motivazione e nel rafforzamento dei comportamenti. Inoltre, molte di queste aree sono fondamentali per particolari tipi di memoria. Alcune di queste regioni sono strettamente collegate al sistema olfattivo, poiché questo sistema è fondamentale per la sopravvivenza di molte specie.

Le aree che sono tipicamente incluse nel sistema limbico rientrano in due categorie. Alcune di queste sono strutture sottocorticali, mentre molte sono porzioni della corteccia cerebrale. Le regioni corticali che sono coinvolte nel sistema limbico includono l’ippocampo e le aree della neocorteccia tra cui la corteccia insulare, la corteccia frontale orbitale, il giro sottocalloso, il giro cingolato e il giro parahippocampale. Questa corteccia è stata definita “lobo limbico” perché crea un bordo che circonda il corpo calloso, seguendo il ventricolo laterale. Le porzioni sottocorticali del sistema limbico includono il bulbo olfattivo, l’ipotalamo, l’amigdala, i nuclei del setto e alcuni nuclei talamici, incluso il nucleo anteriore e possibilmente il nucleo dorsomediale.

Un modo in cui il sistema limbico è stato concettualizzato è come il “cervello sensibile e reattivo” che si interpone tra il “cervello pensante” e i meccanismi di uscita del sistema nervoso. In questo costrutto, il sistema limbico è solitamente sotto il controllo del” cervello pensante”, ma ovviamente può reagire da solo. Inoltre, il sistema limbico ha il suo lato di input e di elaborazione (la corteccia limbica, l’amigdala e l’ippocampo) e un lato di uscita (i nuclei del setto e l’ipotalamo). La maggior parte di queste regioni sono collegate da percorsi mostrati nella figura 31.

Hypothalmus

L’ipotalamo, il nodo di uscita primario per il sistema limbico, ha molte connessioni importanti. È collegato con i lobi frontali, i nuclei del setto e la formazione reticolare del tronco cerebrale attraverso il fascio mediale del proencefalo. Riceve anche input dall’ippocampo attraverso il fornice e l’amigdala attraverso due vie (via amigdalofugale ventrale e stria terminalis). L’ipotalamo ha centri coinvolti nella funzione sessuale, funzione endocrina, funzione comportamentale e controllo autonomo.

Per svolgere le sue funzioni essenziali, l’ipotalamo richiede diversi tipi di input. Ci sono input dalla maggior parte del corpo così come dall’olfatto, dai visceri e dalla retina. Ha anche sensori interni per temperatura, osmolarità, concentrazione di glucosio e sodio. Inoltre, ci sono recettori per vari segnali interni, in particolare ormoni. Questi includono ormoni steroidei e altri ormoni e segnali interni (come gli ormoni coinvolti nel controllo dell’appetito come la leptina e l’orexina).

L’ipotalamo influenza fortemente molte funzioni tra cui autonomica, funzioni endocrine e comportamenti. Le funzioni autonomiche sono controllate tramite proiezioni al tronco cerebrale e al midollo spinale. Ci sono aree localizzate nell’ipotalamo che attiveranno il sistema nervoso simpatico e alcune che aumenteranno l’attività parasimpatica. Le funzioni endocrine sono controllate da connessioni assonali dirette alla ghiandola pituitaria posteriore (controllo vasopressina e ossitocina) o tramite rilascio di fattori di rilascio nel sistema portale ipotalamo-ipofisario (per influenzare la funzione pituitaria anteriore). Ci sono anche proiezioni alla formazione reticolare che sono coinvolti in determinati comportamenti, in particolare reazioni emotive.

Alcune funzioni sono intrinseche all’ipotalamo. Queste sono funzioni che richiedono un ingresso diretto all’ipotalamo e dove la risposta viene generata direttamente tramite uscite ipotalamiche. Sono incluse cose come la regolazione della temperatura e dell’osmolarità. Ci sono molte funzioni in cui l’ipotalamo monitora il melieu interno e produce una risposta normativa. Questi includono la regolazione delle funzioni endocrine e dell’appetito. Ad esempio, il nucleo ventromediale dell’ipotalamo è considerato un’area di sazietà, mentre l’area ipotalamica laterale è un centro di alimentazione.

Inoltre, ci sono molti comportamenti complessi che sono modellati dall’ipotalamo, comprese le risposte sessuali. L’area preottica è una delle aree di maggiore dimorfismo sessuale (cioè, differenza di struttura tra i sessi) e, insieme ai nuclei del setto, è un’area di proiezioni ormonali di rilascio di gonadotropina alla regione mediana dell’eminenza dell’ipotalamo. Queste risposte sessuali coinvolgono risposte autonome, endocrine e comportamentali.

Infine, il nucleo soprachiasmatico riceve l’input retinico diretto. Questo nucleo è responsabile del trascinamento dei ritmi circadiani al ciclo giorno-notte.

Amigdala

L’amigdala è una struttura importante situata nel lobo temporale anteriore all’interno dell’uncus. L’amigdala crea connessioni reciproche con molte regioni del cervello (figura 32) tra cui il talamo, l’ipotalamo, i nuclei del setto, la corteccia frontale orbitale, il giro cingolato, l’ippocampo, il giro parahippocampale e il tronco cerebrale. Il bulbo olfattivo è l’unica area che fa ingresso all’amigdala e non riceve proiezioni reciproche dall’amigdala.

L’amigdala è un centro critico per coordinare le risposte comportamentali, autonome ed endocrine agli stimoli ambientali, specialmente quelli con contenuto emotivo. È importante per le risposte coordinate allo stress e integra molte reazioni comportamentali coinvolte nella sopravvivenza dell’individuo o della specie, in particolare allo stress e all’ansia. Le lesioni dell’amigdala riducono le risposte allo stress, in particolare le risposte emotive condizionate. La stimolazione dell’amigdala produce eccitazione comportamentale e può produrre reazioni di rabbia dirette.

Vari stimoli producono risposte mediate dall’amigdala. La convergenza degli input è importante in quanto consente la generazione di risposte emotive apprese a una varietà di situazioni. L’amigdala risponde a una varietà di stimoli emotivi, ma soprattutto a quelli legati alla paura e all’ansia.

Ippocampo

L’ippocampo è un’antica area della corteccia cerebrale che ha tre strati. Questo si trova nell’aspetto mediale del lobo temporale, formando la parete mediale del ventricolo laterale in quest’area. L’ippocampo ha diverse parti. Il giro dentato contiene cellule granulari densamente imballate. C’è un’area curva della corteccia chiamata Cornu Ammonis (CA) che è divisa in quattro regioni chiamate campi CA. Questi sono designati come CA1 a CA4. Questi contengono cellule piramidali prominenti. I campi CA si fondono nel subicolo adiacente, che a sua volta è collegato alla corteccia entorinale sul giro parahippocampale del lobo temporale.

Ci sono diverse fonti di afferenti ippocampali. Questi provengono principalmente dal setto e dall’ipotalamo attraverso il fornice e dalla corteccia entorinale adiacente. Questa regione corticale riceve input da aree diffuse della neocorteccia, in particolare dalla corteccia limbica e dall’amigdala. La corteccia entorinale proietta al giro dentato dell’ippocampo attraverso la via perforante, sinapsando su cellule granulari. Queste cellule granulari si connettono ai neuroni piramidali nella regione CA3, che, a loro volta, proiettano dai collaterali di Sheaffer alle cellule piramidali CA1. Sono queste ultime cellule che danno origine principalmente al fornice. La fisiologia di questi percorsi è stata studiata estesamente, in particolare in termini di cambiamenti fisiologici a lungo termine associati alla memoria. I neuroni ippocampali sono stati studiati estesamente in termini di potenziamento a lungo termine. Ciò richiede l’attivazione dei recettori del glutammato e si traduce in cambiamenti a lungo termine nell’eccitabilità neuronale mediante effetti fisiologici mediati dal calcio.

Le uscite dall’ippocampo passano principalmente attraverso due percorsi. La prima di queste uscite è attraverso il fornice. Queste fibre proiettano ai corpi mamillari attraverso il fornice post-commissurale, ai nuclei del setto, al nucleo preottico dell’ipotalamo, allo striato ventrale e a porzioni del lobo frontale attraverso il fornice precommisurale. Ci sono un gran numero di proiezioni dall’ippocampo alla corteccia entorinale.

La figura 31 mostra molti dei percorsi importanti all’interno del sistema limbico. Nota l’ippocampo ha connessioni reciproche con la corteccia e uscite lungo il fornice. Storicamente, il ciclo che inizia con l’ippocampo che si proietta verso i corpi mamillari, con relè al nucleo talamico anteriore, quindi il giro cingolato, la corteccia entorinale e di nuovo all’ippocampo è stato pensato per essere un circuito importante. Questo ha ricevuto il nome di “circuito di Papez”. La natura circolare di questa connessione, tuttavia, non sembra avere un significato funzionale.

L’ippocampo ha diverse funzioni. Aiuta a controllare la produzione di corticosteroidi. Ha anche un contributo significativo alla comprensione delle relazioni spaziali all’interno dell’ambiente. Inoltre l’ippocampo è coinvolto in modo critico in molte funzioni di memoria dichiarativa.

Esistono diversi tipi di memoria. La memoria esplicita o dichiarativa si riferisce alla memoria di fatti ed eventi. Qualsiasi memoria che può essere completamente spiegata a parole è di questo tipo. La memoria implicita o non dichiarativa, tuttavia, è anche molto importante. L’apprendimento delle abilità e l’apprendimento associativo, come le risposte condizionate ed emotive, sono esempi comuni di memoria non dichiarativa o implicita. La memoria esplicita dipende dal lobo temporale mediale e dalla relazione tra l’ippocampo e la regione entorinale del giro parahippocampale.

Ci sono diverse aree coinvolte nella memoria esplicita. L’ippocampo svolge un ruolo critico nella memoria a breve termine, che è assolutamente necessario se si devono stabilire modelli di memoria a lungo termine. Le lesioni dell’ippocampo non influenzano i ricordi vecchi e consolidati. Queste lesioni influenzano il nuovo apprendimento dichiarativo. In definitiva, la memoria viene trasferita ad altre aree della corteccia cerebrale e la posizione di codifica di queste memorie può essere una funzione del tipo di memoria. Le memorie stabilite coinvolgono aree di associazione nel lobo frontale e nella corteccia di associazione parieto-temporo-occipitale.

L’ippocampo non è solo attivo nella codifica delle memorie, ma anche nel recupero di esse. L’attivazione dell’ippocampo può essere vista in questo caso di apprendimento di nuovi ambienti e di recupero di direzioni.

Corteccia limbica

La corteccia prefrontale è anteriore alla corteccia premotoria. La corteccia frontale orbitale è la porzione sopra le orbite. Questa parte della corteccia è estremamente ben sviluppata negli esseri umani ed è fondamentale per il giudizio, l’intuizione, la motivazione e l’umore. È anche importante per le reazioni emotive condizionate. La corteccia prefrontale riceve input dalle altre aree della corteccia limbica, dall’amigdala e dai nuclei settali e ha connessioni reciproche con ciascuna di queste aree e con il nucleo dorsomediale del talamo.

Il danno all’area prefrontale produce difficoltà con il ragionamento astratto, gli stati d’animo di giudizio e il puzzle solving. L’effetto del danno del lobo frontale sull’umore dipende dalla parte specifica della corteccia prefrontale danneggiata. Il comportamento del paziente è spesso descritto come privo di tatto. Inoltre, questa parte della corteccia può anche essere fortemente influenzata dall’alcol.

La funzione della corteccia prefrontale è anormale nei disturbi dell’umore. La depressione è più spesso associata ad una maggiore attività in porzioni del lobo frontale, in particolare le regioni mediali compresa la porzione subgenuale della corteccia cingolata anteriore e una diminuzione dell’attività nel giro cingolato posteriore.

L’olfatto crea forti connessioni con le porzioni anteriori del lobo temporale e dell’amigdala. La corteccia olfattiva è strutturalmente più semplice di altre porzioni della corteccia cerebrale ed è chiamata allocorteccia (vedi sezione XI). Comprende la corteccia prepiriforme e periamigdaloide che comprende la parte anteriore del giro parahippocampale che copre l’uncus. In alcune specie, ovviamente, l’olfatto è più importante che in altri. I filamenti olfattivi attraversano la piastra cribiforme e la sinapsi con le cellule mitrali nei bulbi olfattivi. Assoni da queste cellule costituiscono il tratto olfattivo che si estende alle strutture temporali anteriori bilateralmente così come il proencefalo basale.

I segnali olfattivi vengono inoltrati a diverse altre regioni del cervello dopo la loro terminazione iniziale nella corteccia olfattiva. La corteccia olfattiva colpisce il lobo frontale attraverso le connessioni con il nucleo dorsomediale del talamo. Le proiezioni olfattive della corteccia all’amigdala possono influenzare le reazioni emotive ed endocrine particolarmente via i collegamenti con l’ipotalamo.

Ci sono diverse sindromi interessanti che chiariscono aspetti delle funzioni limbiche. La sindrome di Kluver-Bucy si verifica con lesioni bilaterali dei lobi temporali. Blocca le risposte emotive negli animali, che diventano piuttosto docili. Non hanno paura delle cose a cui la loro specie dovrebbe reagire, ad esempio, nel caso di una scimmia, una lunghezza di corda. Gli animali diventano ipersessuali e si impegnano in un comportamento di esplorazione compulsivo, specialmente con la bocca.

Come descritto in precedenza, ci sono percorsi attraverso il proencefalo che sono coinvolti nel rafforzamento dei comportamenti e nella “ricompensa”. La stimolazione elettrica di questi siti è altamente rinforzante per il comportamento. Molti di questi percorsi coinvolgono la dopamina e sono comunemente colpiti da droghe di dipendenza. L’assuefazione in questi percorsi con somministrazione cronica di farmaci addicting è uno degli obiettivi più importanti della ricerca sulle dipendenze. la figura 26 mostra le proiezioni striatali ventrali al pallido ventrale che, a sua volta, proietta attraverso il nucleo dorsomediale del talamo alle aree limbiche della corteccia. Lo striato ventrale consiste principalmente nel nucleo accumbens, che è un obiettivo importante delle proiezioni dopaminergiche dall’area tegmentale ventrale.

Vari composti di dipendenza influenzano l’attività della trasmissione della dopamina nei sistemi nucleus accumbens (mesolimbico) e corticale frontale (mesocorticale). Inoltre, questi percorsi sembrano essere funzionalmente sbilanciati nei pazienti con schizofrenia. Sembra che i pazienti con schizofrenia abbiano diminuito gli effetti della dopamina attraverso i sistemi mesocorticali alla corteccia prefrontale. Questo potrebbe produrre sintomi come il ritiro sociale e diminuita reattività emotiva. Contemporaneamente, vi è un aumento relativo degli effetti della dopamina attraverso il sistema mesolimbico al sistema striatale ventrale, con conseguente sintomi positivi di delusioni e allucinazioni.