adattamenti neuromuscolari
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FATTORI CHE INFLUENZANO LO SVILUPPO E
MANTENIMENTO DELLA MASSA MUSCOLARE
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Plasticità del muscolo scheletrico
COMPOSIZIONE TIPI DI FIBRE
FORZA SVILUPPATA
CAPACITA’ METABOLICHE
RESISTENZA FATICA
VELOCITA’ DI CONTRAZIONE
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IIx IIa I
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Plasticità del muscolo scheletrico
COMPOSIZIONE TIPI DI FIBRE
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% fibre lente in rapporto a specialità sportiva
Dipendenti da proprietà genetiche ed acquisite
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Trasformazione di fibre con l’allenamento
SLOW in FAST
I>IIa>IIx
Modificazione % dei tipi di fibre
Sollecitazione con esercizi veloci e brevi
Aumento del carico
ipertiroidismo
Significato: potenziamento capacità di potenza in muscoli che non lavorano di resistenza
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Trasformazione di fibre con l’allenamento
FAST in SLOW
Modificazione % dei tipi di fibre
attività muscolare di resistenza
<carico
ipotiroidismo
Significato: Potenziamento della resistenza come supporto ad un lavoro di lunga durata
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Gli stimoli elettrici non si limitano ad innescare la
contrazione della fibra ma inducono segnali
intracellulari che portano a modificazioni di pattern
di espressione Genica responsabili di trasformazione
Fenotipica delle fibre
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Muscoli nell’anziano
<fast IIx IIa (per perdita cellulare per diversi fattori, come morte motoneuroni)
>slow in %
L’esercizio tende a contrastare questo fenomeno riducendo la morte
ATROFIA
Alterazioni composizione <forza
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Plasticità del muscolo scheletrico
FORZA SVILUPPATA
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Sia i fattori nervosi che muscolari Implicati nel potenziamento della forza
sono definiti geneticamente e modificabili con l’allenamento specifico
Incremento di Forza
MUSCOLARI NERVOSI
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Nervosi
Reclutamento
Unità motorie
>facilitazione
>attività aree motorie
>sincronizzazione unità
<inibizioni spinali
<inibizione afferenze Golgi
Stato psicologico
TETANO
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IIx
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FATTORI MUSCOLARI
SOVRACCARICO-SOLLECITAZIONE
IPERTROFIA MUSCOLARE
AUMENTO DIMENSIONE
SINGOLE FIBRE
MIOFIBRILLE
SARCOMERI
ATP
CP
Glicogeno
>
Capillari
Mitocondri
enzimi
<
POTENZIAMENTO FORZA Plasticità muscolare
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Allenamenti per sviluppare forza
Componente muscolare
Sollevamenti pesi
Contrazioni isometriche
Contrazioni isotoniche (concentriche-eccentriche)
PLASTICITA’ MUSCOLARE
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CONTRIBUTO dei FATTORI CHE INFLUENZANO LA FORZA
MUSCOLARE
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quali fattori e meccanismi sono coinvolti
nell’ipertrofia muscolare?
IGF-I
FGF-2
Citochine (IL-s;CTNF,TNF)
FATTORI TROFICI
PLASTICITA’ MUSCOLARE
Stimolo specifico: meccanico da sovraccarico o stretch induce
espressione genica di Fattori trofici (autocrina e paracrina azione)
Sintesi proteica:
Androgeni
GH
Beta-adrenergici
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IPERPLASIA MUSCOLARE
Proliferazione da cellule satelliti (cellule staminali?)
AUMENTO NUMERO DI FIBRE
PLASTICITA’
MUSCOLARE
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Rigenerazione del muscolo scheletrico
Eventi
cellulari e
molecolari
regolanti
l’attivazione
delle cellule
satelliti
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Muscolo lesionato
Lesione e processo di
rigenerazione nel
muscolo scheletrico
Muscolo intatto
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Attivazione di cellule satelliti
Dopo danno delle fibre
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PROLIFERAZIONE E
DIFFERENZIAMENTO DI
CELLULE SATELLITI
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IDENTIFICAZIONE E FUNZIONE DI UNA NUOVA CONNESSINA
(Cx39) ESPRESSA DURANTE LO SVILUPPO
ED IL PROCESSO DI RIGENERAZIONE DEL MUSCOLO
SCHELETRICO
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Connessina
Connessone
Gap junctions
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5' UTR
EXON I
INTRON
EXON II
3' UTR
520 bp 71 bp 2.440Kb 1092 1425 bp bp
Human 10
5' UTR
EXON I
INTRON
EXON II
3' UTR
3.540 Kb
GeneCx39Mouse Chr 18
GeneCx40.1 Chr
71 bp 1070 bp
Localizzazione cromosomica della mCx39 e della
hCx40.1
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NT
CT
NTCT NT
CT
Cx43 Cx32 Cx36
Group Group Group
E1 E2
I
I
I
E1 E2 E1 E2
M1 M2 M3 M4
LA REGIONE AMMINO-TERMINALE e LA CARBOSSI-TERMINALE SONO
CITOPLASMATICI;
QUATTRO TRATTI TRANSMEMBRANA;
UN LOOP CITOPLASMATICO (I) E DUE LOOPS EXTRACELLULARI (E1 e
E2)
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E21
Immunoistochimic
a con anticorpi
anti-miogenina
utilizzata per
marcare il tessuto
muscolare.
La figura mostra
che le aree marcate
con Cx39 nella
sezione di
embrione (frecce)
corrispondono al
tessuto muscolare
scheletrico
(riquadri).
m. addominali m. arto posteriore
m. dorsali
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Delaminazione : Pax3 c-met
: Pax3, c-met, Mox2, Msx1, Six, (Myf5, MyoD)
: Myf5
Myogenin, (MyoD, Mrf4), Mef2 Six ...
:
MyoD
Migrazione c-met/HGF, Lbx1
?
,
,
Proliferazione
Determinazione
Differenziamento :
Tubo Neurale
Arto
dorsale
ventrale
miotomo
dermomiotomo
Rappresentazione schematica dello sviluppo del muscolo
scheletrico nell’arto posteriore
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mioblasti
fusione di
miociti miotubi miofibre
Cx39
Cx39
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Muscolo lesionato
Lesione e processo di
rigenerazione nel
muscolo scheletrico
Muscolo intatto
![Page 31: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/31.jpg)
A B
C D
Cx39
Espressione di
Cx39 RNAm in
raggruppamenti
cellulari
corrispondenti a
diverse fasi del
processo di
rigenerazione
del muscolo
9° giorno dalla lesione
Cx39
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A
B C
D E
F G
Cx39 miogenina
Colocalizzazion
e di Cx39 in
cellule
miogenina
positive nel
muscolo al 9°
giorno dalla
lesione
![Page 33: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/33.jpg)
Potenziale ruolo
della Cx39 nel
processo di fusione
dei miociti
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DOPO ESERCIZIO INTENSO
IN SOGGETTI
SEDENTARI O ESERCIZIO
MAI ESEGUITO, SPECIE SE ECCENTRICO,
SI GENERA DOLORE E RIGIDITA’
MUSCOLARE DOVUTI A LESIONI
MUSCOLARI E A PROCESSI
INFIAMMATORI CHE INNESCANO LA
RIGENERAZIONE-RIPARAZIONE
DEL MUSCOLO
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ESERCIZI CON SOVRACCARICO
RESPONSABILI DI DANNO E SUCCESSIVA
RIPARAZIONE PER ATTIVAZIONE DI
SPECIFICI PATTERNS DI GENI
MOLTO SIMILI A QUELLI OPERANTI
DURANTE LO SVILUPPO EMBRIONALE
DEL MUSCOLO
STIMOLO EFFICACE PER L’IPERTROFIA MUSCOLARE
CONCLUSIONE:
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Patologie muscolari
E
Prospettive di trattamenti
Cellule staminali
![Page 37: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/37.jpg)
Plasticità del muscolo scheletrico
VELOCITA’ DI CONTRAZIONE
![Page 38: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/38.jpg)
velocità di contrazione
Nervosa
Muscolare
![Page 39: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/39.jpg)
ESERCIZI A CONTRAZIONE ECCENTRICA
O STIRAMENTI MUSCOLARI
INDUCONO ALLUNGAMENTO DELLE FIBRE
PER ATTIVAZIONE DI CELLULE SATELLITI CHE
RIPRODUCONO UNA CRESCITA DELLE FIBRE IDENTICA
A QUELLA DELLO SVILUPPO POSTNATALE
INCREMENTO VELOCITA’ DI CONTRAZIONE
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L’ATTIVITA’ NEUROMUSCOLARE E’ INDISPENSABILE
PER LO STATO TROFICO NEUROMUSCOLARE
LA RISPOSTA TROFICA MUSCOLARE
SI ACCOMPAGNA AD UNA MODIFICAZIONE
TROFICA DEL MOTONEURONE
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La sollecitazione funzionale neuromuscolare induce un trofismo sia
muscolare che nervoso dipendente da fattori trofici prodotti dal
motoneurone o dal muscolo
![Page 42: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/42.jpg)
Fattori neurotrofici BDNF-GDNF-NT-4
-Sopravvivenza fibre e trofismo giunzione sinaptica
- Sopravvivenza e trofismo motoneurone
PLASTICITA’ MUSCOLARE
Stimolo specifico: attività muscolare o denervazione
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![Page 44: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/44.jpg)
NT-4 induce sprouting
nei motoneuroni
![Page 45: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/45.jpg)
DENERVAZIONE MUSCOLARE
E RECUPERO FUNZIONALE
- Sopravvivenza muscolare e nervosa
-Riparazione-reinnervazione
-Effetti dell’esercizio
![Page 46: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/46.jpg)
![Page 47: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/47.jpg)
IGFs TGFb, FGF-2, NT-4
![Page 48: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/48.jpg)
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nu
mb
er
of n
eu
rom
uscu
lar
jun
ctions
en
dp
late
dia
me
ter
(mm
)
wild
type
NT-4
KO
0 10
20 30 40 50 60 70 80 90
100
***
0
5
10
15
20
25
30
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 endplate diameter ( m)
wild type NT-4 KO
number of discrete AChR regions 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
10
20
30
40
5
15
25
35
10 11 12 13 14 15 16 17 nu
mb
er
of n
eu
rom
uscu
lar
jun
ctions
wild type NT-4 KO
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
nu
mb
er
of d
iscre
te A
ChR
re
gio
ns
***
wild
type
NT-4
KO
A B
C
wild type KO NT-4
Disassemblaggio dei recettori nicotinici nella giunzione neuromuscolare del
muscolo soleo di topi KO-NT-4
![Page 50: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/50.jpg)
merged AChRs terminals
n
KO
NT-4
Normale innervazione dell’area recettoriale
Wild
type
![Page 51: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/51.jpg)
NT-4 TrkB
muscle
fiber
motor
nerve
•neurotransmitter release
•synapse maintenance
•nerve sprouting
•maintenance of AChR clusters
•AChR and AChE levels
•sustained EMG and PTP
•resistance to fatigue ACTIVITY
Attività bidirezionale della NT-4 nella giunzione neuromuscolare
![Page 52: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/52.jpg)
Plasticità del muscolo scheletrico
CAPACITA’ METABOLICHE
RESISTENZA FATICA
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![Page 54: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/54.jpg)
Rimodellamento-adattamento nei muscoli
di allenati in attività aerobiche
- lieve ipertrofia (a carico delle rosse)
->contenuto di mioglobina
-> di mitocondri ed enzimi ossidativi
->dei capillari
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![Page 56: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/56.jpg)
Rimodellamento-adattamento
nei muscoli di allenati in attività
anaerobiche o di potenza?
- ipertrofia (a carico delle pallide)
->contenuto di glicogeno
>ATP CTP
-> enzimi specifici
-<dei capillari in rapporto alla massa
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![Page 58: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/58.jpg)
DEALLENAMENTO
Perdita dell’ipertrofia e
scomparsa dei potenziamenti del metabolismo
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FATICA MUSCOLARE
(RIDUZIONE DI FORZA?
INCAPACITA’ A COMPLETARE L’ESERCIZIO?
Componente nervosa Componente Muscolare
SNC
SPINALE
SINAPTICO
Resistenza
<glicogeno
Potenza rapida
<pH
<ATP
<glicogeno
Cardiovascolare
respiratoria
Fatica generale
L’allenamento potenzia la resistenza
riducendo le cause della fatica
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Attività fisica ed effetti sul muscolo scheletrico
-trasformazione fenotipo fibre
-iperplasia
-Ipertrofia
-potenziamento apparato metabolico
-vascolarizzazione
-velocizzazione
-resistenza fatica
La qualità e la quantità degli adattamenti
Nel muscolo sono superiori a qualsiasi
Adattamento osservabile in altri apparati
Perdita progressiva
di tutti gli adattamenti
Strutturali e funzionali
per cessata sollecitazione
CONCLUSIONI
![Page 61: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/61.jpg)
L’attività muscolare o esercizio ha effetti sul cervello?
![Page 62: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/62.jpg)
Per giocare a tennis impieghiamo diverse aree del cervello
![Page 63: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/63.jpg)
Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity.
Cotman CW, Berchtold NC.
Extensive research on humans suggests that exercise could have benefits for
overall health and cognitive function.
exercise can increase:
1) brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and other growth factors;
2) stimulate neurogenesis;
3) increase resistance to brain insult;
4) improve learning and mental performance;
5) Increase gene expression profiles that benefit brain plasticity processes;
Exercise could provide a simple means to maintain brain function and promote
brain plasticity.
![Page 64: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/64.jpg)
Prog Brain Res 2000;127:35-48
Activity-dependent regulation of neuronal plasticity and self repair.
Kempermann G, van Praag H, Gage FH.
Salk Institute for Biological Studies, Laboratory of Genetics, 10010 North Torrey
Pines Road, La Jolla, CA 92037, USA.
Plasticity is an essential characteristic of the brain. The state of activation and the
level of activity of the entire organism affect the brain's plastic response. Brain
plasticity has many substrates, ranging from synapses to neurites and entire cells.
The production of new neurons is part of plasticity even in the adult and old brain,
but under normal conditions neurogenesis only occurs in two privileged regions
of the adult brain: hippocampus and olfactory system. At least in the hippocampus,
physical activity stimulates neurogenesis by acting on the proliferation of neuronal
stem cells. More specific functions such as learning may be able to recruit new
neurons from the pool of cells with neurogenic potential...
![Page 65: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/65.jpg)
Esercizio e neuroplasticità
![Page 66: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/66.jpg)
Motor skills training enhances lesion-induced structural plasticity
in the motor cortex of adult rats.
![Page 67: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/67.jpg)
Quali sono le basi anatomiche che si accompagnano alle
modificazioni plastiche del cevello?
Aumento di ramificazioni neuronali
Incremento di sinapsi
Formazioni di nuovi
circuiti neuronali
Neurogenesi
![Page 68: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/68.jpg)
Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus
Henriette van Praag et al.
Nature Neuroscience 2, 266 - 270 (1999)
![Page 69: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/69.jpg)
NEUROGENESI NEL CERVELLO ADULTO
(morte di un dogma e rivoluzione nella concezione plastica del cervello)
Camillo Golgi 1843-1926 S. Ramon y Cajal 1852-1934
“Nel cervello adulto
tutto può morire e
niente può essere
rigenerato”
![Page 70: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/70.jpg)
SVZ
![Page 71: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/71.jpg)
SVZ
VL
![Page 72: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/72.jpg)
SVZ
![Page 73: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/73.jpg)
CELLULE STAMINALI Rilevante importanza nello sviluppo di strategie terapeutiche
per il trattamento di lesioni o malattie neurodegenerative
cerebrali
![Page 74: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/74.jpg)
L’ampliamento plastico di funzioni cerebrali
come incide nelle esperienze nuove?
Facilita l’apprendimento
Facilita l’esecuzione
![Page 75: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/75.jpg)
Geni e funzioni cerebrali
Singoli geni possono essere critici per alcune
abilità cerebrali. La maggior parte delle
espressioni di abilità cerebrali, specialmente
quelle complesse, sono multigeniche.
La mappa funzionale del genoma umano fornirà,
nel prossimo futuro, importanti conoscenze
sulla ereditarietà di diversi aspetti funzionali del
cervello
![Page 76: Adattamenti neuromuscolari](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051515/5535fdd94a79594b1b8b47d9/html5/thumbnails/76.jpg)
GENI
AMBIENTE