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Più informazioni sull’anatomia del SCN umano

Anche in assenza di segnali temporali esterni, gli esseri umani mantengono un ritmo sonno-veglia molto vicino alle 24 ore. Tipicamente il sistema circadiano di un organismo è costituito da componenti che ricevono input ambientali, che generano il ritmo delle 24 ore e che mediano l’output ritmico a tutti i tessuti del corpo. Nei mammiferi, il componente dell’orologio di controllo che genera un ritmo di 24 ore è il nucleo soprachiasmatico (SCN), situato in una parte del cervello chiamata ipotalamo. Il SCN produce un segnale che può mantenere il resto del corpo su un programma di circa 24 ore. Tuttavia, poiché il periodo dell’orologio interno non è esattamente di 24 ore, gli spunti ambientali – soprattutto la luce – sono necessari per resettare l’orologio ogni mattina e mantenere l’organismo in sincronia con il mondo esterno. Guarda questa animazione per vedere come la luce del sole viene trasformata in un segnale che può resettare i neuroni nel SCN.

La luce entra nell’occhio e attiva i neuroni nella retina che convertono i fotoni (particelle di luce) in segnali elettrici. I neuroni della retina trasmettono i segnali elettrici dalla retina attraverso lunghi assoni nel nervo ottico. Lungo il percorso si trova il chiasmo ottico, dove i nervi ottici dell’occhio destro e sinistro si incontrano e si incrociano. Al chiasmo ottico, le informazioni visive continuano verso la parte posteriore del cervello, dove vengono elaborate in immagini che possiamo percepire coscientemente. I neuroni che portano le informazioni al SCN, tuttavia, prendono un percorso diverso. Escono dal chiasma ottico e si rivolgono verso l’alto, verso il SCN (soprachiasmatico significa “sopra il chiasma”).

Il SCN è una piccola struttura a forma di ala nell’ipotalamo, situata alla base del cervello. L’animazione mostra il SCN sinistro isolato, il nervo ottico e l’occhio, mentre il SCN destro è mostrato incorporato nell’ipotalamo nel cervello. All’interno di ogni lato del SCN c’è una rete di diverse migliaia di neuroni. Esperimenti con singoli neuroni SCN isolati suggeriscono che ogni cellula SCN è un orologio funzionale, normalmente sincronizzato con l’attività dei suoi vicini.

All’interno di un singolo neurone SCN, il prodotto proteico di un gene dell’orologio biologico spegne la produzione di altre proteine, formando un ciclo di feedback negativo. Vai all’animazione intitolata “Il modello molecolare dei mammiferi” per vedere come queste oscillazioni molecolari si traducono in ritmi circadiani.

Anche in assenza di segnali orari esterni, gli esseri umani mantengono un ritmo sonno-veglia molto vicino alle 24 ore. Tipicamente il sistema circadiano di un organismo è costituito da componenti che ricevono input ambientali, che generano il ritmo delle 24 ore e che mediano l’output ritmico a tutti i tessuti del corpo. Nei mammiferi, il componente dell’orologio di controllo che genera un ritmo di 24 ore è il nucleo soprachiasmatico (SCN), situato in una parte del cervello chiamata ipotalamo. Il SCN produce un segnale che può mantenere il resto del corpo su un programma di circa 24 ore. Tuttavia, poiché il periodo dell’orologio interno non è esattamente di 24 ore, gli spunti ambientali – soprattutto la luce – sono necessari per resettare l’orologio ogni mattina e mantenere l’organismo in sincronia con il mondo esterno. Guarda questa animazione per vedere come la luce del sole viene trasformata in un segnale che può resettare i neuroni nel SCN.

La luce entra nell’occhio e attiva i neuroni nella retina che convertono i fotoni (particelle di luce) in segnali elettrici. I neuroni della retina trasmettono i segnali elettrici dalla retina attraverso lunghi assoni nel nervo ottico. Lungo il percorso si trova il chiasmo ottico, dove i nervi ottici dell’occhio destro e sinistro si incontrano e si incrociano. Al chiasmo ottico, le informazioni visive continuano verso la parte posteriore del cervello, dove vengono elaborate in immagini che possiamo percepire coscientemente. I neuroni che portano le informazioni al SCN, tuttavia, prendono un percorso diverso. Escono dal chiasma ottico e si rivolgono verso l’alto, verso il SCN (soprachiasmatico significa “sopra il chiasma”).

Il SCN è una piccola struttura a forma di ala nell’ipotalamo, situata alla base del cervello. L’animazione mostra il SCN sinistro isolato, il nervo ottico e l’occhio, mentre il SCN destro è mostrato incorporato nell’ipotalamo nel cervello. All’interno di ogni lato del SCN c’è una rete di diverse migliaia di neuroni. Esperimenti con singoli neuroni SCN isolati suggeriscono che ogni cellula SCN è un orologio funzionale, normalmente sincronizzato con l’attività dei suoi vicini.

All’interno di un singolo neurone SCN, il prodotto proteico di un gene dell’orologio biologico spegne la produzione di altre proteine, formando un ciclo di feedback negativo. Vai all’animazione intitolata “Il modello molecolare dei mammiferi” per vedere come queste oscillazioni molecolari si traducono in ritmi circadiani.

Sfondo anatomico del SCN umano

Gli organismi viventi hanno sviluppato meccanismi interni di mantenimento del tempo per sincronizzare il comportamento e la fisiologia con i cicli del giorno e della notte. Questi orologi biologici sono stati trovati in organismi diversi come funghi, moscerini della frutta, criceti ed esseri umani. L’orologio biologico degli esseri umani si trova nel profondo del cervello. Questa animazione porta lo spettatore in un tour tridimensionale seguendo il percorso dell’input luminoso al nucleo soprachiasmatico (SCN), un insieme di neuroni che regola i nostri ritmi circadiani.

Questa animazione è stata progettata in combinazione con le Holiday Lectures on Science 2000 di HHMI della serie Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time.

Human SCN Anatomy Teaching Tips

Le animazioni in questa sezione hanno una grande varietà di applicazioni in classe. Usa i suggerimenti qui sotto per iniziare, ma cerca suggerimenti più specifici per l’insegnamento nel prossimo futuro. Per favore, dicci come stai usando le animazioni nella tua classe inviando una e-mail a [email protected].

1. Utilizza le animazioni per rendere visibili e concrete idee scientifiche astratte.

2. Spiega importanti principi scientifici attraverso le animazioni. Per esempio, le animazioni degli orologi biologici possono essere usate per dimostrare i fondamenti della trascrizione e della traduzione.

3. Assicurati che gli studenti imparino il materiale ripetendo sezioni delle animazioni tutte le volte che lo ritieni necessario per rafforzare i principi scientifici sottostanti. È possibile avviare, riavviare e riprodurre sezioni delle animazioni.

4. Sollecitare gli studenti a utilizzare le animazioni in base ai loro stili di apprendimento. Gli studenti che sono più orientati visivamente possono guardare le animazioni prima e leggere il testo dopo, mentre altri potrebbero preferire leggere prima le spiegazioni e poi visualizzare la grafica.

5. Incorporare le animazioni in moduli di apprendimento basati sul Web che si creano per integrare i curricula in classe.

6. Incoraggiare gli studenti a incorporare le animazioni nei loro progetti basati sul Web.

Risorse di anatomia umana SCN

1. Orso, MF, Connors, BW, e Paradiso, MA. Neuroscienze: esplorare il cervello. Baltimora: Williams and Wilkins, 1996.

2. Herzog, ED, Takahashi, JS, e Block, GD. L’orologio controlla il periodo circadiano in neuroni isolati del nucleo soprachiasmatico. Nature Neuroscience 1:708-713

3. Lydic, R, Albers, HE, Tepper, B, e Moore-Ede, MC. Struttura tridimensionale dei nuclei soprachiasmatici dei mammiferi: uno studio comparativo di cinque specie. J. Comp. Neurol. 204: 225-237, 1982.

4. van den Pol, A. Nucleo soprachiasmatico ipotalamico: anatomia intrinseca. J. Comp. Neurol. 191: 661-702, 1980.

Human SCN Anatomy Credits

Direttore: Dennis Liu, Ph.D.

Direzione scientifica: Joseph Takahashi, Ph.D.

Contenuto scientifico: Donna Messersmith, Ph.D.

Animatore: Eric Keller