NeurociênciaParaLeigosPorqueaNeurociênciaéimportante?Aestruturamaiscomplexadouniversoéamassade1,36kgdecélulasdentrodenossocrâniochamadacérebro.Océrebroconsistedecercade100bilhõesdeneurônios,oqueécercadamesmaquantidadedeestrelasnaViaLácteaeonúmerodegaláxiasnouniversoconhecido.Eletambémcontémcercadeumtrilhãodecélulasdaglia,quecontribuemparaofuncionamentoadequadodosneurônios.Comoqualquermáquinacomplexa,océrebrocontémváriaspartes,cadaqualcomsubpartes,quetambémtêmsubpartes,seguindoatéseus“elementosmaisbásicos”—osneurônioseaglia.NestaFolhadeColavocêencontrainformaçõessobreaspartes-chavedocérebroeopapelefunçãodascélulasqueformamosistemanervoso.

NEUROCIÊNCIA:OSTIPOSEFUNÇÕESDASCÉLULASNOSISTEMANERVOSOCENTRALOsistemanervosoconsistedosistemanervosocentral(cérebroemedulaespinhal),dosistemanervosoperiférico(neurôniossensoriaisemotores)edosistemanervosoautônomo(queregulaosprocessoscorporaiscomoadigestãoeafrequênciacardíaca).

Todasasdivisõesdosistemanervososãobaseadasuniversalmentenasfunçõesdosneurônios,célulasespecializadasqueprocessaminformação.Neurôniosgeramimpulsosnervososquecausamaliberaçãodesubstânciasquímicasemjunçõesespecializadaschamadassinapses,asquaispermitemqueneurôniosdiferentesfalemunscomosoutros.Ofuncionamentoadequadodosneurôniosdependedecélulasespecializadasdaglia.Todosossistemasnervososemtodasasespéciesanimaistêmsetetiposbásicosdecélulasfuncionais:

Neurôniossensoriais:Estesneurôniosinformamaorestodocérebrosobreoambienteexternoeinterno.

Neurônios motores ou efetuadores: Neurônios motores contraemmúsculos e medeiam comportamentos, e neurônios de outras saídasestimulamglândulaseórgãos.

Neurôniosdecomunicação:Neurôniosdecomunicaçãotransmitemsinaisdeumaáreadocérebroparaaoutra.

Interneurônios ou associativos: A grande maioria dos neurônios emvertebrados é de neurônios de associação. Eles extraem e processaminformações vindas dos sentidos, comparam–nas com o que está namemóriaeasutilizamparaplanejareexecutarocomportamento.Cadaumadasváriascentenasderegiõesdocérebrocontémaproximadamenteváriasdúziasdetiposdistintosdeneurôniosdeassociação,quemedeiamafunçãodessaáreadocérebro.

Mielina:Muitosaxôniosestãoenvolvidosemprocessamentosdacéluladaglia que fornecem isolamento extra. Esse isolamento é composto deoligodendrócitos, que formam a mielina, dando origem a axôniosmielinizados. As lacunas entre os envólucros de mielina são chamadasnódulos de Ranvier. É aqui que o potencial de ação (impulso nervosoelétrico)érepetido,permitindo,assim,queosinalmantenhasuaforçaporlongas distâncias. Axônios mielinizados têm velocidades rápidas deconduçãoemqueospotenciaisde açãoviajamvárias centenasdemetrospor segundo. Muitos axônios menores no sistema nervoso não sãomielinizadoseconduzempotenciaisdeaçãomaislentamente.

Astrócitos: Astrócitos são células em formato de estrela que fornecemsuporte metabólico para neurônios, bem como formam a barreirahematoencefálica.Astrócitos contribuem significativamente com a funçãosináptica,mantendo a concentração adequada de substâncias químicas nasinapse,etambémsãoconhecidosporliberargliotransmissoresquepodemregular a transmissão sináptica. A habilidade dos astrócitos de integrar aatividadesinápticaesua localizaçãofísicapróximaasinapsesdeuorigemaotermosinapsetripartite.Asinapsetripartiteserefereatrêsentidades:oterminalpré-sinápticodoneurônio,oterminalpós-sinápticodoneurônioeoprocessoadjacentedeumastrócito.

Micróglia: Estas células são as únicas células imunes residentes no

cérebro. Elas agem como a primeira linha de defesa imunológica nocérebro.Asmicrógliassãocélulasdelimpezaqueremovemcélulasmortase agentes infecciosos por um processo chamado fagocitose. Embora amicrógliapossaserativadaemestadosdedoençapara liberar substânciasquímicasnocivasquedanificamneurônios,elademonstroufornecersuportetrófico para neurônios. Estudos mais recentes demonstraram que amicróglia suprime sinapses desnecessárias durante o desenvolvimento, oqueérequeridoparaumamaturaçãoadequadadosistemanervosocentral.

Hádiferençasestruturaisóbviasentreosneurônioseamaioriadasoutrascélulas.Enquantoamaiorpartedascélulasnãoneuronaislembraesferoidesachatados,osneurôniosnormalmentetêmuma“árvoredendrítica”deramos(ouprocessos)surgindodocorpocelular(ousoma),alémdeumúnicoprocesso,chamadodeaxônio,quetambémemanadocorpocelular,masquepercorregrandesdistâncias(àsvezesatéváriosmetros)antesderamificar.Enquantoosdendritosrecebementradassinápticasdeoutrascélulas,oaxônioenviaoresultadodacélulaparaoutrascélulas.

Neurociência

Neurociência

Traduçãoda2aEdição

FrankAmthor,Ph.D.

NeurociênciaParaLeigos®—Traduçãoda2aEdiçãoCopyright©2017daStarlinAltaEditoraeConsultoriaEireli.ISBN:978-85-508-0173-5

Translated fromoriginalNeuroscienceForDummies®,2ndEdition.Copyright©2016byJohnWiley&Sons,Inc.ISBN978-1-119-22489-1.ThistranslationispublishedandsoldbypermissionofJohnWiley&Sons,Inc.,theownerofallrightstopublishandsellthesame.PORTUGUESElanguageeditionpublishedbyStarlinAltaEditoraeConsultoriaEireli,Copyright©2017byStarlinAltaEditoraeConsultoriaEireli.

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DadosInternacionaisdeCatalogaçãonaPublicação(CIP)VagnerRodolfoCRB-8/9410

A528n Amthor,Frank

Neurociênciaparaleigos/FrankAmthor;traduzidoporSamanthaBatista.-RiodeJaneiro:AltaBooks,2017.

384p.:il.;17cm×24cm.

Traduçãode:Neurosciencefordummies

Traduçãode:NeurosciencefordummiesIncluiíndice.ISBN:978-85-508-0173-5

1.Neurociências.I.Batista,Samantha.II.Título.CDD612.8CDU612.8

RuaViúvaCláudio,291—BairroIndustrialdoJacaréCEP:20.970-031—RiodeJaneiro(RJ)Tels.:(21)3278-8069/3278-8419www.altabooks.com.br—altabooks@altabooks.com.brwww.facebook.com/altabooks—www.instagram.com/altabooks

SobreoAutorFrank Amthor é professor de psicologia na Universidade do Alabama, emBirmingham, onde também integra o UAB Medical School Department ofNeurobiology, a School of Optometry e o Department of BiomedicalEngineering.EleépesquisadorapoiadopeloNIHhámaisde20anosetambémtemapoiodoEscritóriodePesquisaNavaldosEUA,pelaFundaçãoSloanepelaFundação Eyesight.. Sua pesquisa é focada em processamento visual retinal ecentraleprótesesneurais.Publicoumaisde100artigosemperiódicos,capítulosdelivroseresumosdeconferências.

A carreira de Frank é dedicada à compreensão da computação neural, por simesmoeparaodesenvolvimentodeprótesesneuraisquerestauremeaumentema função humana. Sua pesquisa específica é investigar a computação neuralcomplexanascélulasganglionaresdaretina,oprimeirolócusnosistemavisualde análises altamente específicas e não lineares, como o movimento e aseletividade direcional. As técnicas investigativas que ele usou incluemvirtualmente todo o conjunto de técnicas neurofisiológicas unicelulares,incluindo registro extracelular unicelular, registro e marcação intracelular deeletrododeagulha,registropatchclamp,imagiologiaóticacomcálcioecorantespotenciométricos, registro de eletrodo duplo e,mais recentemente, registro derede de microeletrodos. Seus interesses atuais de pesquisa envolvem traduzirainda mais as pesquisas básicas sobre a retina para o desenvolvimento deprótesesneuraisparaosistemavisualeoutrasdeficiências.

DedicatóriaParaBecky,minhaparceiradevidaeamãedemeustrêsfilhosmaravilhosos.

ParaPhilip,RacheleSarah,porseremosmelhoresfilhosdomundoe,agora,aesperançadomundoparaofuturo.

Paraosmeuspais,AgneseRyder,emeupadrasto,Jim,quemecolocaramnestemundoeorientaramacomovivernele.

Para todos osmeus professores que acharamque eu era alguémdigno de queinvestissemseutempo.

EAgradecimentosdoAutor

ste livro deve sua existência à minha primeira agente, Grace Freedson(The Publishing Network). Eu agradeço a Robert Hickey, editor de

aquisições,portrabalharcomigonodesenvolvimentodaestruturaparaolivro,eao Departamento Gráfico daWiley, por seu trabalho nas ilustrações por todoestelivro.AgradecimentosmuitoespeciaisaTracyBarr,editoradeprojetos,quemelhorou praticamente cada frase do livro. Eu não consigo agradecê-la osuficienteporsuagentildiligência.Pelaversãoatual,agradeçoàminhaeditora,ElizabethKuball,eàprofessoraTaraDeSilvapelaediçãotécnica.

Nenhum neurocientista profissional está completamente atualizado sobre océrebroousistemanervosointeiro,eoquesabemoseentendemossobreeleestáemconstantemudança.Emboraboapartedotempoeesforçotenhasidousadoparagarantirqueomaterialdestelivrofosseprecisoeatualizado,qualquererrodentrodessaspáginasésomentemeu.Sevocêencontrarumerroouquiserfazerqualquer outro comentário sobre este livro, sinta-se à vontade para entrar emcontatocomigopeloe-mailamthorfr@gmail.com.

SumárioResumido

Introdução

Parte1:ApresentandooSistemaNervosoCAPÍTULO1:UmaRápidaViagemAtravésdoSistemaNervosoCAPÍTULO2:TudosobreoCérebroeaMedulaEspinhalCAPÍTULO3:EntendendocomoosNeurôniosFuncionam

Parte2:TraduzindooMundoInternoeExternoAtravésdosSentidosCAPÍTULO4:SentindodoSeuJeito:OsSentidosdaPeleCAPÍTULO5:ObservandoaVisãoCAPÍTULO6:FalandoAlto:OSistemaAuditivoCAPÍTULO7:OdoresePaladar

Parte3:SeguindoemFrente:SistemasMotoresCAPÍTULO8:OsFundamentosdosMovimentosCAPÍTULO9:CoordenandoMaisasCoisas:AMedulaEspinhaleas

ViasMedularesCAPÍTULO10:PlanejandoeExecutandoAçõesCAPÍTULO11:AçõesInconscientescomGrandesImplicações

Parte4:Inteligência:OCérebroPensanteeaConsciênciaCAPÍTULO12:EntendendoaInteligência,aConsciênciaeasEmoçõesCAPÍTULO13:ComooCérebroProcessaosPensamentosCAPÍTULO14:OCérebroExecutivoCAPÍTULO15:AprendizadoeMemóriaCAPÍTULO16:DesenvolvendoeModificandoCircuitosCerebrais:

PlasticidadeCAPÍTULO17:DisfunçõesNeurais,DoençasMentaiseDrogasque

AfetamoCérebro

Parte5:APartedosDezCAPÍTULO18:Dez(OuMais)EstruturasCerebraisCruciais

CAPÍTULO19:DezTruquesdosNeurôniosqueosFazemFazeroqueFazem

CAPÍTULO20:DezFatosIncríveissobreoCérebroCAPÍTULO21:DezTratamentosPromissoresparaoFuturo

Sumário

INTRODUÇÃOSobreEsteLivroPensoque…ÍconesUsadosNesteLivroAlémDesteLivroDeLáparaCá,DaquiparaLá

PARTE1:APRESENTANDOOSISTEMANERVOSO

CAPÍTULO1:UmaRápidaViagemAtravésdoSistemaNervosoEntendendoaEvoluçãodoSistemaNervoso

EspecializandoecomunicandoEvoluindoparaanimaiscomplexosEntraoneocórtex

ObservandocomooSistemaNervosoFuncionaOimportantepapeldosneurôniosAssociandoemcircuitos,segmentosemódulosQuecarga:OpapeldaeletricidadeEntendendoaorganizaçãomodulardosistemanervoso

ObservandoasFunçõesBásicasdoSistemaNervosoSentindoomundoaoseuredorMovendo-secomneurôniosmotoresDecidindoefazendoProcessandopensamentos:Usandointeligênciaememória

QuandoasCoisasDãoErrado:DoençasNeurológicaseMentais

RevolucionandooFuturo:AvançosemVáriosCamposTratandodisfunçõesAumentandofunções:Mudandoquemsomos

CAPÍTULO2:TudosobreoCérebroeaMedulaEspinhal

ObservandoDentrodoCrânio:OCérebroesuasPartesOneocórtex:ControlandooscontroladoresAbaixodoneocórtex:OtálamoOsistemalímbicoeoutrasáreassubcorticaisimportantes

Fazendoatransiçãoentreocérebroeamedulaespinhal

Observandoasdiferenças:Tamanho,estruturaeoutrasvariações

AMedulaEspinhal:AIntermediáriaentreosSistemasNervososObservandooreflexoespinhalMovendoseusmúsculos

LutandoouFugindo:OSistemaNervosoAutônomoComoSabemosoqueSabemossobreAtividadeNeural

ExaminandoproblemascausadospordanoscerebraisUsandotecnologiaparavisualizarocérebro:DosantigasEEGsatéhoje

CAPÍTULO3:EntendendocomoosNeurôniosFuncionamBásicosobreNeurônios:NãoéSóMaisUmaCélulanoCorpoEnviandoerecebendoinformaçãoentreneurônios:Receptoressinápticos

Recebendodadosdoambiente:Receptoresespecializados

ReceptoresionotrópicosversusmetabotrópicosAstrêsprincipaisclassesfuncionaisdeneurotransmissores

QueChocante!NeurônioscomoDispositivosElétricosdeSinalizaçãoCaramba,pulsos—OpotencialdeaçãoFechandoociclo:Dopotencialdeaçãoàliberaçãodoneurotransmissor

Movendo-secomNeurôniosMotoresCélulasNãoNeuronais:CélulasdaGlia

Astrócitos

OligodendrócitosecélulasdeSchwannCélulasdamicróglia

TécnicasdeRegistroMicroeletrodosextracelularesindividuaisRedesdemicroeletrodosEletrodosintracelularesdeagulhaEletrodosPatch-clampDispositivosdeimagemótica

PARTE2:TRADUZINDOOMUNDOINTERNOEEXTERNOATRAVÉSDOSSENTIDOS

CAPÍTULO4:SentindodoSeuJeito:OsSentidosdaPeleComoVocêSente?AVerdadesobreaPeleeseusNeurôniosSensoriaisPropriedadesgeraisdapeleSentindootoque:OsmecanorreceptoresComoosmecanorreceptoresfuncionamSentindotemperaturaedorSentindoposiçãoemovimento:Propriocepçãoecinestesia

ReceptoresdaPele,CircuitosEspinhaisLocaiseProjeçõesparaoCérebroSaídasdoreceptorsomatossensorialLocalizandoasensação:Áreassensoriaiscorticaisespecializadas

EntendendoosAspectosComplexosdaDorReduzindo—ouignorando—adorLivrededoreodiandoisso:NeuropatiaperiféricaDorcrônicaediferençasindividuaisempercepçãodedor

CAPÍTULO5:ObservandoaVisãoOsOlhosVencem:UmaOlhadaRápidaemseusOlhos

Aretina:ConvertendofótonsemsinaiselétricosCapturandofótons:LuzefototransduçãoEnviandoamensagemaocérebro

Processandosinaisdosfotorreceptores:Célulashorizontaisebipolares

Enviandoeformatandoamensagem:Célulasganglionareseamácrinas

DosOlhosaosCentrosdeVisãodoCérebroDestino:TálamoOutrosdestinosDotálamoaolobooccipital

ProblemasdeVisãoeIlusõesVisuaisParecemiguaisparamim:DaltonismoEntendendoacegueiraIlusõesvisuais

CAPÍTULO6:FalandoAlto:OSistemaAuditivoAOrelha:CapturandoeDecodificandoOndasSonoras

Reunindosons:AorelhaexternaAorelhamédiaTocandoacordesparaocérebro:Aorelhainterna

DandoSentidoaosSons:ProjeçõesAuditivasCentraisPareantesdotálamoEmdireçãoaotálamo:OnúcleogeniculadomedialProcessandosonsnocérebro:Olóbulotemporalsuperior

LidandocompadrõesauditivoscomplexosLocalizandoSons

Calculandooazimute(ângulohorizontal)Detectandoelevações

EuNãoConsigolheOuvir:SurdezeZumbidosPerdaauditivaAh,aquelesmosquitoszzzzzzzzzzzzzzzzzz:Zumbidos

CAPÍTULO7:OdoresePaladarQueCheiroÉEsse?

ClassificandoascoisaspelobulboolfatórioProjetandoporcaminhosdiferentesEspecificandomaisnocórtexorbitofrontal

TendoBomGostoAlínguadiscriminante:OsquatrogostosbásicosEnviandoamensagemdogostoaocérebro:Codificaçãodogosto

IdentificandoelembrandodosgostosOPapeldoAprendizadoedaMemórianoPaladarenoOlfato

FaltadePaladareProblemasnoOlfatoPoucoounenhumolfatoSaciedade

PARTE3:SEGUINDOEMFRENTE:SISTEMASMOTORES

CAPÍTULO8:OsFundamentosdosMovimentosIdentificandoosTiposdeMovimento

MovimentosqueregulamfunçõescorporaisinternasMovimentosreflexivosMovimentosplanejadosecoordenados

ControlandooMovimento:PlanejamentoCentraleExecuçãoHierárquicaAtivandomovimentosmuscularesinvoluntáriosAtivandooreflexoderetiradaSubindonahierarquia:LocomoçãoUsandoseucérebroparacomportamentomotorcomplexo

PuxandoaCarga:CélulasMusculareseseusPotenciaisdeAção

DistúrbiosMuscularesedoNeurônioMotorMuscularMiasteniagraveDoençasviraisdoneurôniomotor:RaivaepoliomeliteLesãodamedulaespinhal

CAPÍTULO9:CoordenandoMaisasCoisas:AMedulaEspinhaleasViasMedularesOReflexodeRetirada:UmaRespostadeCicloAbertoMantenhasuaPosição!ReflexosdeCicloFechado

Forçasopostas:Paresmuscularesextensor-flexor

Determinandoataxadedisparocorretacomocircuitoneuralcomparador

OsReflexosModuladores:EquilíbrioeLocomoçãoMantendooequilíbrio:Oreflexovestíbulo-espinhalFaçaalocomoção

CorrigindoErrossemFeedback:OCerebeloObservandoossistemascerebelaresPrevendoalocalizaçãodomembroduranteomovimento

Focandoemcontroledomovimentocorticaletroncoencefálico

CAPÍTULO10:PlanejandoeExecutandoAçõesTransformandooMovimentodeReflexosaConscientes,ouAçãoGeradaporObjetivoComooslóbulosfrontaisfuncionamPlanejando,corrigindo,aprendendo:Córtexpré-frontaleprocessadoressubcorticais

Memóriaoperacional(oudetrabalho)Iniciandoações:GângliosbasaisNomeiodascoisas:Áreassuplementaresepré-motoras

Ocerebelo:Ondevocêcoordenaeaprendemovimentos

JuntandotudoOndeEstãoosNeurôniosdeVontadePrópria?

Oquevemprimeiro:Opensamentoouaação?ContemplandoosresultadosdoestudoVocêaindaéresponsável!

DescobrindoNeurôniosNovos(eEstranhos)Neurônios-espelhoNeurôniosvonEconomo

QuandoTiramosasRodinhas:DistúrbiosMotoresMiasteniagraveDanosàmedulaespinhaleaocérebroDegeneraçãodosgângliosbasaisDoençadeHuntington

CAPÍTULO11:AçõesInconscientescomGrandesImplicaçõesTrabalhandonosBastidores:OSistemaNervosoAutônomoEntendendoasfunçõesdosistemanervosoautônomoDividindoeconquistando:Subsistemassimpáticoeparassimpático

ControlandoosistemanervosoautônomoSinaisdecruzamento:Quandoosistemanervosoautônomoerra

BonsSonhos:OSonoeosRitmosouCiclosCircadianosSincronizandoorelógiobiológicocomexposiçãoàluzObservandoosdiferentesestágiosdosonoAssociaçõesfuncionaisdosritmoscerebraisControlandoosciclosdosonoSonhosnãotãobons:Combatendoosdistúrbiosdosono

PARTE4:INTELIGÊNCIA:OCÉREBROPENSANTEEACONSCIÊNCIA

CAPÍTULO12:EntendendoaInteligência,aConsciênciaeasEmoçõesDefinindoInteligência

Entendendoanaturezadainteligência:Geralouespecializada?

ComponentesdainteligênciaObservandoosdiferentesníveisdeinteligência

InteligênciaEmocionalLidandocommemóriasdereaçõesemocionaisfortesEmocionando-secomosistemalímbico

EntendendoaConsciênciaAnalisandosuposiçõessobreaconsciênciaTiposdeconsciênciaEstudandoaconsciênciaDoiscamposeummeio-termoProcessamentoinconsciente:Visãocega,negligênciaeoutrosfenômenos

CAPÍTULO13:ComooCérebroProcessaosPensamentosOCérebro:AssumindooComandoemVáriosNíveisTudosobreoNeocórtex

OsquatroprincipaislobosdocérebroesuasfunçõesSubstânciacinzentaversussubstânciabrancaConectividadeuniversalversusdepequenomundoMinicolunaseosseisgrausdeseparaçãoDefinindoaestruturadeseiscamadasdocórtexVivaoneocórtex!

ControlandooConteúdodoPensamento:CaminhosSensoriaiseHierarquiasRetransmissõessensoriaisdotálamoaocórtexOhipocampo:Especializandoparamemória

DividindoeConquistando:Linguagem,VisãoeosHemisfériosCerebraisSistemascerebraisespecializadosparalinguagemVendootodoeaspartes:Assimetriasdeprocessamentovisual

OndeMoraaConsciênciaLinguagemeodanodohemisférioesquerdooudireitoEntendendoo“intérpretedoladoesquerdo”

CAPÍTULO14:OCérebroExecutivoObtendooCérebroqueVocêTemHoje:ONeocórtexversusSeuCérebroReptilianoMeuneocórtexémaiorqueoseu:Observandotamanhosrelativos

Arelaçãoentreotamanhodocórtexpré-frontaleahabilidadedeperseguirmetas

MemóriaOperacional,ResoluçãodeProblemaseoCórtexPré-frontalLateralProcessoscerebraisgerindomemóriaoperacionalOslimitesdamemóriaoperacionalPerseverança:Ficandocomovelho,mesmoquandonãofuncionamais

Decidindo-seeMudandodeIdeia:OCórtexOrbitofrontalPressentindo:Reaçõesemocionaisaprendidas

Apostandoemacertar:Correrriscos,aversãoeprazerRaciocíniobaseadoemcasos:Pensandosobreconsequênciassociais

Jáestamoschegando?OCórtexCinguladoAnteriorRegistrandoerrosemudandodetáticasAgindosempensarQuemestácuidandodaloja?Problemasnocórtexcinguladoanterior

CAPÍTULO15:AprendizadoeMemóriaAprendizadoeMemória:MaisumaManeiradeseAdaptaraoAmbienteAdaptaçõesdedesenvolvimentoAprendizadoclássico

EnviandoMaisouMenosSinais:AdaptaçãoversusFacilitaçãoAdaptaçãoFacilitaçãoEstudandohabituaçãoesensibilizaçãoemlesmasdomar

ExplorandooqueAconteceDuranteoAprendizado:MudandoSinapsesCálculoneural:PortasneuraisEeOUOneurônioMcCulloch-PittsReconectandoseucérebro:OreceptorNMDA

OPapeldoHipocamponoAprendizadoenaMemóriaPassandodamemóriadecurtoparalongoprazoUmamatrizdedetectoresdecoincidênciasLembrando-sedecomosaber:MecanismoscorticaisSaberversussaberquevocêsabe:Contextoememóriaepisódica

PerdendosuaMemória:Esquecimento,AmnésiaeOutrosDistúrbios

FicandomaisCrânio:MelhorandoseuAprendizadoDistribuindootempodeestudopormuitassessõescurtas

Dormindoosuficiente

PraticandoemsuamenteRecompensandoepunindo

CAPÍTULO16:DesenvolvendoeModificandoCircuitosCerebrais:PlasticidadeDesenvolvendodesdeaConcepção

Surgindodaectoderme:Osistemanervosoembrionário

Adicionandocamadas:Odesenvolvimentodocórtexcerebral

Conectandotudo:Comoosaxôniosconectamváriasáreasdocérebroumasàsoutras

AprendendocomaExperiência:PlasticidadeeoDesenvolvimentodeMapasCorticaisMapeandotudo:Colocando-seemummundovisual,auditivoedetoque

Disparandoeconectando:ObservandoaleideHebbEfeitosambientais:InatoversusadquiridoGenética:Especificandooprocedimentodeconstruçãocerebral

EscolhendooCaminhoErrado:DistúrbiosdoSistemaNervosodoDesenvolvimentoBuscandoerrosgenéticosdodesenvolvimentoemratosmutantes

Efeitosambientaisnodesenvolvimentodocérebrohumano

OEnvelhecimentoCerebralVivendomuitoebem:Mudançasdaexpectativadevidaemestratégiacerebral

Acumulandoafrontas:Disfunçõescerebraisespecíficasdaidade

DoençasautoimunesDerramesTumores

CAPÍTULO17:DisfunçõesNeurais,DoençasMentaiseDrogasqueAfetamoCérebro

ObservandoasCausaseTiposdeDoençasMentaisAvariasgenéticasDoençasmentaisdodesenvolvimentoedoambienteDoençasmentaiscomcomponentesgenéticosedodesenvolvimentomisturados

APromessadosProdutosFarmacêuticosRemédiosqueafetamosreceptoresGABARemédiosqueafetamaserotoninaRemédiosqueafetamadopaminaAlgumassubstânciaspsicoativasnaturais

PARTE5:APARTEDOSDEZ

CAPÍTULO18:Dez(OuMais)EstruturasCerebraisCruciais..ONeocórtexOTálamo,PassagemparaoNeocórtexOPulvinarOCerebeloOHipocampoÁreasdeWernickeedeBrocaAÁreaFacialFusiformeAAmígdalaOCórtexPré-frontalLateralASubstânciaNegra(GângliosBasais)OCórtexCinguladoAnterior

CAPÍTULO19:DezTruquesdosNeurôniosqueosFazemFazeroqueFazemSuperandooLimitedeTamanhodoNeurônioObtendooMaiorRetornocomEspinhasDendríticasReceptoresIonotrópicos:PermitindoqueNeurôniosseComuniquemQuimicamente

Especializando-separaosSentidosCalculandocomCorrentesdeCanaisIónicosMantendooSinalForteporLongasDistânciasOAxônio:EnviandoSinaisdaCabeçaaosPésAcelerandoasCoisascomaMielinização

HomeostaseNeuralMudandoosPesosSinápticosparaseAdaptareAprender

CAPÍTULO20:DezFatosIncríveissobreoCérebroEleTem100BilhõesdeCélulaseumQuadrilhãodeSinapses

AConsciênciaNãoResideemNenhumaÁreaEspecíficadoCérebro

EleNãoTemReceptoresdeDorCortaroMaiorTratodeFibranoCérebroProduzMenosEfeitosColaterais

OCérebrodeEinsteinEraMenorqueaMédiaAdultosPerdemVáriasCentenasdeMilharesdeNeurôniosporDiaSemEfeitoPerceptível

GramaporGrama,RequerBastanteEnergiaÉumMitoqueUsamosApenas10%deNossoCérebroDanosCerebraisPodemResultaremHabilidadesProdígiosCérebrosAdultosPodemDesenvolverNovosNeurônios

CAPÍTULO21:DezTratamentosPromissoresparaoFuturoCorrigindoDistúrbiosdoDesenvolvimentopelaTerapiaGenética

AumentandooCérebrocomManipulaçãoGenéticaCorrigindoDanosCerebraiscomCélulas-TroncoUsandoEstimulaçãoProfundadoCérebroparaTratarDistúrbiosNeurológicos

EstimulandooCérebroExternamenteComEMTeETCCUsandoNeuroprótesesparaPerdasSensoriaisLidandocomaParalisiacomNeuroprótesesConstruindoumCérebroMelhorcomNeuroprótesesEngajando-seemAprendizadoControladoporComputadores

TratandoDoençascomNanorrobôs

OIntrodução

mistériocentralsobreocérebroésimplesmenteeste:comováriascélulasinterconectadas podem tornar cada um de nós o que somos — não

apenasnossospensamentos,memóriasesentimentos,masnossaidentidade.Nopresente,ninguémconsegueresponderaestapergunta.Algunsfilósofosachamque,aprincípio,nãoháresposta.

Eu acredito quepodemos entender comoo cérebro nos faz o que somos.Estelivro, embora certamente não contenha a resposta completa, indica o caminhoparaoquetalvezsejaaresposta:resumindo,océrebroéfeitodeneurônios,cadaqual é um pequeno computador complexo. Partes do sistema nervoso fazemsugestões para o resto dele sobre o que você deve fazer em seguida. Outraspartes processam as entradas sensoriais que você recebe e dizem ao sistemacomo as coisas estão até agora. Outras partes, ainda, particularmente aquelasassociadas à linguagem, formamumdiálogo corrente sobre tudo isso que estáacontecendo;essaéasuaconsciência.

Não é muito difícil compreender os conceitos, mas as pessoas acham que aneurociênciaédifícil.Eporquê?Porqueparaqueseusistemanervoso realizeessasfunções,épreciso100bilhõesdeneurônioseumquadrilhãodeconexõesestruturadas ao longo de bilhões de anos de evolução e todos os anos dedesenvolvimentoeaprendizadohumanoqueresultaramemquemvocêéeondeestáagora.

Vocêprecisasabertrêscoisasparaentendercomoosistemanervosofunciona.Aprimeira é como os próprios neurônios funcionam. A segunda é como osneurônios falamunscomosoutrosemcircuitosneurais.A terceiraécomooscircuitos neurais formam um conjunto específico de módulos funcionais nocérebro.Oconjuntoespecíficodemódulosquevocêtemotornaumhumano.Oconteúdodosseusmódulosespecíficosotornaúnico.

Nossoparenteanimalmaispróximo,ochimpanzé,tempraticamenteosmesmosneurôniosecircuitosneuraisquevocêeeu.Eletematéamaioriadosmesmosmódulos. Nós, humanos, temos alguns módulos extras que permitem aconsciência.Entenderissoéoobjetivodestelivro.

SobreEsteLivroVamosencarar.Aneurociênciaéumtópicocomplexo.Ecomopoderianãoser,jáquetratadocérebro,aestruturamaiscomplexadouniversoconhecido?Nestelivro eu explico algumas ideias e conexõesmuito complexas de umamaneiraque tanto aqueles que frequentam cursos de introdução à neurociência quantoaquelesquesãoapenasinteressadosnotópicopordiversãopoderãoentender.

Para usar e entender este livro, você não precisa saber nada sobre o cérebro,excetoquevocêtemum.Nestelivro,eutratoomáximopossíveldobásicocomlinguagem simples e diagramas fáceis de entender, e quando você encontrartermostécnicoscomocórtexcinguladoanteriorou tratovestíbulo-espinhal,euexplicooqueelessignificamemlinguagemclara.

Estelivroéprojetadoparasermodularpelasimplesrazãodequeeuqueroquevocê seja capaz de encontrar a informação de que precisa. Cada capítulo édividido em seções, e cada seção contém informação sobre algum tópicorelevantedaneurociência,como:

»Oscomponentes-chavedosistemanervoso:neurônioseglia»Comoosneurôniosfuncionamequaissãoosdiferentestiposdeneurônios

»Quaissistemasestãoenvolvidosemplanejareexecutaraçõescomplexas

»Opapeldoneocórtexemprocessarpensamentos

O melhor deste livro é que você decide onde começar e o que ler. É umareferêncianaqualvocêpodeentraresairàvontade.Bastaconsultarosumárioouoíndiceparaencontrarainformaçãoquequiser.

Nota:Vocêpodeusareste livrocomoumtextosuplementaremmuitoscursosde graduação, porque eu discuto o funcionamento do neurônio e do cérebrocomoumsistema.Cursosdegraduaçãodepercepçãotípicos,porexemplo,dãointroduções curtas (e não satisfatórias) a neurônios e processamento neural, epouco, se algum, tratamento da cognição.Cursos de psicologia cognitiva e deneurociência normalmente tratam bem a cognição, mas frequentemente nãoligam a cognição ao nível dos neurônios. Cursos de neurociênciacomportamental às vezes ignoram a cognição e a neurofisiologia praticamente

inteiras enquanto focam em explicar heurísticas e fenomenologia docomportamentoedoaprendizado.Vocêtambémpodeusareste livrocomoumauxiliar para cursos de pós-graduação ou de profissões da saúde nas quais osistemanervosooudoençasoudistúrbiosmentaissãomencionados,maspoucotratamentoexplícitoédadoaosistemanervosoeaocérebro.

Dentrodestelivrovocêpodenotarquealgunsendereçosdawebsequebramemduaslinhasdetexto.Sequiservisitarumadessaspáginas,simplesmentedigiteoendereço exatamente como está no texto, fingindo que a quebra de linha nãoexiste.

Pensoque…Aoescreverestelivro,fizalgumassuposiçõessobrevocê.Asaber:

»Vocênãoéumneurocientistaouneurocirurgiãoprofissional,maspodeserumestudanteiniciantenestecampo.(Sevocênotarqueseuneurocirurgiãoestáfolheandoumacópiadestelivroantesderemoverpartesdoseucérebro,vocêtalvezdevabuscarumasegundaopinião.)

»Vocêestáfazendoumcursoquerelacionaofuncionamentodocérebro,acogniçãoouocomportamentoesentequesesairiamelhorsetivesseumacompreensãosólidadecomoosistemanervosoeseuscomponentesfuncionam.

»Vocêquerinformaçõesempedaços,fáceisdeacessarefáceisdeentender.Esetiverumpouquinhodehumor,melhorainda!

Sevocêsereconheceunospontosanteriores,entãovocêestácomolivrocertoemmãos.

ÍconesUsadosNesteLivroOs ícones neste livro lhe ajudam a encontrar informações específicas. Elasincluem:

Ver as coisas demodo um pouco diferente ou pensar nelas de um jeito novopodefacilitaroentendimentodeconceitospotencialmenteconfusos.Busqueesteíconeparaencontraressestiposdediscussão“pensenissodessejeito”.

Esteíconeaparecepróximoaconceitos-chaveeprincípiosgeraisdosquaisvocêvaiquererlembrar.

Emumassuntotãocomplicadoquantoaneurociência,éinevitávelquealgumasdiscussõessejambemtécnicas.Felizmenteparavocê,nãoénecessáriosaberascausaserazõesdetalhadas,maseuincluoessainformaçãodequalquermaneiraparaaquelesqueestãovorazmentecuriososouadoramsofrer.Leiaoupuleosparágrafosaoladodesteíconeàvontade.

AlémDesteLivroAlémdomaterialnolivroimpressoqueestálendoagora,esteprodutotambémvem com algunsmateriais online para acessar em qualquer lugar.A Folha deCola traz informações sobre tipos e funções de células no sistema nervosocentral,opapeldoneocórtex,oshemisfériosesquerdoedireitodocérebro,osquatrolóbulosdocérebroemais.ParaconseguirestaFolhadeCola,bastavisitarwww.altabooks.com.breprocurarpelotítulodolivro/ISBN.

DeLáparaCá,DaquiparaLáFinalmente, o propósito deste livro é colocá-lo rapidamente no ritmo paraentender os neurônios e o sistema nervoso, particularmente o cérebro,mas hámuitostópicosdaneurociênciaqueficammuitoalémdoescopodestelivro.Estaé uma amostra:metabolismo intraneuronal e cascatas de segundomensageiro,associação de deficit neurológico com lesões em tratos e núcleos específicos,teoria do aprendizado tradicional, e genética moderna. Você pode achardiscussões detalhadas da maioria desses assuntos em Princípios deNeurociências, 5a edição, deKandel, Schwartz e Jessel, a bíblia dos livros deneurociência.

1ApresentandooSistemaNervoso

Nestaparte…

Descubraoquesãoneurônioseoqueelesfazemquepermiteque100milhõesdelesformemumcérebrohumano.

Vejaaestruturageraldosistemanervosocentral,docórtexaotroncoencefálicoemedulaespinhal.

Vejaosdetalhesdosneurônioscomodispositivoselétricosdesinalizaçãoqueprocessamentradase,comoresultado,secretammoléculasmensageiras.

O

Capítulo1UmaRápidaViagemAtravésdoSistemaNervoso

NESTECAPÍTULO

Seguindoaevoluçãodosistemanervoso

Entendendocomoosistemanervosofunciona

Listandoasfunçõesbásicasdosistemanervoso

Vendoostiposdedisfunçõesneurais

Espiandoasfuturascontribuiçõesdaneurociência

Meucérebro:émeusegundoórgãofavorito.—WoodyAllen(ODorminhoco,1973)

cérebro que você carrega em sua cabeça é, de longe, a estruturamaiscomplicadaconhecidanouniverso,etudooquevocêé,foieserásurge

daatividadedessacoleçãode1,36kgde100bilhõesdeneurônios.

Embora este livro seja sobreneurociência, o estudo do sistemanervoso, ele éprincipalmente sobre o cérebro, onde a maioria da ação do sistema nervosoacontece,emtermosneurais.(Osistemanervosocentraléformadoporcérebro,retinaemedulaespinhal.)Seseucérebrofuncionabem,vocêpodeterumavidalonga,felizeprodutiva(salvoalgumascircunstâncias infelizes,claro).Sevocêtem alguma disfunção cerebral, pode lutar para superar cada detalhe da vida,uma batalha que acontecerá dentro do seu cérebro. Então continue lendo paraumaintroduçãoaosistemanervoso,comoelefunciona,oquefazeoquepodedarerrado.

EntendendoaEvoluçãodoSistemaNervosoATerra formou-se há 4,5 bilhões de anos. Biólogos evolucionistas acreditamqueavidaunicelularprocariótica(célulassemumnúcleocelular)apareceunaTerramenosdeumbilhãodeanosdepoisdisso.Onotávelsobreessadataéqueosgeofísicosacreditamqueesseéopontomaisantigoemqueoplanetaesfriouosuficienteparasustentaravida.Emoutraspalavras,avidaapareceuquasenomesmoinstante(emtempogeológico)emqueissosetornoupossível.

Por razões desconhecidas, levou mais de outro bilhão de anos para a vidaeucariótica (células com núcleos) aparecer, outro bilhão de anos para a vidamulticelular evoluir de células eucarióticas e outro bilhão de anos para oshumanossurgirem—hámenosdeummilhãodeanos.OprocessoquelevouàvidamulticelularocorreunosoceanosdaTerra.

Especializandoecomunicando

Em organismos multicelulares, o ambiente das células do lado de dentro dogrupo celular é diferente do ambiente das células do lado de fora. Essesambientesdiferentesexigiamqueascélulasnessasformasdevidamulticelularesdesenvolvessem um jeito de se especializar e se comunicar. Entender essaespecialização é uma das chaves para entender como o sistema nervosofunciona.

Imagine uma bola de algumas dúzias de células em um oceano primitivo hábilhõesdeanos.Comoascélulasdedentrodabolanãoestãoexpostasàáguadomar,podeserqueelasconsigamexecutaralgumafunçãodigestivaououtradeforma mais eficaz, mas que não tenham como obter os nutrientes de queprecisam da água do mar e nem tenham um jeito de se livrar do lixo. Pararealizaressastarefas,elasprecisamdacooperaçãodascélulasàsuavolta.

Porisso,avidamulticelularpermitiu—naverdadeexigiu—queascélulasse

especializassem e se comunicassem. Células eucarióticas se especializaramregulandoaexpressãodoDNAdemaneiradiferenteparacélulasdentrodabolade células versus aquelas do lado de fora. Enquanto isso, algumas dassubstâncias secretadas pelas células se tornaram sinais para que outras célulasrespondessem.

Movendoparacá,paraláeparatodolugar—demaneiracoordenadaCorrentes,maréseondasnosantigosoceanosdaTerramoveramosorganismospor aí, eles querendo ou não.Até organismos especializados para fotossíntesedesenvolverammecanismosdeflutuaçãoparasemanteremnacamadasuperiordo oceano, onde fica a luz do sol. Outros mecanismos darwinianos de“sobrevivênciadomaisadaptado”causaramoutrasmudanças.

Alguns organismos multicelulares encontraram vantagem em se mover maisativamenteusandoflagelos.Masterdiferentescélulasemdiferentesladosdeumorganismo multicelular movendo flagelos de modo descoordenado não é amelhormaneira de direcionar omovimento (imagine uma equipe de remo emquecadamembroremaemumadireçãodiferente).Semsincronização,obarco—oorganismo,nestecaso—nãoiriaalugarnenhum.Oresultado?Redesdecélulas especializadas com junções comunicantes entre elas evoluíram. Essasredes permitiram sinalização elétrica rápida por redes neurais parecidas comanéisquesetornaramespecializadasemsincronizarflagelosdoladodeforadoorganismo.

EvoluindoparaanimaiscomplexosBolas de células com sistemas nevosos se tornaram capazes de se mover demodo coordenado nos oceanos, evoluindo para animais complexos comneurôniossensoriaiseoutrosneurôniosespecializados.

Cercademeiobilhãodeanosatrás, invertebrados,comoos insetos, rastejaramparaa terra firmeparadevorarasplantasquecresciam láhámilhõesdeanos.Mais tarde,algunspeixespulmonadosvertebrados seaventuraramna terraporbrevesperíodos,quandopoçasdemaréeoutroscorposrasosdeáguasecaram,forçando-osasecontorceremparachegaraumapoçamaior.Algunsgostaramtantoqueacabaramficandonaterraquaseotempotodoesetornaramanfíbios,

alguns dos quais se transformarammais tarde em répteis. Alguns dos répteisderamorigemaosmamíferos,cujosdescendentessomosnós.

EntraoneocórtexQuandovocêvêocérebrohumanodecimaoudelado,quasetudooquevêéoneocórtex.Échamado“neo”porqueéumainvençãorelativamenterecentedosmamíferos. Antes dos mamíferos, animais como répteis e pássaros tinhamcérebro relativamente pequeno, com áreasmuito especializadas para processarinformaçãosensorialecontrolarocomportamento.

Oqueaconteceucomaevoluçãodosmamíferosfoiqueumcircuitoespecíficodo cérebro expandiu enormemente como uma camada adicional deprocessamento colocada no topo de todas as áreas cerebrais antigas paraprocessamentosensorialecontrolemotor.

Neurocientistas não têm certeza de como e por que o neocórtex evoluiu.Pássaroserépteis(edinossauros,aliás)sesaírammuitobemcomseuscérebrospequenoseespecializadosantesdaexpansãomassivadoneocórtexqueocorreunosmamíferos.Dequalquermaneira, umavezqueosmamíferos chegaram,oneocórtex aumentou tremendamente, diminuindo o resto do cérebro que haviaevoluídoanteriormente. Issoocorreuapesardo fatodecérebrosgrandes seremcaros, metabolicamente. O cérebro humano consome cerca de 20% dometabolismo do corpo, apesar de representar apenas cerca de 5% do pesocorporal.

ObservandocomooSistemaNervosoFuncionaObserve praticamente qualquer foto do cérebro e verá imediatamente que eleconsiste de várias regiões diferentes. O cérebro não parece ser uma massaamorfadetecidoneuronalquesimplesmentepreencheointeriordocrânio.

Dadasuaaparência,háduasperguntasmuitoimportanteserelacionadas:

»Asdiferentesregiõesdocérebroqueparecemdiferentesrealmentefazemcoisasdiferentes?

»Asregiõesqueparecemiguaisfazemamesmacoisa?

Arespostaparaambasasperguntas?Maisoumenos.Apróximaseçãoexplica.

OimportantepapeldosneurôniosO sistema nervoso, explicado em detalhes no Capítulo 2, consiste no sistemanervoso central (cérebro, retina e medula espinhal), e no sistema nervosoperiférico (os axônios sensoriais e motor, que conectam o sistema nervosocentral aosmembros e órgãos).O sistema nervoso periférico também inclui osistema nervoso autônomo (que regula processos corporais como digestão efrequência cardíaca) e o sistema nervoso entérico, que controla o sistemagastrointestinal.

CAMPOSECAROÇOS:PRIMEIRASTEORIASSOBRECOMOOCÉREBROFUNCIONAOiníciodahistóriadaneurociênciaviuváriasteoriasdofuncionamentodocérebro.Duasdasmaisinteressantessãoasteoriasdafrenologiaedocampoagregado.

Asteoriasdocampoagregadosupunhamque,paraamaiorparte,océrebroéumgrandecircuitoneuronalúnicocujascapacidadessãorelacionadas,emsuamaioria,aseutamanhototal.Essasteoriassupunhamqueaestruturainternadocérebroédepoucaimportânciaparaentenderseufuncionamento.

Nooutroextremoestãoosfrenologistas,queacreditavamquequasetodacaracterísticahumana,incluindoatributoscomocautela,coragemeesperança,estálocalizadaempartesespecíficasdocérebro.Essaspessoasacreditavamqueodesenvolvimentodessesatributospodemserdeterminadosmedindoaalturadocrâniosobreessasáreas(caroços),presumindoqueocérebroabaixocresceeempurraocrânioparacimaparatraçosquesãoaltamentedesenvolvidos.VocêpodelermaissobrefrenologianoCapítulo12.

Todasasdivisõesdosistemanervososãobaseadasuniversalmentenasfunçõesdosneurônios.Neurôniossãocélulasespecializadasqueprocessaminformação.Como todas as células, eles são inacreditavelmente complicados à sua própria

maneira.Todosos sistemasnervosos em todas as espécies animais têmquatrotiposbásicosdecélulasfuncionais:

»Neurôniossensoriais:Estesneurôniosinformamaorestodocérebrosobreoambienteexternoeinterno.

»Neurôniosmotoresouefetuadores:Neurôniosmotorescontraemmúsculosemedeiamcomportamentos,eneurôniosdeoutrassaídasestimulamglândulaseórgãos.

»Neurôniosdecomunicação:Transmitemsinaisdeumaáreadocérebroparaoutra.

»Neurôniosdeassociaçãoouassociativos:Amaioriadosneurôniosemvertebradosédeinterneurôniosenvolvidosemassociaçõeslocais.Interneurôniosdeassociaçãoextraemeprocessaminformaçõesvindasdossentidos,comparam-nacomoqueestánamemóriaeautilizamparaplanejareexecutarocomportamento.Cadaumadasváriascentenasderegiõesdocérebrocontémváriasdúziasdetiposdistintosdeinterneurôniosdeassociaçãoquemedeiamafunçãodessaáreadocérebro.

Oquerealmentedistingueosistemanervosodequalqueroutrogrupodecélulasfuncionaiséacomplexidadedasinterconexõesneurais.Océrebrohumanotemcercade100bilhõesdeneurônios,cadaumcomumconjuntoúnicodecercade10 mil entradas sinápticas de outros neurônios, produzindo cerca de umquadrilhãodesinapses.Onúmerodeestadosdistintospossíveisdessesistemaépraticamenteincontável.

VocêpodelerumadiscussãodetalhadasobreneurôniosecomoelesfuncionamnoCapítulo3.

Associandoemcircuitos,segmentosemódulosAmaiorpartedocérebro,queéoquevocêrealmentevêquandoolhaparaumcérebrodecimaoudelado,éoneocórtex.Oneocórtexé,naverdade,umafolhadecélulasumpoucocompactadasparacaberdentrodacabeça.Osneurôniosnoneocórtexformamumcircuitoneuralcomplexo,aminicolumn(minicoluna),queérepetidomilhõesdevezespelasuperfíciecortical.

O cérebro contém muitas áreas especializadas associadas com sentidosespecíficos(visãoversusaudição,porexemplo)eoutrasáreasmediandosaídasmotoras específicas (como mover a perna versus a língua). A função dediferentes áreas do cérebro não depende de uma estrutura específica deminicolumnsdentrodela,masdeentradasesaídas.

Então, apesar de os tipos de células e circuitos no córtex auditivo seremsimilares àqueles nos córtices visual e motor, o córtex auditivo é o córtexauditivoporquerecebeentradasdacóclea(umapartedaorelha)eporqueenviasaídasparaáreasassociadascomoprocessamentodeinformaçãoauditivaequeautilizamparaguiarocomportamento.

Muitasoutraspartesdosistemanervosotambémsãofeitasdecircuitosrepetidosoumódulosdecircuitos,emborasejamdiferentesempartesdistintasdocérebro:

»Amedulaespinhalconsisteemsegmentosmuitosimilares(cervical,torácica,lombar,eassimpordiante),cujaestruturaérepetidadabordadamedula,notopodamedulaespinhal,atéossegmentoscoccígeosnofinal.

»Ocerebelo,umaestruturaproeminentenapartedetrásdocérebroabaixodoneocórtex,estáenvolvidoemafinarsequênciasmotoraseaprendizadomotor.Dentrodocerebelohácircuitosneuraisrepetidosformandomódulosquelidamcomplanejamentomotor,execuçãomotoraeequilíbrio.

Todos os módulos do sistema nervoso central são extensivamenteinterconectados.Sefizerumcorteemqualquerpartedocérebro,vocêveráqueele temmais substância branca, ou tratos de axônios de aparência pálida (os“cabos” neurais que conectam neurônios uns aos outros), do que substânciacinzamaisescura(corposcelularesneuraisedendritos,querecebementradasdeoutros neurônios e fazemas associações neurais).Eis o porquê: o cérebro usa

interconexõeslocaisentreneurôniosparafazerassociaçõesemcircuitosneurais.Entretanto,cadaneurôniocontactaapenasuma fraçãodosoutrosneurôniosnocérebro. Para chegar a outros módulos cerebrais para outras associações, osresultados dessas associações devem ser enviados por projeções de longadistânciaatravésdetratosdeaxôniosdeneurôniosdecomunicação.

Quecarga:OpapeldaeletricidadeA maioria dos neurônios são células especializadas para associação ecomunicação. Eles têm dois tipos de ramos: dendritos (que normalmenterecebem entradas de outros neurônios) e axônios (que são as saídas dosneurônios para outros neurônios ou outros destinos, como os músculos)emanandodeseuscorposcelulares.

Dendritos neuronais podem ter centenas de micrômetros de comprimento, eaxônios neurais podem atingir um metro (por exemplo, axônios correm decélulasúnicasnocórtexmotorprimárioemseucérebroatéabasedasuamedulaespinhal). Como o neurônio é alongado pelos dendritos e axônios, se ele forprocessar sinais rapidamente, precisa de mecanismos para ajudar essacomunicação intracelular. Esse mecanismo? Eletricidade, cuja condução até oaxônioéauxiliadapelabainhademielinadascélulasdaglia.

Neurônios usam eletricidade para comunicar o que está acontecendo em suasdiferentes partes. A ideia básica é a de que as entradas se espalhem pelosdendritoseprovoquemofluxodecorrentedestesparaocorpocelular.Ocorpocelular converte essamudança de corrente elétrica em um conjunto de pulsosenviados pelo axônio a outros neurônios. Para descobrir mais sobre como osneurônios se comunicam emgeral, veja oCapítulo 3.Os capítulos na Parte 2explicamosdetalhesespecíficosparacadasistemasensorial.

EntendendoaorganizaçãomodulardosistemanervosoOsistemanervosotemumaorganizaçãomodulargeral.Osneurôniosparticipamemcircuitos locais consistindo emvárias centenas de neurônios compostos deumaouduas(outrês,àsvezesquatro!)dúziasdetiposdiferentesdeneurônios.Essescircuitoslocaisrealizamassociaçõesneuraisementradasparaocircuitoeenviam os resultados para outros circuitos como saídas através de projeções

neurais.

Circuitos locaisformammódulosquerealizamcertasfunções,comover linhasverticais,ouvirtonsde10.000Hz,causaracontraçãodeummúsculoespecíficodo dedo ou fazer o coração bater mais rápido. Grupos de módulos similaresformamregiões importantesdocérebro,dasquaisháváriascentenas.Módulosno cérebro, na medula espinhal, no sistema nervoso periférico e no sistemanervoso autônomo funcionam todos juntos para manter sua sobrevivência,regulandoseuambienteinternoegerindosuainteraçãocomoambienteexterno.Claro, humanos fazem mais do que apenas sobreviver. Somos capazes dalinguagem,daautorreflexão,datecnologiaedacuriosidadesobrenossolugarnouniverso.

ObservandoasFunçõesBásicasdoSistemaNervosoAnimais têm sistemas nervosos,mas plantas não.A pergunta é: por que não?Ambos sãomulticelulares, emuitas plantas, como árvores, sãomuitomaioresqueosmaioresanimais.

COMASEUCÉREBRO,SEUTOLO!Ascídiassãofiltradoras(filtramnutrientesdaáguadooceano)quevivemnofundodomar.Ointeressantesobreessesorganismos,alémdasmuitasformasecoresquepodemter,équeelestêmumaformalarvalmóvelcomumgângliocerebralquecontrolaonado,masaformaadultaéséssil(ancorada,comoumaplanta).

Duranteametamorfoseparaaformaadulta,aascídiadigereseugângliocentrale,assim,“comeoprópriocérebro”,porque,emformadeplanta,nãoprecisamaisdele.

A diferença-chave, claro, é o movimento. Todos os animais se movem, masquasenenhumaplantaofaz.Sistemasnervosospossibilitamomovimento,eissoéoqueseparaplantaseanimais.

Sentindoomundoaoseuredor

Neurôniossensoriaisdetectamenergiaesubstânciasdedentroedeforadenossocorpo. Detectores de energia incluem fotorreceptores no olho (Capítulo 5),células ciliadas auditivas na cóclea (Capítulo 6) emecanorreceptores na pele,quedetectampressão evibração (Capítulo4).Células sensoriais quedetectammoléculasincluemneurôniosolfativosepapilasgustativas(Capítulo7).

Nóstambémtemosdetectoresdentrodenossocorpoquedetectamatemperaturacorporal,osníveisdeCO2,apressãosanguíneaeoutrasindicaçõesdefunçõescorporais.Ossistemasnervososcentraleautônomo(discutidosnoCapítulo11)usamassaídasdessessensoresinternospararegularfunçõescorporaisemantê-las em uma faixa aceitável (homeostase). Isso normalmente ocorre sem nosdarmosconta.

Neurônios sensoriais são osmais especializados de todos os neurônios porquetêm mecanismos únicos para responder a um tipo específico de energia oudetectarumasubstânciaespecífica(comoemreceptoresdecheiroegosto).Porexemplo,algunsanimaispodemsentirdiretamenteocampomagnéticodaTerra.Eles fazem isso porque têm células que depositaram pequenos cristais demagnetita em seu citoplasmaque reagemà forçadesse campomagnéticoparagerar um sinal elétrico na célula. Esse sinal elétrico é, então, comunicado aoutrascélulasnosistemanervosodoanimal,paranavegação.

Movendo-secomneurôniosmotoresAmaioriadosneurôniossãointerneurôniosdeassociaçãoquerecebementradasde outros neurônios e têm saídas para outros. No entanto, alguns neurônios,comoaqueleslistadosnaseçãoanterior,sãodiferentes:

»Algunsneurôniossãoespecializadosparaasensação.Aentradaparaessesneurôniosvemdomundo,nãodeoutrosneurônios.

»Algunsneurôniosenviamsuasaídaparamúsculos,glândulasouórgãos,emvezdeparaoutrosneurônios.Dessamaneira,elesestimulamaação,quepodeserqualquercoisa,desdesecretarumhormônioespecíficopararegularumprocessocorporalaté

correratrásdocarrinhodedocesdooutroladodarua.

Nosso corpo executa dois tipos bem diferentes de movimento. Omovimentovoluntário é controlado pelo sistema nervoso central, cujos neurôniosmotoresinervammúsculosestriados(tambémenvolvidosnoreflexo).Nóstambémtemosmúsculos lisos controladospor neurôniosno sistemanervoso autônomo, comonosistemadigestórioouaquelesquecontrolamapupiladoolho.OmovimentoéumtópicotãoimportantenaneurociênciaqueeudedicotodaaParte3aele.

DecidindoefazendoSistemasnervososcentraissãocomplexosemmamíferosporquegrandesáreasdoneocórtexconduzemocontrolemotor,oprocessamentosensoriale,porfaltadeumtermomelhor,oqueacontecenomeio.Dedicarumagrandequantidadedetecidocerebralparacontrolemotorpermitepadrõessofisticadosecomplexosdemovimento.Grandesáreascerebraisprocessandoentradassensoriaispodempermitirquevocêreconheçapadrõescomplexosnessasentradas.

Grandespartesdocérebronãodedicadasdiretamenteacontrolaromovimentoou processar entrada sensorial são tradicionalmente chamadas de córtex deassociação. Embora juntar todos os córtices não sensoriais e nãomotores sobummesmo termo não seja muito preciso, é claro que o córtex de associaçãopermite que contingências muito complexas existam entre o que é realmenterecebido pelos sentidos e qual comportamento ocorre como um resultado. Ouseja,umneocórtexgrandepermitequemuitasdecisõesaconteçamsobreoquevocêfará.

Entre os mamíferos, aqueles que tendemos a considerar os mais inteligentes,comoprimatas,cetáceose, talvez,elefantes, têmosmaioresneocórtices.Bem,nãoésóoneocórtexquetemimpactonainteligência;otamanhodolobofrontaltambém. O mais inteligente entre os animais listados (os primatas) tem osmaioreslobosfrontaisemrelaçãoaorestodoneocórtex.

Apartemais anterior (ou seja, da frente)do lobo frontal é chamadadecórtexpré-frontal.Estaáreaéexpandidaemprimataseparticularmenteemhumanos.Ocórtexpré-frontalcontrolaonívelmaisabstratodeplanejamentodemetas.

Se você não tem lobos frontais grandes, seu comportamento tende a serdominadopornecessidadesatuaiseoqueaconteceatualmentenomundoàsuavolta.Sevocêéumlagarto,vocêtemfome,sono,calor,buscaumcompanheiroou corre perigo de ser pego por um predador. Você tem vários repertórioscomportamentais, e seu cérebro seleciona entre eles. Por exemplo, você podeestar à procura de um companheiro. Nesse caso, está seguindo um programamotorem-busca-de-amor.Masquandovocêpercebeumfalcãocirculando,trocaparaoprogramaevitar-falcõeseprocuraumesconderijo.

Mamíferos, com seus lobos frontais, têm a capacidade de planejar complexassequênciasdeaçãocomváriospassos.Elespodemevitarfalcõeseaindalembrarondeocompanheiroempotencialestavaeretornaràprocuradeledepoisqueofalcão for embora.Mamíferos podem interagir em grandes grupos sociais nosquais seu relacionamento com cada membro é individualizado, não apenasbaseado emquemémaior oumenoroumais oumenos receptivo a investidassexuaisnomomento.

Processandopensamentos:UsandointeligênciaememóriaQuandopensamosem inteligência,normalmentepensamos sobre asdiferençasentre humanos e animais, embora alguns comportamentos animais sejamcertamentereconhecidoscomointeligentes.Doisatributos—nossacapacidadede linguagem e nossa memória episódica — são associados à inteligênciahumana. As seções seguintes esboçam muito brevemente os pontos-chaverelacionadosàmemória,linguagemeinteligência.Paraumadiscussãocompletada hierarquia da inteligência— e das descobertas-chave e dilemas atuais—,vejaoscapítulos12a15.

Linguagem

Um atributo associado à inteligência humana é a linguagem, que, quandodefinida como o uso de sequências de sinais com uma gramática complexa,pareceserunicamentehumana.O interessante—naperspectivaneurocientista— é que ela fica só de um lado do cérebro (o lado esquerdo namaioria dosdestros).

O que a torna incompreensível é que os dois lados de um cérebro humanoparecem quase idênticos, tanto em organização de grande quanto de pequenaescala. Ou seja, parece não haver diferença física entre as duas metades.Neurocientistasnãoconhecemumcircuitoouestruturaoucélulaúnicadoladoesquerdodo cérebroque explicaria sua capacidadede linguagemcomparada àfaltadeladoladodireito.Aindaassim,comovistoempacientescujasmetadesesquerda e direita do cérebro foramdesconectadas por razõesmédicas, o ladoesquerdoécapazdeconduzirumaconversasobreexperiênciasrecentes,masodireitonão.

MemóriaepisódicaOutra distinção menos apreciada entre inteligência humana e animal é acapacidadehumanadamemóriaepisódica.Memóriaepisódicaéamemóriadeumeventoespecíficoeseucontextonotempo.Elapodesercontrastadacomamemória semântica, um tipo de memória associativa envolvendo oconhecimento geral de fatos ou associações. É a diferença entre saber quandovocêaprendeuqueacapitaldoAcreeraRioBranco(episódica)esaberofatodequeacapitaldoAcreéRioBranco(semântica).

Até animais primitivos podem formar memórias associativas, como emcondicionamento clássicoouoperante (o nomePavlov lembra alguma coisa?),mas quase não há evidências de que animais não humanos tenhammemóriasepisódicas,oquedependedaaçãodamemóriaoperacionalnocórtexpré-frontal.Ocórtexpré-frontalémaioremhumanosdoqueemoutrosprimatas,masseatémamíferos não primatas têm córtices pré-frontais, então a pergunta seria: amemória episódica depende da linguagem? O que os neurocientistas sabem éque o planejamento complexo do qual os humanos são capazes depende defunçõesexecutivasnocórtexpré-frontal.

QuandoasCoisasDãoErrado:

DoençasNeurológicaseMentaisDadaaenormecomplexidadedocérebro,nãodeveriasersurpresaelefalharàsvezes.Distúrbiosmentaisvariamdaquelescomumabasegenéticaclara,comosíndromedeDownedoXFrágil,adistúrbioscomhereditariedadealta,masnãoabsoluta, como esquizofrenia e autismo, até condições que podem ser quasecompletamenteatribuídasaeventosdavida,comoalgunstiposdedepressão.

Algunsdistúrbiosmentaistambémsãoassociadoscomoenvelhecimento,comoAlzheimereParkinson.Essasdoençasnãotêmbasegenéticaclara,emboracadavezmaisevidênciasapontemaassociaçõesentrealgunscomponentesgenéticose o risco para essas doenças. A doença de Huntington é genética, mas seussintomasemgeralnãoaparecematéaidadeadulta.

O que pode dar errado com o cérebro pode ocorrer em vários níveis. Asseguintessãoapenasumaamostradasdoençasmentaiseneurológicaspossíveis:

»Errosdedesenvolvimentonaestruturabruta:Mutaçõesgenéticasoutoxinasambientaispodemlevaradefeitosnaestruturacerebralbruta,osquaispodemincluiráreascerebraisausentesouanormalmentepequenas,comoocerebelo,oufaltadetratosaxônicosconectandoáreascerebrais.

»Errosdedesenvolvimentoemcircuitoslocaisespecíficos:Algumasteoriassugeremque,empessoascomautismo,oequilíbrioentreconexõesneuraisdecurtoelongoalcanceéenviesadoparaocurtoalcance.Ouseja,umasuperatençãoaosdetalheseinabilidadederesponderbemaotodo.

»Viasneuraisdisfuncionais:Mutaçõesemgenesqueespecificamreceptoresneurotransmissorespodemlevaraumdeficitdeprocessamentodocérebro.Algumasáreascerebraispodemcompensarcomoutrosreceptoresneuronais,masoutraspodemnãofazê-lo.Oequilíbriodoreceptorexcitatório/inibitóriopodeestarenvolvidonaepilepsiaeemalgumasformasdedepressão.

»Disfunçõesorgânicascausadaspeloambiente:Océrebropodeserdanificadoporlesãovisível,comoumgolpenacabeça,ouportoxinascomochumboemercúrio,queproduzematrasosdedesenvolvimentoeoutrasincapacidadesmentaissemsinais

evidentesdedanocerebral.

»Disfunçõespsicológicascausadaspeloambiente:Àsvezes,doençasmentais,comoalgunstiposdedepressão,ocorremdepoisdedisparadoresambientaisempessoasquenãotinhamindicaçõespréviasdeproblemasmentais.Umaquestãocrucialemdoençascomodepressãoésecausasnãoorgânicas,comoaperdadeumentequerido,produzemdepressãoprimariamentepormudaraneuroquímicacerebral.

Paramaisinformaçõessobreessestiposdedoençasedistúrbios,vejaoCapítulo17.

RevolucionandooFuturo:AvançosemVáriosCamposRevoluçõesnaneurociênciaqueterãoramificaçõessignificantesnahumanidadeocorrerãodentrode20anosnestasduasáreas:

»Tratamentosecurasdedisfunções»Aumentodocérebroalémdesuascapacidades“normais”atéagora

Discutoambasnaspróximasseções.

TratandodisfunçõesAtéoúltimoquartodoséculoXX,tentativasdetratarproblemascerebraiseramcomotentarconsertarumcomputadorcomummarteloeumaserra.Nãohaviaferramentas adequadas e nem o conhecimento sobre como usá-las. Pesquisassobreocérebrocomeçaramamudarisso,easmudançasestãoaparecendoagora.

TerapiasfarmacológicasAmaioriadosdistúrbiosmentais,incluindodepressão,esquizofrenia,ansiedadee transtorno obsessivo-compulsivo, é atualmente tratada primariamente comremédios.Amaioriadessesremédiosatingesistemasneurotransmissores.

Terapias farmacológicas variam em sua eficácia e efeitos colaterais. Lições

aprendidasdaprimeiraesegundageraçõesderemédiosestãosendousadasparaprojetareselecionaragentesdeterceirageração—oumais.Emboraocustodelevarumnovogranderemédioaomercadoestejapertodeumbilhãodedólares,há esforços de financiamento internacional, privado e público, extensivo paradesenvolvê-los. Remédios eficazes contra a maioria das doenças mentais, oabusodesubstânciasouasociopatiatransformariamahumanidade.

TransplantesTransplantes neurais são uma grande esperança para tratar distúrbiosneurológicoscomoParkinson,queécausadopelamortedeumnúmeropequenode células em áreas específicas do cérebro (a substância negra, neste caso).Podemconsistirdetecidododoadoroucélulas-troncoquepodemsediferenciarnostiposdecélulasnecessáriasquandotransplantadasparaaregiãoafetada.

Muitos laboratórios trabalham para transplantar tecido com células secretoras“estranhas”protegidasdosistemaimunológicodopacientepormembranasquepermitamqueosprodutossecretóriossaiam,masqueascélulasimunológicasdohospedeiro não entrem. Se as células encapsuladas responderem a níveiscirculantes de neurotransmissores no hospedeiro de maneira adequada, elaspodemregularosníveisdoquesecretammaiseficazmentedoquecompílulas.

EstimulaçãoelétricaA estimulação cerebral profunda (ECP) é uma técnica em que o equilíbrio daatividadeemumcircuitoneuralenvolvendováriasáreascerebraiséalteradaporestimulação contínua dos neurônios em uma parte do circuito. Ela evoluiuparcialmente das tentativas de alcançar os mesmos fins ao removercirurgicamenteáreasdocérebroquesepensavaseremsuperativadasnocircuitodos gânglios basais no mal de Parkinson. A ECP tem tido sucesso ao tratarParkinsonecertostiposdetremores,etambémépromissoracomcertostiposdedepressão.

Outro tipo de estimulação elétrica é a estimulação magnética transcranianarepetitiva (EMTr), que usa um forte campomagnético pulsadogerado fora docrânio para produzir correntes localizadas dentro de áreas cerebrais abaixo dabobina.Essascorrentesestimulamedepoisdesligamaatividadecerebralporumperíodo de tempo.Apesar da curta duração dos efeitos diretos, observaram-sebenefíciosemlongoprazoemcasoscomodepressõesintratáveis.NissoaEMTrpareceteragidoquasecomouma“terapiadechoque”(terapiaeletroconvulsiva,

ouECT),massemconvulsõeseoutrosefeitoscolaterais.

Umatécnicadeestimulaçãoelétricachamadadeestimulação transcranianaporcorrentecontínua(ETCC)tambémprometemelhoraraaprendizagem,reduziradepressãoeaumentaroautocontrole.AETCCinjetacercade2miliamperesdecorrenteentreoseletrodosânodo(positivo)ecátodo(negativo)posicionadosemdiferentesáreascerebrais,dependendodequalserámodulada.Estudossugeremqueaatividadecerebralsoboânodomelhora,enquantoaatividadecerebralsobocátodoenfraquece.AssimcomonaEMTr,osefeitosparecemdurarmuitomaisdoqueotratamento,queédecercade20minutosparaaETCC.

PrótesesneuraisParalisiadamedula espinhal edanos cerebrais sãoquase impossíveisde tratarporqueosneurôniosmotoresqueativariamosmúsculosforamtodosmortosnalesão original ou se degeneraram por falta de uso. Um sonho há muitoacalentado para reabilitação desses pacientes é interceptar os sinais cerebraiscomandando movimentos, retransmiti-los depois da interrupção e conduzir osmúsculosdiretamentecomestimulaçãoelétrica.

Outro tipo de prótese neural é para a substituição sensorial. De longe amaisbem–sucedida delas é o implante coclear para surdez. Mais de 80 mil delesforamfeitosnomundoatéomomentoemqueesselivrofoiescrito.Namaioriadoscasos,essasprótesespermitemqueoreceptortenhaconversasnormais,atémesmoaotelefone.

Prótesespara avisão têm tidomenos sucesso, parcialmenteporqueo canaldeinformaçãoémuitomaior(1milhãodeaxôniosdecélulasdagliaversus30milfibrasdonervoauditivo),eparcialmenteporqueacócleatemumambienteúnicoadequado para a introdução de uma prótese estimuladora. Projetos dedemonstração de próteses visuais as implantaram na retina e no córtex visual,massemeficáciarelevante.Noentanto,otrabalhocontinua.

TerapiasgenéticasMuitos distúrbios psicológicos e neurológicos ocorremporque alguns sistemasneurotransmissoresestãohiperativos,hipoativosouforadoequilíbrio.Dadoquea neurotransmissão é regulada pela expressão genética,modificá-la é um alvoterapêutico óbvio. Recentemente, a inserção de novos genes em animais ehumanos adultos foi feita com terapias de transfecção viral, como adenovírusmodificados (queproduzemagripecomum),para inserirumgenedesejadono

genoma de um paciente que será, então, expressado como o DNA nativo dopróprio paciente, mas que corrigirá o desequilíbrio do neurotransmissor.Terapias genéticas revolucionarão a medicina e a neurociência nas próximasdécadas.

Aumentandofunções:MudandoquemsomosNós,humanos,estamosagoracomeçandoaevoluir.Essaevoluçãoiráalémdasvacinas,cirurgiaseprótesesquealteramnossocorpo.Envolveránossocérebro,diretamenteconectadoacircuitoselétricose,atravésdestes,aouniverso.

Usando as prováveis extensões da tecnologia atual, imagine usar uma próteseneural para acessar a internet ao apenas pensar. Próteses similares poderiamtraduzir línguas em nossa cabeça e nos permitir fazer cálculos matemáticoscomplexos, bem como permitir que nos comuniquemos com qualquer pessoaapenaspensandonela.

Soaimprovável?Considerequeneuroprótesesfeitasdecentenasdeeletrodosjáforamexperimentalmenteimplantadasemalgumaspessoasparalisadasoucegas.Os princípios envolvidos em gravar ou estimular neurônios individuais nocérebro estão consolidados. Resta alcançar uma melhor resolução eprocessamento de sinal e implantes que durem mais, o que, sem dúvida,aconteceráem20anos.

N

Capítulo2TudosobreoCérebroeaMedulaEspinhal

NESTECAPÍTULO

Observandooshemisférioseoslóbulosnocérebro

Umaexclusivasobrediferençasdeprocessamentobaseadoemgênero

Entendendoafunçãodamedulaespinhalnosistemanervosocentral

Entendendoopapeldosistemanervosoautônomo

Focandoemtecnologiadeimagem

este momento, enquanto você lê isto, seu cérebro está ocupadoprocessando imagens visuais desta página em letras, palavras e frases.

Você entende o que essas imagens significampor causa de suasmemórias depalavras em português e da gramática e porque seu conhecimento geral domundoéativadoporessaspalavras.Masseucérebroestásemprefazendomuitomaisdoqueisso,nãoimportaoquantovocêestejaseconcentrandonaleitura.Elecontrolaemonitoraconstantemente todasas funçõescorporais,permitindoquevocê espirre,mudede posiçãona cadeira, levante sua xícara de café parabeber,engulaerespire.

Océrebro épartedenosso sistemanervoso, que éuma redede subsistemas epartesinter-relacionadas.Océrebroeamedulaespinhal,juntos(maisaretinanoolho),constituemosistemanervosocentral.Amedulaespinhalconecta-seaosmúsculos,órgãosereceptoresatravésdosistemanervosoperiférico,queincluiosistema nervoso autônomo, que regula movimentos involuntários (pense emfrequênciacardíaca,processosdigestivoseregulaçãodatemperaturainterna,só

para citar alguns). O sistema nervoso consiste em neurônios, que fazem otrabalho de processar e comunicar sinais, e células da glia, que formam asestruturasnasquaisosneurôniosresidemefornecemumapoioimportanteparamantê-losfuncionandoefelizes.

Estecapítuloapresentaaanatomiabrutadocérebroedamedulaespinhal (nãobruta de violento, mas bruta de grande) e esboça a tecnologia usada paraentendercomoocérebrofunciona,alémdeexaminarahipótesecontroversadeque o cérebro masculino e o feminino processam informações de maneiradiferente.

ObservandoDentrodoCrânio:OCérebroesuasPartesAestruturamaiscomplexadouniverso(queconhecemos)éamassade1,36kgdentrodoseucrâniochamadacérebro.Eleconsistedecercade100bilhõesdeneurônios,queémaisoumenosamesmaquantidadedeestrelasnanossaViaLácteaeonúmerodegaláxiasnouniversoconhecido.

Como qualquermáquina complexa, o cérebro contém várias partes, cada qualcom subpartes, que por sua vez também têm subpartes, até chegar aos seus“elementosmaisbásicos”—osneurônios.

AFigura2-1mostraocérebrovistopelo ladoesquerdo.Eladestacaosquatrolóbulosprincipais(frontal,parietal,temporaleoccipital).Tambémsãoexibidasasáreassensoriaisprimárias,que,comexceçãodoolfato,recebementradadiretada periferia através do tálamo. A área motora primária projeta diretamente aneurôniosmotoresinferioresquecontrolamosmúsculos.Vocêtambémpodeverasáreassubcorticaisnestecorte,asaber,ocerebelonaparteinferiortraseiradocérebro,eotroncocerebral(mesencéfalo,ponteemedula)conectandoocérebroàmedulaespinhal.NãoexibidosnaFigura2-1estãoos12nervoscranianosqueconectamocérebroaosolhos,àsorelhas,aonariz,aosmúsculosfaciais,àpeleeaalgumasglândulas.

Oneocórtex:Controlandooscontroladores

Quase todo o cérebro mostrado na Figura 2-1 (exceto o cerebelo e o troncocerebral embaixo) éoneocórtex.Neo significa “novo”, ecórtex significa algocomo“casca”ou“escudoexterior”.

FIGURA2-1:Oneocórtex.

IlustraçãoporFrankAmthor

Embora o neocórtex pareça umamassa tridimensional com algumas ranhuras,elenaverdadeécomoumagrande folhade tecido finoque foiamassadaparacaber dentro do crânio. A área real, se o analisássemos, é de cerca de 0,140metro quadrado, quase o equivalente a um azulejo e meio. Obviamente, umasuperfíciecomessagrandeáreanãocaberiadentrodenossocrâniosemalgumasdobras!

Um neocórtex grande distingue mamíferos de todos os outros animais. Oneocórtexhumanoétãograndequecobrecompletamenteorestantedocérebro,excetoporumpedaçodocerebeloquesobressaidapartede trás.Oneocórtexpermiteamaioriadasatividadesmentaiscomplexasasquaisassociamoscomoserhumano.

Orelacionamentoentreoneocórtexeorestodocérebroéduplo:

»Oneocórtexagecomoumconjuntodesub-rotinascomplexasemumprogramadecomputadorquepermitecálculosmaiscomplexos,detalhadoseespecializadosnoprocessamentodaentradasensorialeresponderaela.Espéciesqueexistiramantesdosmamíferospodiamclaramentesemover,sentiroambienteeexibirotipodecomportamentomoderadamentecomplexocomoaquelequevemosagoraempássaroselagartos.Essashabilidadeseramtodaspossibilitadasporestruturascerebraismaisvelhasqueoneocórtexequeaindaexistememmamíferoseintermedeiamocontroleprimáriodoprocessamentocerebral.Oqueoneocórtexpermitiaeraumnovoníveldecomportamentoavançado—particularmentecomportamentosocial—,culminandoemhumanoscomaconfecçãodeferramentase,porfim,alinguagemeoaltoníveldeconsciência.

»Paradoxalmente,olobofrontaldoneocórtexagecomoocontroladordoscontroladores.Issoémediadopelacomplexafunçãodememóriaoperacionaldeváriascamadasdeáreascorticaispré-frontaisquenospermitemfazerplanoscomplexosdeváriospassos.Paraterminarumtrabalhodeconclusãodecursocomdatafinalnapróximasemana,vocêdeveplanejarreunireleraliteraturadebase,reservarumtempoparadigitarotrabalho,organizarrefeiçõesetransporteparaoutrasatividadesduranteessetempoenãoficarmuitodistraídopelasfestasdofinaldesemana.Abuscadeumobjetivoemlongoprazoéimpossívelsemumafunçãobemdesenvolvidadolobofrontal.

As próximas seções introduzem e explicam as partes-chave do neocórtex: osquatro lóbulos principais (frontal, parietal, temporal e occipital), em que oneocórtex é dividido, e alguns dos sulcos e cumes no tecido do neocórtex.Tambémexplicamaterminologiausadaparareferiràsposições:dorsal,ventral,anterior,eassimpordiante.

Encontrandoseucaminhopeloneocórtex:Dorsal,ventral,anterioreposteriorImagineum tubarão.Abarbatanadorsal ficapara forada água, nas costas dotubarão,entãodorsalserefereàscostasdotubarão,queficaemcima.Oopostodedorsal,ventral,serefereàparteinferior.Éomesmoparaanimaisdequatropatas,paraosquaisdorsalserefereàpartesuperior,eventral,àparteinferior.As coisas ficam complicadas com humanos e outros primatas, porque somosbípedes.Quandonosreferirmosàmedulaespinhal,dorsalserefereàscostas,eventral, à parte da frente, que, quando estamos em pé, não é superior versusinferior.

Entãocomonosreferimosàsdireçõesnocérebrohumano?Lá,dorsalserefereàparte superior, e ventral, à parte inferior. O termo anterior se refere à frente(testa), eposterior se refere à parte de trás (nuca).Nota:Anterior eposteriortêm, mais ou menos, substituído (no cérebro) os termos antigos equivalentes,rostralecaudal,respectivamente,masvocêaindapodeouviressestermos.

Seostermosanterioreposteriorsãousadosparasereferiralocaisnafrenteeatrásdocérebro,ostermosusadosparaoseixoscima–baixosão,normalmente,superior e inferior. Neurocientistas também usam os termosmedial e lateralpara designar regiões cerebrais próximas ao centro do cérebro versus aquelaspróximasaoexteriordoladoesquerdooudireito.

Ranhurasecumes:OssulcosegirosAs ranhurasnoneocórtex sãochamadasdesulcos, eos cumesentreos sulcossãochamadosdegiros.Nãohádiferençarealentreotecidoneocorticalvisívelnasuperfíciedosgiroseotecidodossulcos(vejaaFigura2-2).

Em alguns casos, os sulcos separam os lobos corticais ou funções, mas emmuitoscasos,não.Nocérebro,áreasque interagemmuitoumascomasoutrasficamfrequentementeperto,mas,porfim,qualqueráreacerebralpodeinteragircomqualqueroutra área, produzindoumproblema teóricomuito complexodeempacotamento além do escopo deste livro. Então não se preocupe, você nãoprecisará explicar o sistema de giros e sulcos desde os princípios na primeiraprova!

Vocêprecisasaberisto:algunsdossulcosseparampartesdocérebroquefazemcoisasdiferentes(comoosulcocentral,queseparaolobofrontaldoparietal),ealgunsgirosparecemserassociadoscomfunçõesparticulares (comoprocessar

entradaauditivano sulco temporal superior),masamaioriados sulcosegirossimplesmente representa como o cérebro está dobrado para caber na cabeça enãocorrespondeaqualquer funçãoespecífica isolada.Alémdomais,opadrãodegirosesulcosvariaconsideravelmente,nãosóentrecérebroshumanos,masaté entre dois lados domesmo cérebro.Oneocórtex é amaior parte doque échamadodetelencéfalo,quesignificaalgocomoáreacerebral“maisalta”.

FIGURA2-2:Asranhuras(sulcos)eoscumes(giros)noneocórtex.

IlustraçãoporFrankAmthor

A Figura 2-2 tambémmostra algumas outras estruturas do neocórtex. Toda asuperfície do neocórtex consiste de seis camadas de células, seus dendritos eaxôniosindoevoltandodelasatéestruturassubcorticaiseoutrasáreascorticais.Temcercade2a4milímetrosdeespessura.Essalâminadesuperfíciecontémasmesmasseiscamadascomomesmotipodecélulas,nãosóaolongodetodooneocórtexdeumadeterminadaespécie,masemtodasasespéciesdemamíferos.Aestruturaeorganizaçãocelulardocórtexauditivodoratoésimilaraocórtexmotordoelefante.

Sobascamadasdasuperfícieneocorticalestáamatériabranca,assimchamadaporsuaaparênciamaisclaranocérebroimaculado,comparadaàsuperfíciemais

escuradascamadascelulares.Amatériabrancaconsistequaseexclusivamentede axônios (e algumas células da glia, de suporte). Seus axônios surgem deneurôniosnoneocórtexindoparaoutrasáreascorticaisesubcorticaisouvindodelas.Équasesempremaisespessaqueascamadascelularesacima.Amaioriadovolumecerebralédeconexão,nãodecélulas.

Há três camadas estruturais entre o neocórtex e o crânio: a pia-máter, oaracnoide e a dura-máter. A pia-máter é uma membrana fina que cobre asuperfíciedetodooneocórtex,incluindoossulcos.Oaracnoideéumacavidadecheia de fluido acima da pia-máter que inclui vasos capilares que nutrem océrebro.Acimadoaracnoideestáadura-máter,umamembranafortequenãoseestendeaossulcos.Acimadadura-máterestáocrânio.

OshemisfériosesquerdoedireitoO aspectomais óbvio do cérebro visível é que ele é composto de dois lobosquaseidênticoschamadoshemisfériosesquerdoedireito.Ohemisférioesquerdorecebeamaioriadasentradasecontrolaprincipalmenteoladodireitodocorpo.Esse hemisfério em humanos também é especializado para a linguagem, oraciocínio baseado em regras e as habilidades analíticas. O hemisfério direitolida como ladoesquerdodocorpoe émelhor em reconhecimentodepadrõesvisuaisetiposdepercepçãomaisholística.

Na maioria das tarefas, os dois hemisférios usam uma estratégia de dividir econquistar, na qual o hemisfério esquerdo processa os detalhes e o direitoabsorveocenáriogeral.Osdoishemisfériosestãoconectadospelomaior tratodefibrasdocérebro,ocorpocaloso,quecontém200milhõesdefibras.

Comooscientistassabemasdiferençasnashabilidadesdohemisférioesquerdoversus o direito? Uma fonte de evidência importante veio de pessoas comepilepsia intratável que tiveram seus corpos calosos cortados para parar apropagação de convulsões de um lado do cérebro para o outro. Por isso épossível aplicar estímulos a apenas um hemisfério desses pacientes. Quandoaplicados ao hemisfério direito (não linguagem) desses pacientes, eles nãoconseguem relatá-los verbalmente,mas podem apontar com suamão esquerda(controladapelohemisfériodireito)paraumaimagemdoquefoiapresentado.

Algunsanosatrás,umaondadebaboseiraspsicológicassugeriuqueaspessoasdeveriam evitar seu processamento hemisférico esquerdo analítico e dentro dacaixaeaprenderausarseuhemisfériodireitocriativoeholístico.Averdadeéque usamos ambos os hemisférios para praticamente todas as tarefas e que,

mesmo tarefas orientadas pelo hemisfério esquerdo, como escrever poesia,certamenteenvolvemcriatividade.

OsquatrolobosprincipaisOneocórtexédivididoemquatrolobosprincipais:frontal,parietal, temporaleoccipital(vejaaFigura2-1):

»Olobofrontal,comoseunomesugere,incluitodooneocórtexfrontal,amaiorparteanteriordocérebroatéumsulcoprincipal,chamadodesulcocentral,quevaideladoaladoaté,maisoumenos,omeiodocérebro.

»Oloboparietalvaidesdeapartedetrásdosulcocentralatéquaseapontaposterior.

»Olobooccipitaléolobonapontamaisposterior.Nãohábordacontínuaclaraentreoslobosparietaleoccipitalnamaioriadoscérebros.

»Olobotemporaléumaextensãoparecidacomumalínguaquesaidabordaentreoslobosoccipitaleparietaleseestendenadireçãoanterior.

Aspróximasseçõesexplicamcadaloboemmaisdetalhes.

OLOBOFRONTAL

Olobofrontal(océrebrotemumdecadalado,claro)doneocórtexestá,comoonome sugere, na frente. Ele se estende da frente do crânio até um sulco quedivideestelobodoparietal,maisoumenosnametadedocaminhoemdireçãoàpartedetrásdocérebro(olobooccipital).Essesulcoéchamadodesulcocentraloufissuracentral(originalmenteconhecidocomofissuradeRolando).Ogirodolobofrontalimediatamenteanterior(nafrente)àfissuracentraléocórtexmotorprimário.

Células no córtexmotor primário (neurôniosmotores superiores) enviam seusaxônios (cabosde saída) até amedula espinhal e se conectamdiretamente aosneurônios motores que ativam músculos (neurônios motores inferiores).Pesquisadores sabemdissoporque,porexemplo,neurocirurgiõescomoWilderPenfielddescobriramqueestimulareletricamenteessaáreaduranteumacirurgiaexploratória de epilepsia provocavamovimentosmusculares. Penfield e outrosmostraramqueháummapeamentoordenado(emboradistorcido)entreoponto

estimuladono córtexmotor primário e o local no corpo emqueomúsculo secontrairia.

Este “mapa motor” (chamado de homúnculo) tem algumas propriedadesinteressantes.Umaéqueaáreadocórtexmotorprimáriodedicadaamoverosmúsculosno rostoenasmãos,porexemplo,éproporcionalmentemuitomaiordoqueodedicadoamovermúsculosmuitomaiores,comonaperna.Issoporqueosmúsculos em áreas como o rosto sãomais precisamente diferenciados parapermitirpadrõesmuitocomplexosesutisdeativação(penseemtodaavariedadedeexpressõesfaciaisqueusamos),enquantomuitosmúsculosgrandessóvariamna intensidade de contração domúsculo inteiro.Outro aspecto interessante domapeamentohomúnculoéquea inervaçãomotoradealgumasáreasdocorpo,como o rosto e asmãos, estão próximas no homúnculo,mas não estãomuitopróximasemtermosdedistâncianapele.Vocêpode lermaissobreestemapanoscapítulos4e10.

A Figura 2-3mostra a localização do córtexmotor e algumas outras divisõesproeminentesdolobofrontal.

FIGURA2-3:Divisõesdentrodolobofrontal.

IlustraçãoporFrankAmthor

A porção mais anterior do lobo frontal é chamada de córtex pré-frontal. Emhumanos,eleocupaamaioriadolobo.Ocórtexmotorprimárioéaporçãomaisposteriordolobofrontal,começandoimediatamenteantesdosulcocentral.Indodocórtexmotorprimárionadireçãoanterior(paraafrente,emdireçãoàfrentedocrânio),háumasériederegiõesquerealizamfunçõesmotorascadavezmaisabstratas. As áreas do córtex suplementar e pré-motor são preocupadas comcoordenação e sequenciamento demovimentos de váriosmúsculos.Anterior aisso (não rotuladas) estão as regiões chamadas de campos oculares frontais,envolvidasematençãovisual.

Anterior ao córtex pré-motor, ao córtex motor suplementar e aos camposocularesfrontaisestáocórtexpré-frontal,que,apesardonome,fazpartedolobofrontal. Ele lida com a maioria dos aspectos abstratos de planejamento.

Considerejogartênis:quandoabolavemnasuadireção,vocêpodeescolher(setivertempo)baternelacomumforehandouumbackhand,comtopspinouslice.Vocêpodeescolher ficarparadoenãobaternabola seacharqueelavaiparafora.Essestiposdedecisõessãofeitasnaspartesmaisanterioresdocórtexpré-frontal.

Pensenolobofrontal,queestárelacionadocomaexecuçãodecomportamentos,como“polarizado”doanteriorparaoposterior.Maisatrás,nosulcocentral,hácabosneurais indoquasediretamenteaosmúsculos.Antesdissoestãoasáreasqueorganizame sequenciammovimentos.E anterior a isso estãoos níveis deplanejamentoabstrato.Neles,porexemplo,vocêselecionaentreumavariedadede estratégias diferentes que podem envolver músculos completamentediferentes,sequênciasmuscularesouadecisãodenãosemover.

Ocórtexpré-frontaltendeasermaioremprimatasdoqueemoutrosmamíferose é maior em humanos do que em outros primatas. Isso é correlacionado àquantidade de planejamento de alto nível feito pelos membros de diferentesespécies.Amaioriadosmamíferosoperaprincipalmentepeloinstintoenãoviveemgrupossociaiscomplexamentediferenciados.Primatas,poroutro lado, têmhierarquiasmasculinasefemininascomplexasepodemconspirarunscontraosoutros em planejamentos que podem levar anos. Humanos confeccionamferramentas, modificam seus ambientes para benefício próprio e têmrelacionamentosespecíficoscomcentenasdeoutrosindivíduos(mesmoantesdoFacebook).

Uma área do córtex pré-frontal chamada de córtex pré-frontal dorsolateral(porqueficanadireçãosuperior/dorsaleexterior/lateral)écrucialparaoqueéchamadodememóriaoperacional,oconteúdodeseuspensamentosaqualquermomento. Ela é essencial para funções cognitivas de alto nível, incluindotomadadedecisãoeresoluçãodeproblemas.

Abaixoemaismedialaocórtexpré-frontaldorsolateralháumaáreachamadadecórtexpré-frontalventromedial.Essaáreaéessencialparaatomadadedecisõessociais(inteligênciasocial)eavaliaçãoderiscos.

OLOBOPARIETAL

Imediatamenteposterioraosulcocentralestáoloboparietal,queseestendedaparte de trás do sulco central até uma borda não muito bem definidaestruturalmentecomolobooccipital(vejaaFigura2-1).

Oloboparietalcontémneurôniosquerecebeminformaçãosensorialdapeleedalíngua e processa informações sensoriais das orelhas e dos olhos que sãorecebidas de outros lobos. As principais entradas sensoriais da pele (toque,temperatura e receptores de dor) são retransmitidas pelo tálamo ao giroimediatamenteposterioràfissuracentral,ondeháummapadapele.Essemapaédistorcidoparaqueáreasdapelecomaltasensibilidade,comoorostoeapontados dedos, sejam desproporcionalmente maiores que as áreas com baixasensibilidade, como as costas. Se isso o faz lembrar de algo acontecendo emáreasmotoresprimárias,logodooutroladodosulcocentral,vocêtemrazão.Omapahomúnculodepeleseassemelhaaomapadocórtexmotorprimário.Paraexecutar uma tarefamotora complexa como fazer umnó, você precisa de altasensibilidade ao toque para guiar o controlemotor diferenciado.OCapítulo 4temmaissobreomapadepele.

OLOBOOCCIPITALA parte de trás do cérebro é o lobo occipital. Essa área processa as entradasvisuaisquesãoenviadasaocérebropelasretinaspormeiodotálamo.Asretinasprojetam de maneira espacial ordenada no polo posterior do lobo occipital,chamadoV1 (área visual um), para que a atividade emáreas diferentes deV1sejarelacionadaaoqueestivernaimagemaoredordeseupontodevisãoatual.Ouseja,V1éoutromapa.

OlobooccipitaltemmuitosoutrosmapasvisuaisderivadosdeV1(V2,V3,V4,eassimpordiante),quasetodosdedicadosaprocessaravisão.Outrassubáreasalém de V1 são especializadas em tarefas visuais como detecção de cor,percepção de profundidade e detecção de movimento. O sentido da visão éprocessado ainda mais através de projeções dessas áreas superiores do lobooccipitalparaoutrasáreasnoslobosparietaletemporal,masesseprocessamentodepende do processamento anterior feito pelo lobo occipital. PesquisadoressabemdissoporqueodanoaV1causacegueiranaquelapartedocampovisualqueprojetanaquelaregião.

Ofatodequeosistemavisualtemumlobointeiroparaprocessamentoenfatizaaimportânciadaaltaprecisãovisualedoprocessamentoentrenossossentidos.

OLOBOTEMPORALOlobo temporalcombina informaçãoauditivaevisual.Oaspectosuperior (decima) emedial (central) do lobo temporal recebe entrada auditiva da parte dotálamoquetransmiteinformaçõesdasorelhas.Aparteinferiordolobotemporalfazprocessamentovisual para reconhecimentodeobjetos epadrões.Aspartesmedialeanteriordeleestãoenvolvidasemreconhecimentovisualdeordemalta(sendocapazdereconhecer faces,porexemplo)bemcomodoreconhecimentodependentedamemória.

Abaixodoneocórtex:OtálamoEntão o que há sob (e hierarquicamente abaixo) do neocórtex? O tálamo. Ocórtexinteragecomorestodocérebroprincipalmentepormeiodeumaestruturachamadatálamo,oqualvocêpodever,juntoaoutrasestruturas,naFigura2-4.

FIGURA2-4:Otálamoeosistemalímbico.

IlustraçãoporFrankAmthor

O tálamo e outra estrutura chamada hipotálamo (que controla funçõeshomeostáticas do corpo, como temperatura e ritmos ou ciclos circadianos)constituem odiencéfalo. Este é o nome dado ao tálamo e hipotálamo por suaposição logo abaixo do neocórtex e por sua inter-relação durante odesenvolvimentoembrionário.

A raiz da palavra tálamo vem do grego (tholos) e está relacionada ao hall deentradadeumaconstrução, entãovocêpodepensarno tálamocomoaentradapara o córtex. Praticamente todos os sinais dos sentidos são transmitidos pormeiodotálamo,assimcomoossinaisdeoutrasáreassubcorticais.Muitasáreasdoneocórtextambémsecomunicamumascomasoutraspormeiodotálamo.

Entãooqueexatamenteotálamofaz?Elefuncionacomoumcentrodecomandoquecontrolaquais informaçõespassampordiferentespartesdoneocórtexedorestodocérebro.Enquantooneocórtexpodefazeranálisesrefinadasdospadrõesquevocêestáobservando,o tálamocontrolaparaondevocêolha.Quandoseuneocórtex é danificado, você perde habilidades específicas. Se seu tálamo forsuficientementedanificado,vocêperdeaconsciência.

OsistemalímbicoeoutrasáreassubcorticaisimportantesAbaixodoneocórtexháváriasáreascerebraissubcorticaisimportantes.Umadasmais importantes é a rede de núcleos filogeneticamente antigos e distintoschamada sistema límbico. (Dizer que esses núcleos do sistema límbico sãofilogeneticamenteantigosquerdizerqueelesexistiamemespéciesmuitomaisantigas que os mamíferos, como lagartos, pássaros e, provavelmente,dinossauros.)Váriasestruturasimportantesestãodentrodosistemalímbico(vejaaFigura2-4).

O sistema límbico evoluiu para incorporar a memória no controle geral decomportamentopelohipocampo epelaamígdala.Essas estruturasdememóriainteragemnão só como neocórtex,mas também comum tipomais antigo decórtexchamadocórtexcingulado,ou,àsvezes,demesocórtex,umtipodecórtexque evoluiu como um controlador de alto nível, antes do neocórtex, paracontrolarocomportamento.

Eis comomuitos cientistas cerebrais acham que isso funciona.Animais comolagartos (que se parecem com animais existentes antes dos mamíferos)claramente têm a capacidade dememória, apesar de não ter um neocórtex.Amemóriamodificaocomportamentoemtaisanimaispormeiodoquepensamosserasemoções.Quandoumlagartoperdeuma lutacomoutro lagarto,ele ficacommedo desse lagarto quando o vê novamente.Quando um lagarto está emuma área onde se alimentou antes, ele fica com fome e pode começar a caçarinsetossaborosos.

Padrões gerais de comportamento em animais podem ser pensados comoorganizados acerca de objetivos emparticular: ou você está buscando comida,evitando predadores, buscando um companheiro ou evitando o frio, porexemplo. Muitos desses estados almejados são produzidos por instintos emecanismos homeostáticos. Entretanto, áreas cerebrais dentro do sistema

límbico adicionam a memória de experiências passadas e circunstâncias paramodificar o instinto puro: se você não come há algum tempo, provavelmenteestácomfome,masdeixarádeestarcasoumfalcãoestejaporperto.Aprincipalárea integradora para toda essa associação límbica pode ter sido, um dia, ocórtexcingulado.

Mamíferos, comohumanos, adicionamo tálamo e o sistema neocortical sobretodas as áreas subcorticais possuídas por nossos ancestrais vertebrados nãomamíferos. Em vez de substituir esses antigos sistemas, nós adicionamoscamadasque sãocapazesdemais sutilezadeassociação.Por exemplo,muitosmamíferos predadores caçam embando ou emgrupos familiares que revezampara conduzir presas em direção aosmembros descansados do bando, usandoestratégias cooperativas muito complexas e flexíveis. Você nunca vê lagartosfazendo isso. Embora tenham sistema límbico e áreas de memória como ohipocampo,elesnãotêmumgrandeneocórtexparafazerassociaçõesrealmentecomplexasquedependamdememória.

As seções seguintes fornecem mais detalhes sobre os sistemas de memóriaprincipaisdohipocampoedaamígdala,incluindooutrasáreascerebraiscomasquaisinteragem.

OhipocampoPensava-se, originalmente, que o sistema límbico estava envolvido emgerar eprocessaremoções.Entretanto,sabe-seagoraqueumaestruturacerebraldentrodessesistema,ohipocampo,temumafunçãocrucialnacriaçãodamemória.Ohipocampo recebe entradas de praticamente todo o neocórtex. Por meio dereceptores sinápticos ajustáveis especializados chamados receptores NMDA,pode associar praticamente qualquer constelação de propriedades que definamum objeto e seu contexto. Os tipos dememórias nas quais o hipocampo estáenvolvido em criar sãomemórias explícitas baseadas em conhecimento, comoassociaroladooestedeumlagocomoperigodeumpredador.Oaprendizadoassociadoàmelhoradahabilidademotora,comomelhorarotempoaocorreremumadeterminadapistadeobstáculos,ocorrenocerebeloenocórtexmotor.

AamígdalaEmfrenteaohipocampoháoutraestruturadememóriaqueestáprincipalmenteenvolvidacomoprocessamentoemocional, a amígdala.Ela interagecomumaárea do córtex pré-frontal chamada orbitofrontal ou ventromedial para gerar e

processar as principais emoções da raiva, felicidade, nojo, surpresa, tristeza e,particularmente,medo.Pessoasquesofreramdanosnaamígdalatêmhabilidadesreduzidasaoreagireevitarsituaçõesqueinduzemaomedo.

CórtexorbitofrontalA amígdala e outras estruturas do sistema límbico interagem com a parte docórtexpré-frontalchamadacórtexorbitofrontal.Essaéapartemedialeinferiordo córtex pré-frontal (excluindo as áreas laterais chamadas córtex pré-frontallateral). Suponha que, em alguma sexta-feira à noite em particular, enquantodirigeparacasa,vocêquasebataemoutrocarroemumcruzamentoespecífico.É bem provável que, por muito tempo depois disso, ao aproximar-se dessecruzamento,principalmenteàssextas-feiras,vocêsintaumapontadademedoouinquietação.Seucórtexorbitofrontalarmazenouascircunstâncias,eaamígdalaarmazenouomedo.

OcórtexcinguladoanteriorAamígdalaeoutrasestruturasdosistemalímbicotambéminteragemcomumaárea do mesocórtex chamada córtex cingulado anterior, que é a parte maisanterior do córtex cingulado (veja a Figura 2-4). Essa área do cérebro parecemonitorar oprogresso emdireção aqualquerobjetivoquevocêbusque egeraum sinal de aviso quando as coisas não funcionam para indicar que umamudançadeestratégiapodesernecessária.

OsgângliosbasaisOutro grupo de estruturas cerebrais subcorticais cruciais no planejamento, naorganização e na execução de movimentos (com os lobos frontais) são osgângliosbasais,queconsistemdecinconúcleosprincipais:caudado,putâmen,globopálido,substâncianegraesubtalâmico(vejaaFigura2-5).

FIGURA2-5:Osgângliosbasaiseocerebelo.

IlustraçãoporFrankAmthor

Essesnúcleosabrangemumsistemaaltamenteinterconectadoqueinteragecomotálamoeoneocórtexparacontrolarocomportamento.Alistaaseguirexplicacadaum:

»Ocaudado:Entradasparaosgângliosbasaisdoneocórtexvêm,primariamente,pelocaudadoeoutronúcleochamadoputâmen.Naverdade,ocomplexocaudado-putâmenénormalmentechamadoagoradecorpoestriado.Anatomicamente,ocaudadoéumaneldecélulasquecercaocomplexodosgângliosbasais,excetooladoventral.Asaídadocaudadovaiparaoglobopálido.

»Oputâmen:Éumgrandenúcleodentrodocomplexodosgângliosbasaiscomconexõesdeentrada-saídasimilaresaosdocaudado.

»Oglobopálido:Éonúcleodesaídaprimáriodosgângliosbasaisviasuasconexõesinibitóriasaotálamo.

»Asubstâncianegra:Enviaconexões“ativadoras”parasinaispassandopelocorpoestriado.Essenúcleoébemconhecidopor

seuenvolvimentonomaldeParkinson,queécausadopelamortedeneurôniosdopaminérgicosnessenúcleo.Semeles,iniciarmovimentosvoluntáriosficadifícil.

»Onúcleosubtalâmico:Tambémmodulaasaídadoglobopálido.EssenúcleoéfrequentementeoalvodeimplantescirúrgicosdeestimulaçãocerebralprofundaparaaliviarossintomasdomaldeParkinson.

Até mesmo especialistas em gânglios basais admitem que a arquitetura defuncionamentointernodosgângliosbasaisépoucoentendidaatualmente.Essesnúcleos são organizados de maneira similar ao cerebelo, um centro decoordenaçãomotorafilogeneticamenteantigocomoqualinteragem.Parasabermais sobre o cerebelo, veja a seção “Coordenandomovimentos: O cerebelo”,maisadiantenestecapítulo.

FazendoatransiçãoentreocérebroeamedulaespinhalAstrêspróximasáreascerebraissobreasquaisfalo—omesencéfalo,aponteeobulbo(tambémchamadodemedulaoblonga)eocerebelo—fazematransiçãoentre o cérebro e a medula espinhal. O mesencéfalo e a ponte e o bulboconstituem, juntos, o tronco cerebral/encefálico. Essas áreas sãofilogeneticamentemuito antigas e encontradas em todos os vertebrados. Elascontrolam comportamentos básicos como coordenação de locomoção,movimentosdosolhos,earegulaçãodahomeostasecorporal,comorespiração,frequênciacardíacaetemperatura.Asseçõesaseguirtrazemosdetalhes.

OmesencéfaloApartemaissuperficialdessastrêsáreaséchamadademesencéfalo,quecontémprocessadores em níveis inferiores que controlam o movimento dos olhos eajudamalocalizarsons.

A principal área visual no cérebro é o colículo superior, que controla osmovimentosdosolhos,chamadosdemovimentossacádicos.Ocolículosuperiorrecebe projeções de cerca de um décimo de todas as células ganglionares daretinaemhumanoseumaporcentagemmuitomaioremoutrosmamíferos.Emvertebradosnãomamíferos,comosapos,ocolículosuperior(chamadodetectum

emsaposeoutrosnãomamíferos)éoprincipalalvovisualdaretinaeéaáreadecoordenaçãocrucialparaamaioriadoscomportamentosguiadosvisualmente.

Umapesquisa doMITno final da década de 1950mostrou que certas célulasganglionares no olho do sapo respondiam apenas a pequenos objetos emmovimento, do tamanho dos insetos de que os sapos se alimentam— agindocomo detectores de insetos. A estimulação elétrica no tectum dos sapos faziacom que disparassem a língua em insetos imaginários no campo visual queprojetava para a área tectal estimulada. Em mamíferos, como humanos, ocolículosuperiorcontrola,primariamente,osmovimentosdosolhos;eledeixaocontrole de comportamento guiado visualmente, como rebater bolas de tênis,paraosistemaneocorticaldotálamo,particularmentenoloboparietal.

Fibrasauditivasdaorelhainternaprojetamparaumaáreadeprocessamentologoabaixo do colículo superior, chamada, por uma razão bem óbvia, colículoinferior.Osneurôniosnessaestruturaprojetamparaneurôniosnaparteauditivadotálamo,que,porsuavez,projetamparaaparteauditivadoneocórtexnapartesuperiordolobotemporal.

Omesencéfalotambémincluiumdosgângliosbasais,asubstâncianegra(vejaaFigura 2-5). Outros núcleos no mesencéfalo, como o cerúleo, Rafe e áreastegmentaisventrais,fazemamplasprojeções,masmodulaçõesdifusas,aolongodo neocórtex. Isso significa que fazem apenas algumas entre milhares desinapses em células-alvo específicas, contribuindo, assim, com pequenaexcitaçãomodulatóriaouinibiçãodegrandesnúmerosdeneurôniosemmuitasáreas cerebrais, em vez de ser a principal causa do disparo nesses neurônios-alvo.

AformaçãoreticularUmaimportanteáreacerebralquecorreporgrandepartedosubcórtex,incluindoomesencéfalo,éa formaçãoreticular.Apalavrareticularéderivadado latim“rede”.Aformaçãoreticularnãoéumaestrutura tãodefinida,maséumaredecontínua que se estende e interage com várias áreas cerebrais. Ela se estendepelomesencéfalo,ponteebulboeécontínuacom“zonas”reticularesacimadomesencéfalo e abaixo do bulbo até a medula espinhal. A formação reticularcontrola todas as funções vitais, como frequência cardíaca, respiração,temperatura e até o estado de vigília. Danos a ela normalmente resultam emcomaoumorte.

Processandoobásico:PonteebulboA ponte, abaixo do mesencéfalo, contém núcleos que intermedeiam váriasfunções auditivas e de equilíbrio. As funções auditivas incluem comparaçõesneurais de intensidade e tempo entre as duas orelhas para localização auditiva(em cooperação com o colículo inferior do mesencéfalo). Alguns núcleos daponte recebem entradas do sistema vestibular na orelha interna (canaissemicirculares)e secomunicamcomocerebeloparaequilíbrio.Danosaessesnúcleos da ponte ou ao sistema vestibular podem produzir não só tonturacrônica,masatéinabilidadedeficarempé.Aponterecebeentradasensorialdorostoeenvianeurôniosmotoresparamúsculosfaciaisparacontrolarexpressõesfaciaisvoluntáriaseinvoluntárias.

Abaixodaponteestá a áreamaisventraldocérebro, chamadabulbo.Abordainferioraobulboéotopodamedulaespinhal.Grandepartedobulboconsistedetratos fibrosos neurais (chamadospirâmides, por causa de sua forma emcortetransversal)quecontêminformaçãosensorialdapele,músculosetendõessendoenviadosaocérebroeinformaçãodecomandomotordocórtexmotorprimáriono lobo frontal indo para a medula espinhal para controlar os músculoscorporais. Duas áreas do bulbo, chamadas de núcleos grácil e cuneiforme,integram a informação ascendente e descendente. Como a ponte, algumasentradassensoriaisdaboca(incluindoneurôniosdalínguacontendoinformaçãosobregosto),faceegargantatambémfazemsinapsenobulbo.

Coordenandomovimentos:OcerebeloO cerebelo (“pequeno cérebro”) é uma estrutura de coordenação motoracomplexaque,segundoalgumasestimativas,contémtantosneurôniosquantoorestodosistemanervoso.Comooneocórtex,ocerebeloéaltamentetorcidocomgiros e sulcos. É uma das partes filogeneticamente mais antigas do cérebro,então todos os vertebrados têm um cerebelo, incluindo peixes cartilaginosos,comotubarões.Ocerebeloajudaaaprendereacontrolaroritmodassequênciasmotoras. Danos ao cerebelo produzem movimentos lentos e desajeitados,parecidoscomodeumrobô.

Ocerebeloseestendeapartirdaponte(vejaaFigura2-1),apesardeamaioriadesuasconexõesseremparaocórtexmotorpelotálamo.Estruturalmente,eleéorganizado com um córtex externo, substância branca (tratos de axônios) equatroparesdenúcleosprofundos.Amaioriadasentradasesaídasdocerebeloocorre por meio dos núcleos profundos. Essa atividade é modulada pelas

conexões entre esses núcleos e áreas de processamento externo ou cortical.Amaioria das saídas do cerebelo inibe o tálamo, onde são modificadas, viacontrolemotorcontínuocorticalmentegeradoefeedbacksensorialparaalcançarmovimentossuaves,refinadoseajustadosaofeedback.

A estrutura do cerebelo é similar à estrutura e às interações entre o tálamoprofundo e o neocórtex mais extenso e superficial na parte mais ampla docérebro.Vejaaseçãoanterior“Oneocórtex:Controlandooscontroladores”paramaisinformaçõessobreoneocórtex.

Observandoasdiferenças:Tamanho,estruturaeoutrasvariaçõesAté este ponto, falei sobre o cérebro humano como se todos eles fossemidênticos.Masnãosão.Entãoaperguntaagoraé:quantavariaçãoexisteentreaspessoas, e ela é importante? As seções a seguir mergulham em algumas dasdiferenças.

Omeuémaiorqueoseu!Umadiferençaóbviaentrecérebroséotamanho.Umcérebrodetamanhomédiotem cerca de 1.300cm3. Entre adultos, uma variação de 10% dessa regra écomum, o que significa que o cérebro demuitas pessoas é até 10%maior oumenorqueopadrão1.300cm3.

Océrebro tendeacrescercomo tamanhodocorpo, e, assim,homensgrandestendem a ter cérebro maior que mulheres pequenas. Quão importante é essavariação?Nãomuito,aparentemente.Hámuitoscasosdocumentadosdegênioscom cérebro bem pequeno, e, claro, todos já encontramos vários idiotas comcérebrobemgrande(ou,pelomenos,cabeçagrande,queéoqueconseguimosobservar).

Ointerioréoqueconta:ObservandodiferençasnaorganizaçãoestruturalE a organização estrutural do cérebro? Todo mundo tem mais ou menos osmesmos giros e sulcos principais, mas há variações. Na verdade, se vocêobservar cuidadosamente qualquer cérebro real, pode ver que os doishemisférios raramente são imagens espelhadas exatas. (Isso não significa, no

entanto,quevocêpodedizerseapessoaédestraoucanhotaobservandoosdoishemisférios.)

Na verdade, essa quantidade de variação entre os hemisférios é comum entrecérebros também. Essa é uma das razões pela qual cirurgiões de epilepsiamapeiam funcionalmente áreas cerebrais ao redor da área que têmcomoalvo:eles precisam se certificar de que não removerão áreas cruciais, como aquelasquecontrolamalinguagem.(Aoutrarazãoparamapeamentofuncionaléqueaprópriapatologianocérebroepilépticopodetercausadoalgumdeslocamentodefunçãodasáreasnormais.)

O que não é observável no nível de estrutura geral do cérebro é sua conexãointerna.

ConsiderandodiferençascerebraisbaseadasemgêneroEmboraaestruturageraleaconectividadedetalhadadoscérebrosmasculinoefeminino sejam quase idênticas, algumas pesquisas recentes revelaramdiferençasentremasculinoefemininonoquepodeserchamadode“estilos”deprocessamento,comhomenspreferindooquadrogeral,maneirasdeorganizaroconhecimento parecidas com mapas, e mulheres preferindo um sistemaprocessual mais linear de conhecimento. Peça informações a um homem, porexemplo,eeletendealhedaradescriçãogeraldeondevocêestáemrelaçãoaondequerir,enquantoqueumamulhertendealhedizerasequênciasdecurvasquevocêprecisafazerparachegarlá.Sim,Virginia,nósrealmentepensamosefalamoslínguasdiferentes,àsvezes.

Apróximaseçãodiscutealgumasdessashipótesescontroversasrelacionadasàsdiferençasentreocérebromasculinoeofeminino.

QUALPARTEDOSEUCÉREBROVOCÊUSA?DIFERENÇASDELATERALIZAÇÃOUmadiferençaaparente(mascontroversa)sugeridaéadequeaquantidadedeespecialização entre os dois hemisférios (lateralização) é diferente entre océrebromasculino e o feminino. Tomografias cerebrais tendem amostrar quemulheresusammais,emaissimetricamente,áreasdocérebrodoqueoshomensparaasmesmastarefas.Elastendemtambématerumaporcentagemmaisaltadefibrasconectorasnocorpocaloso,otratodefibrasqueligaosdoishemisférios.

Aideiageraléadequeocérebromasculinoémaislateralizadoqueofeminino,

significando que as funções tendem a ser mais restritas a um hemisfério noshomensdoquenasmulheres.

A correlação dessa hipótese é a de que o cérebromasculino é, portanto,maisespecializado, particularmente em respeito ao processamento espacial nohemisfériodireito.Oladopositivoparaoshomens,deacordocomessaideia,éade que eles podem ser capazes de processar tarefas espaciais do hemisfériodireito demodomais aprofundado por causa da especialização lateral.O ladonegativoéqueelestendemaficarmaisincapazescomderramesoulesõesqueafetem apenas um lado do cérebro, porque há menos redundância narepresentaçãoparaessahabilidadenalocalizaçãodaimagemrefletidanooutrohemisfério.

Tambémfoisugeridoqueoautismonãosóémaiscomumemhomens,masquepode ser considerado um tipo de configuração cerebral “ultramasculina”, comhabilidades de Savant em certos tipos de processamento complexoacompanhadasdelinguagemedesenvolvimentosocialpobres.

A teoria da lateralização explica a superioridade geral das mulheres emhabilidades de linguagem, comparadas aos homens desta maneira: menosespecialização permite que ambos os hemisférios no cérebro femininoprocessemalinguagem.

A questão está longe de ser resolvida. Alguns propõem que as diferençasmasculinas/femininas observadas na ativação cerebral e em habilidades sãocompletamente baseadas em cultura e não têm nada a ver com qualquerdiferença intrínseca na estrutura cerebral da organização. Outros —normalmente aqueles que argumentam mais a favor das diferenças baseadasbiologicamente — sugerem que cérebros masculinos versus femininos sãodiferencialmente suscetíveis durante o desenvolvimento à lateralização dalinguagemversushabilidadesespaciais.

COMOODESENVOLVIMENTOCEREBRALENTRANODEBATE

Umacoisaquedificultaaindamaisaavaliaçãodequalquerdessashipóteseséofato de que a experiência claramente muda o desenvolvimento cerebral.Portanto, a experiência cultural diferenciada por gênero pode modificar odesenvolvimento e produzir diferenças biológicas verdadeiras entremasculino/feminino em cérebros adultos. Como você pode imaginar, essapequena controvérsia gerou uma indústria de teses de doutorado e artigos deperiódicos que mantêm muitos cientistas cognitivos de ambos os lados daquestãobastanteprodutivos.

Quaismecanismos poderiam produzir diferenças de lateralização baseadas emgênero durante o desenvolvimento? Parece haver efeitos operacionais e nodesenvolvimentodocérebroemrazãodoshormôniostestosterona,estrogênioeocitocina.Injeçõesdetestosteronaartificialtendemaproduzircomportamentoetendênciasparecidoscomosmasculinosemmulheres,enquantooestrogêniofazoopostoemhomens.Sugere-sequeaocitocina,umhormônioliberadoduranteoprocessodepartoemmulheres,sejacapazdecriarumtipodecomportamento“mamãeurso”,comcarinhoaltoemrelaçãoàquelesdentrodoclã,masagressãoaltacontraosforadele.

AMedulaEspinhal:AIntermediáriaentreosSistemasNervososAmedulaespinhaléaparte-chavedosistemanervosocentral.Especificamente,dentro da medula espinhal estão as conexões entre o sistema nervoso central(como os neurônios motores do córtex motor primário) e o sistema nervosoperiférico(receptoresdepele,músculosetendões,indoatéamedulaespinhal,eneurôniosmotoresalfatransmitindocomandosmotoresdamedulaespinhalaosmúsculos). Os axônios dos neurônios sensoriais e dos neurôniosmotores alfa(inferiores) constituem o sistema nervoso periférico, que medeia ocomportamentovoluntárioeassensações.

Amedula espinhal também tem funções de integração e coordenação, emboraesteja próxima do nível mais baixo na hierarquia de controladores. Ela faz aintermediaçãoentreofeedbackentreoscaminhossensoriaisemotoresparacadamembroecoordenamovimentosdosmembrosparalocomoção.

Cadaníveldamedulaespinhalcontémummódulodeprocessamentolocalparaa área do corpo controlada desse segmento, mais as conexões para outrossegmentosdamedulaespinhalindoevindodocérebro(atravésdamedulaatéoneocórtex). O topo da medula espinhal lida com músculos e informaçõessensoriaisdopescoço,enquantoossegmentosdaparteinferiordelalidamcomosdedosdospés.Ossegmentosdamedulaespinhalsãodesignadoscomosendo8 cervicais, 12 torácicos, 5 lombares, 5 sacrais e 3 coccígeos. Eles sãonumeradosdecimaparabaixo,entãoosegmentoespinhalcervicalmaisaltoéoC1,enquantoosegmentosacralmaisbaixoéoS5.

ENCONTRANDOGERADORESDEPADRÕESCENTRAISAlgunsdosprimeirosexperimentosneurológicosrealizadosporcientistascomooSr.CharlesScottSherringtondemonstraramaexistênciadoschamadosgeradorescentraisdepadrãonamedulaespinhaldeanimaisquadrúpedes,comogatos.Ogeradordepadrãocentraléumcircuitoneuraltotalmentedentrodamedulaespinhalquepodecontrolarorevezamentodaspernastraseirasesquerdaedireitaoudosmembrosdianteiroseacoordenaçãocorretaentremembrosdianteirosetraseiros,emboraessecircuitopossasersubstituídooucontroladopormecanismoscentrais.

Acoordenaçãodosmembrosdianteiros/traseirosédiferenteparaandaresdiferentes.Nocaminharnormalemquatropatas,porexemplo,osdoismembrosdianteirosestãoemantifaseumcomooutro,assimcomoosdoismembrostraseiros,eosmembrosdianteirosetraseirosdecadaladoestãoemantifase,paraqueenquantoomembrodianteiroesquerdováparatrás,omembrotraseiroesquerdováparaafrente.Outrosandares,comootrote,galopeoumeiogalope,têmdiferentesrelaçõesdefase.

Aosepararasconexõesentreocérebroeamedulaespinhalemanimaisexperimentais,Sherringtonmostrouqueessesandarespoderiamserorganizadospelaprópriamedulaespinhalnaausência

poderiamserorganizadospelaprópriamedulaespinhalnaausênciadequalquercontrolecerebral,quandoosanimaiseramcolocadosemumaesteira.Océrebroénecessário,claro,paradecidirentreandar,trotar,correr,pularouvirarnocomportamentonormal.

ObservandooreflexoespinhalAunidade fundamentaldeaçãocoordenadamediadapelamedulaespinhaléoreflexoespinhal;vocêpodeveraanatomiadessereflexonaFigura2-6.Golpeara patela estica omúsculo do quadríceps, como se a patela estivesse falhando.Receptoresdofusomuscularnoquadrícepsprojetamparaamedulaespinhale,através dos interneurônios, ativam os neurônios motores alfa que contraem omúsculoparamanteraposturaereta.

Neurôniosmotoresalfasãoosqueenervamascélulasmusculares,que,porsuavez,movemosmembros.Eles têm seus corpos celulares na parte ventral (emdireçãoaoladodocorpoondeficaoestômago)damedulaespinhal.Osaxôniosqueconduzemosmúsculossaemdamedulaespinhalviaumtratochamadoraizventral.

Noladodorsaldamedulaespinhalestãoosaxôniosdascélulassensoriais,comoosreceptoresdeestiramento,queentramviaraizdorsal.

Quandoomédicobatelogoabaixodasuapatelacomummartelodeborracha,abatidaestica levementeo tendãodoseu joelhoaoseupé,esticandoomúsculoquadríceps e o fuso, o que faz sua perna esticar em compensação. Esse testeverifica a integridade do seu sistema nervoso periférico (nervos sensoriais emotoresagindopormeiodamedulaespinhal).

OqueaFigura2-6nãomostra?Elanãomostravárioscaminhosconectandoumsegmentodamedulaespinhalaoutroseaocérebro:

»Amensagemoriginaléenviadaaocérebro.Aentradasensorialvindadassinapsesdaraizdorsalnosneurôniosespinhaisquetransmitemamensagemsensorialatéocérebro(córtexsomatossensorial,imediatamenteposterioraosulcocentral).

FIGURA2-6:Oreflexoespinhal.

©JohnWiley&Sons,Inc.

»Mensagensdecomandovêmdocérebro.Neurônioscorticais(motorsuperior)docórtexmotorprimáriovêmatéamedulaespinhalefazemsinapsenosmesmosneurôniosmotoresalfaqueenervammúsculosparaoreflexodeestiramentoparapermitirquevocêestiquesuapernavoluntariamente.

»Ocorrecomunicaçãoentresegmentos.Eventosmotoresocorrendoemumsegmentoenviammensagensaoutrossegmentosparacoordenaraçõescorporais.Se,porexemplo,vocêestiverempéenquantosuapernaesquerdacomeçaafalharnojoelho,suapernadireitaprovavelmenteenrijeceráemcompensação,evocêprovavelmenteestenderásuamãoesquerdaparacima,entreoutrascoisas.Essasconexõestambémestãoenvolvidasnocontroledemarchadogeradordepadrãocentralmencionadoanteriormente.

MovendoseusmúsculosComoosmúsculosfuncionam?Músculossãogruposdecélulasconectadasumasàsoutrasemlongascorrentesparalelascujos finaisestãoconectadosaosossospor tendões. As células musculares contêm correntes de proteínas chamadas

actina emiosina.Quando essas proteínas são estimuladas, elas deslizamumassobreasoutras,causandoacontraçãodacélulaaolongodoseucomprimento.

Neurônios motores alfa fornecem o estímulo liberando o neurotransmissorneural motor acetilcolina. Quando recebida pelos receptores nas célulasmusculares, ela causa um potencial de ação na célula muscular (um pulsoelétriconacélulaqueofazcontrairmomentaneamente)quefazaactina-miosinadeslizar (pelo aumento da concentração de cálcio intracelular), o que, por suavez,causaacontração.

LutandoouFugindo:OSistemaNervosoAutônomoAs seções anteriores esboçaram os componentes-chave do sistema nervosocentral (cérebro e medula espinhal) e explicaram como o sistema nervosoperiférico (nervosmotoresesensoriais)participadaação.Masquandose tratadesistemasnervosos,seucorpotemmaisdoquesóessesdois.Háoutrosistemanervosoforadosistemanervosocentralquenãocontrolamúsculosvoluntárioscomo o sistema nervoso periférico, mas o coração, glândulas e órgãos commúsculos lisos (não sob controle voluntário), como os intestinos. É o sistemanervoso autônomo.Ele temcomponentes sensoriais,motores e de estimulaçãodeglândulas.

O sistema nervoso autônomo consiste de duas divisões, simpático eparassimpático,quefrequentementeagememoposiçãoumaooutro.Osistemasimpático prepara o corpo para a ação imediata (lutar ou fugir), ao custo defunções reguladoras do corpo, como a digestão. Esses dois ramos usam doisneurotransmissores diferentes — norepinefrina (noradrenalina) para o ramosimpáticoeacetilcolinaparaoramoparassimpático—quetendematerefeitosopostos nos órgãos-alvo. Por exemplo, a norepinefrina acelera o coração,enquantoaacetilcolinaodeixamaislento.

Anorepinefrina tambémdilataapupilaeosbrônquiospulmonares,diminuiasfunçõesdigestivaseinibeacontraçãodabexigaeofluxosanguíneoàgenitália.Muitas dessas ações são mediadas pela medula da adrenal. Entretanto, asuperestimulação do sistema simpático com estresse excessivo é difícil para ocorpo e tende a ser associada a doenças do coração e outras doenças crônicas

relacionadas ao estresse. Como conflitos sociais também podem disparar osistema simpático, o estresse crônico da vida moderna pode resultar emsuperestimulaçãosimpáticaeéassociadoaefeitosemlongoprazo.

ComoSabemosoqueSabemossobreAtividadeNeuralComo sabemos o que sabemos sobre como o cérebro funciona? Não é nadaóbvio,olhandoparaocérebro,queeleéo lugardopensamento,consciênciaecontrolecorporal.Algunscientistasantigosmuitoproeminentespensavamqueopropósitodocérebroeraresfriarocorpoatravésdocrânio,enquantoocoraçãoerao lugarda inteligência!Bem,oscientistas evoluírambastantedesdeentão.As seções a seguir esboçam alguns dos métodos que foram— e continuamsendo—usadospararevelarossegredosdocérebroedosistemanervoso.

ExaminandoproblemascausadospordanoscerebraisProvavelmente,asprimeiraspistassobreofuncionamentodocérebrovieramdedisfunções associadas com danos à cabeça.No início do séculoXX, o estudocientífico do cérebro começou a avançar significantemente com o estudo dacitoarquitetura (usando manchas para avaliar a estrutura das células emcomparaçãoàestruturadotratoemváriaspartesdocérebro)erastreamentodotrato,determinandoasconexõesentreumaáreadocérebroeoutratraçandoosprocessosaxonaisdascélulas(euexplicoaxôniosnoCapítulo3).Osprimeirosprocessosderastreamentodotratofrequentementeenvolviamverondeocorriaadegeneraçãosecundáriadepoisdodanodeumaáreaàqualaáreasecundáriaeraconectada. Manchas prateadas, como a mancha Golgi, permitiam que ospesquisadores vissem a estrutura das células neurais individuais em grandedetalhe.

Usandotecnologiaparavisualizarocérebro:DosantigasEEGsatéhoje

Nafrentepsicológica,registroseletroencefalográficos(EEG)noiníciodoséculoXX revelaram que o cérebro estava produzindo constantemente oscilaçõeselétricasquepoderiamser registradasdasuperfíciedocrânio.Essasoscilaçõesmudavam com a estimulação externa e quando diferentes padrões depensamentos ocorriam dentro do cérebro. Entretanto, o EEG tem algumasdeficiências, o que o torna menos que ideal para estudar o cérebrocuidadosamente.

»OEEGfazmédiasdeatividadessobregrandesáreas,entãoédifícillocalizarafontedaatividaderegistradanocérebro.Amédiatambémtendeaperdermuitodacomplexidadedaatividadecerebral.

»Aatividadecorrenteintrínsecanocérebrotendeasermaiorque—etendeasobrepujar—osinaltransiente,emenor,suscitadoporumestímuloespecífico,comomostrarumafotoaalguém,oquetornaoEEGummétodoruimparaestudaroefeitodeestímulosnaatividadecerebral.Esseproblemafoiresolvidoatécertopontoquandoserepetiuoestímulováriasvezeseseregistroucadaeventoparaque,depoisdecentenasdetentativas,asrespostasaosestímulosfossemsomadasparaaumentarsuaforça.TaisregistrossãogeralmentechamadosdePEs(PotenciaisEvocados).Nosistemavisual,sãonormalmentechamadosdePEVs(potenciaisEvocadosVisuais).

Do início aomeio do séculoXX,microeletrodos começaram a ser usados emexperimentos com animais para revelar como neurônios únicos produziampotenciais de ação. No sistema visual, por exemplo, um pesquisador poderiaseguirosinaldarespostaelétricadofotorreceptoràluzatravésdaretinaepelotálamo e córtex visual. Similarmente, do lado motor, potenciais de açãomusculares, picos de neurônios motor alfa e disparo do córtex motor eramregistrados com microeletrodos. No entanto, como os registros demicroeletrodos são invasivos (você precisa inserir agulhas de microeletrodospróximasaosneurôniosparaconseguirumregistro),elestêmpoucaounenhuma

aplicabilidadeemhumanos.

Depois da metade do século XX, novas técnicas de imagens, explicadas nasseçõesseguintes,começaramaserusadascomumente.

PET-ScaneSPECTPET-Scan significa Tomografia por Emissão de Pósitrons. Nesta técnica,oxigênio fracamente radioativo de curto prazo ou moléculas de açúcar sãointroduzidas nos pacientes (ou voluntários) enquanto realizam alguma tarefacognitiva.Osneurôniosmaisativosabsorvemasubstânciaradioativaporcausadeseumetabolismomaisalto,eolocodaradioatividadenocérebroéverificadopor um scanner complexo e um software sofisticadoquedetecta a emissãodepósitrons(antielétrons).

Normalmente,umavarreduraéfeitaem“repouso”—antesdeatarefacognitivaser realizada — e então comparada com outra varredura feita enquanto ossujeitos estão realizando a tarefa.Dessamaneira, a diferença entre essas duasvarreduras é associada à tarefa.A técnicaPET temuma resolução espacial demilímetros, mas como tira apenas uma foto da atividade cerebral, não podedeterminaraatividadecerebralquemudanotempo.

SPECT (do inglêsSinglePhotonEmissionComputedTomography— que temcomo traduçãoTomografiaComputadorizada por Emissão de FótonÚnico) ésimilaraoTEP,excetoqueoemissorradioativoingeridoemiteraiosgamaquesãodetectadospeloscanner.

fMRIA fMRI (imagem por ressonância magnética funcional, do inglês functionalMagneticResonanceImaging)éumderivadodaressonânciamagnética(MRI),queéusadaparafazerimagensdaestruturacerebralemaltaresolução.Atécnicade imagem de MRI usa um alto campo magnético e radiofrequência paradetectar transiçõesnogirodeprótons(normalmenteemmoléculasdeágua)nocérebro e era anteriormente referida como ressonância magnética nuclear(RMN).

Imagens reconstruídas têm bom contraste entre as áreas do cérebro com altadensidadedecorpocelularneuronal(matériacinzenta)versusáreasconsistindo,em suamaioria, de tratos fibrosos (matéria branca), em resoluçãomilimétrica.Na fMRI, o fluxo sanguíneo ou oxigenação/desoxigenação sanguínea é

detectado dinamicamente com uma resolução temporal de vários segundos(instrumentos futuros poderão ser capazes de fazer isso ainda mais rápido).Acredita-sequeasmudançasdo fluxosanguíneoeadesoxigenaçãodosanguesãomedidasmetabólicasquerefletemaatividadeneuronalreal.

EmboraaresoluçãoespacialdafMRIsejadeumaordemdemagnitudepiorqueaMRInomesmoinstrumento,normalmenteumavarreduraestruturaldeMRIéfeita antes, e então a varredura funcional de fMRI é sobreposta a ela paralocalizar áreas de atividade diferencial entre tarefa e repouso. Como não usaisótopos radioativos, a fMRI é considerada segura, e os protocolos podem serrepetidosmuitasvezesemumaúnicasessãoparamelhorararelaçãodosinalaoruído.

MEGMEG (magnetoencefalografia) é baseada na física dos campos elétrico emagnético. Neurônios ativos geram correntes elétricas que fluem dentro dosneurônios e em espaço extracelular ao redor. O EEG detecta essas correntesdepoisquesetornaramdifusaspeloespaçoextracelular,incluindoocrânioentreoseletrodoseocérebro,levandoaumaresoluçãoespacialpobre.

Uma propriedade fundamental das correntes elétricas, no entanto, é que elasproduzem campos magnéticos que não são desviados pela intervenção dovolume do condutor elétrico. No entanto, os campos magnéticos neurais sãoextremamente pequenos, então a tecnologia MEG requer salas de registroaltamenteblindadasedetectoresexóticosdecamposmagnéticosdeforçabaixachamadosSQUIDs(super–conductingquantuminterferencedevices).Pesquisasatuaise instrumentosmédicosusammuitosdessesSQUIDspor todoocérebropara registrar a imagem de uma grande região desse órgão simultaneamente.MEGtemresoluçãotemporalquasetãorápidaquantoEEGseresoluçãoespacialnaordemdafMRI.

MRIdedifusãoMRIdedifusão(doinglêsDTI—diffusiontensorimaging)éumavariaçãodaimagemporressonânciamagnética.Elemedeomovimento(difusão)daáguanocérebro. Como a água se move mais facilmente para baixo do citoplasma deaxôniosneuraiscilíndricoslongos,aMRIdedifusãomedeeficazmenteostratosde axônios. É um instrumento clínico importante porque tratos de axôniospodemserdestruídosporderramesououtrosdistúrbioscerebrais.

ImagiologiaóticaA imagiologia ótica é uma promissora tecnologia futura que envolve asmudanças na absorção ou a dispersão da luz por neurônios devido a suasatividades elétricas ou o uso de corantes reportadores (normalmentefluorescentes) que respondem às mudanças em concentração de certos íons(comocálcio)entrandononeurônioduranteaatividade.Técnicasóticastêmsidomuitousadasemexperimentosemtecidoisoladoobtidodeanimais.Mudançasnadispersãoouabsorçãodeluzinfravermelhatêmsidousadasemmenorescalaemhumanos,emáreasondeháacessoóticoaotecido,comoaretinaouocórtex,duranteumacirurgia.HátambémtécnicasparausarluzinfravermelhaparaobterregistrosparecidoscomosdoEEGoticamenteatravésdocrânio.

Mais recentemente, a neurociência explodiu com a optogenética, que usamodificação genética para produzir neurônios que ficam fluorescentes quandoestãoativosoupodemserativadosouinibidosquandoiluminados.Ahabilidadedefazeranimaistransgênicoscomreportadoresouestimuladoresoptogenéticosexpressados apenas em certos neurônios em determinadas áreas estárevolucionandooestudocerebral.Maissobreissoemcapítulosposteriores.

T

Capítulo3EntendendocomoosNeurôniosFuncionam

NESTECAPÍTULO

Entendendooqueosneurôniosfazemecomofuncionam

Comunicaçãoentreneurônios:opapeldosneurotransmissores

Observandoopapeldascélulasdaglia

Examinandoasváriastécnicasusadasparaestudaraatividadeneural

udooquevocêpensa,faze,defato,tudooquevocêééoresultadodasaçõesdecercade100bilhõesdeneurônios.Masoque sãoneurôniose

comoelesativamamente?

Neurônios são células especializadas que processam informação. Algunsneurônios são receptores que convertem estímulos sensoriais em mensagensprocessadas pelo cérebro, enquanto outros estimulammúsculos e glândulas.Amaioria deles está conectada a outros neurônios e realiza associações quepermitemqueumorganismo—você— se comporte demaneiras complexas,baseadas no que o corpo sente interna e externamente, agora, no passadoexperimentado e no futuro esperado. Este capítulo explica como os neurôniosfuncionam,comosabemosoquesabemossobrecomoosistemanervosooperaequais novas técnicas estão aumentando nosso conhecimento sobre ofuncionamentocerebral.

BásicosobreNeurônios:Nãoé

SóMaisUmaCélulanoCorpoPrimeiro,neurôniossãocélulase,comotodasasoutras,consistemdeumsacode citoplasma com uma membrana separando-os do mundo externo. Dentrodelesestãoorganelas,comoamitocôndria,queforneceenergiaparaacélula,eestruturas, como o complexo de Golgi e o retículo endoplasmático, queproduzem e distribuem proteína. O núcleo contém o DNA, que codifica aidentidadedopróprioorganismoedacéluladentrodele.

Vejaoquetornaosneurôniosdiferentesdasoutrascélulas(sevocênãoestiverfamiliarizadocomaestruturageraldacélulaeseuscomponentes,podeencontrarinformaçõesnamaioriados livrosdebiologia, comoBiologiaParaLeigos, 1aEdição[EditoraAltaBooks]):

»Umamembranacomcanaisiônicosseletivosquepodemserabertosporeventoselétricosouligadosporneurotransmissores

»Dendritos,extensõesramificadasdocorpocelularquerecebementradasdeoutrosneurônios

»Umaxônio,umaúnicaextensãodocorpocelularquepercorrelongasdistâncias(atévárioscentímetros)paracontataroutrosneurônios

AFigura3-1mostraasprincipaispartesdeumneurôniocomum.Hádiferençasestruturais óbvias entre neurônios e a maioria das outras células. Enquanto amaioria das células não neuronais lembra esferoides amassados, neurôniosnormalmentetêmuma“árvoredendritica”deramos(ouprocessos)surgindodocorpocelular(ousoma),maisumúnicoprocessochamadoaxônio,quetambémemana do corpo celular, mas percorre longas distâncias (às vezes até muitoscentímetros) antesde se ramificar.Nãoé tão evidentenaFigura3-1o fatodeque a membrana que circunda o corpo celular do neurônio, o axônio e osdendritos é muito diferente da que circunda a maioria das outras células, porcausadeseusváriostiposdecanaisiônicos.

FIGURA3-1:Asprincipaispartesestruturaisdeumneurônio.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Enviandoerecebendoinformaçãoentreneurônios:ReceptoressinápticosParaqueservemosdendritoseaxônios?Vamoscomeçarcomosdendritos,ouaárvoredendrítica.

Penseemparaqueservemosramosdeumaárvorenormal:sãoasestruturasquedão lugar às folhas, cujo propósito é absorver luz do sol para obter energia eformaroscompostosorgânicosdosquaisaárvoreprecisa.Aárvoredendríticadeumneurôniofazmaisoumenosamesmacoisa.Éaestruturaquedálugarareceptores sináptico, que reúnem informações de outros neurônios, e assimcomo as árvores podem termilhares de folhas, neurônios têmmilhares dessesreceptores.

Enquantoosdendritosrecebementradasdeoutrascélulas,oaxônioenviaasaídada célula para outras. O axônio parece outro dendrito qualquer, exceto que,normalmente,nãose ramificamuitopróximodocorpocelularcomoamaioria

deles.

Observandoosreceptores:Préepós-sinápticosParaqueservemosreceptores?Bem,nãoparaluzdosol.Receptoressinápticosneuraisrecebeminformaçõespormeiodepequenosjatosdeneurotransmissoresdeoutrosneurônios.Cadapequeno jatodoneurotransmissorenviaaoreceptorpós-sináptico (o receptor na árvore dendrítica do neurônio receptor) umamensagemdacélulapré-sináptica(aqueemiteosjatos).

Paraoneurônioreceptor,écomoouviracentenasdecorretoressimultaneamentenapistadabolsadevalores.Algunsdelesestãomandandojatosdemensagensfelizessobrealgumacoisaououtraedeixamoneurôniopós-sinápticofeliz,ouexcitado, enquanto outros enviam mensagens tranquilas que o deixam menosexcitado ou inibido. Milissegundo por milissegundo, o nível de excitação doneurônio pós-sináptico é determinado por quais entradas, entre as milharesrecebidas,estãoativasequãoativasestão.

Osignificadodaatividade(ouníveldeexcitação)deumneurônioédeterminadoporquemestáfalandocomeleecomquemelefala.Senossoneurôniocorretorespecífico,porexemplo,estivesseouvindoasaídadeoutrosneurôniosfalandosobrecoisascomocabeamentoelétrico,certasminasnoChileeaproduçãodemoedas,nossoneurôniocorretorpoderia incorporar informaçõessobreopreçodocobre.

Essas conexões tornam-se significativas como resultado do aprendizado, queocorre quando experiênciasmodificam a força e a identidade da interconexãoentre neurônios e, assim, criam memória. Suponha, por exemplo, que seuneurôniorecebaaentradadealgunsneurôniosqueindicamquevocêestávendoacorcinza;outrosindicamqueégrande;outros,quetemumatromba;eoutrosrespondemàimagemdepresas.Seuneurôniopós-sinápticoseráumdetectorde

elefantes. Os alvos pós-sinápticos desse neurônio podem receber outrasmensagens neurais de que as orelhas são grandes e de que leões e girafastambém estão por perto. Nesse caso, essa atividade significaria “Estamos naÁfricaeesteéumelefanteafricano”.

DisparandopulsosparaoutrosneurôniosQuandooneurôniopós-sinápticoestáexcitado,eledisparapulsoselétricos,oupotenciais de ação, que viajam de seu corpo celular até seu axônio, até quealcançamoslugaresondeterminamosramosdoaxônioeosramosindividuais,no que são chamados terminais dos axônios (também chamados de botõesterminais), que ficam próximos de outros neurônios pós-sinápticos. Essesmilhares de terminais dos axônios são os lugares onde seu neurônio pré-sináptico converte seupotencial de ação elétrico em jatos deneurotransmissorque transmitem uma mensagem a outros neurônios. E é assim, vezes 100bilhões,éclaro.

Ajunçãoentreojato(ouimpulso)neurotransmissornoaxôniopré-sinápticoeodendrito recebedordoneurotransmissorpós-sináptico é chamadadesinapse, oelementodeassociaçãomaisfundamentalnosistemanervoso.Alacunaentreosneurônios pré e pós-sinápticos é chamada de fenda sináptica. O pulso pré-sináptico provoca a difusão de um jato neurotransmissor através da fendasinápticadesdeolocalliberadorpré-sinápticoatéosreceptoresdodendritopós-sináptico,que têm receptoresque ligamoneurotransmissor, fazendoos canaisiônicos abrirem ou fecharem, produzindo um evento elétrico na célula pós-sináptica.

Muitos neurocientistas acreditam que se você for comparar cérebros acomputadores digitais, a comparação do transistor deveria ser no nível dasinapse.Como cada neurônio tem cerca de 10mil sinapses e há cerca de 100bilhõesdeneurônios,aspessoasnaIntelterãoquepassarmuitasnoitesemclaro

sequiseremqueseusCPUsalcancemopoderdeprocessamentodocérebro.

Recebendodadosdoambiente:ReceptoresespecializadosAlguns neurônios recebem entradas não como jatos de neurotransmissores deoutrosneurônios,mascomoenergiadoambiente:

»Noolho,neurôniosespecializadoschamadosfotorreceptorescapturamfótonsdeluzeosconvertememliberaçãodeneurotransmissor.

»Naorelha,célulaschamadascélulasciliadasauditivassedobramemrespostaàpressãodosomnaorelhainterna.

»Napele,receptoressomatossensoriaisrespondemàpressãoeàdor.

»Nonariz,neurôniosolfatóriosrespondemafragrâncias.Pensenasfragrânciasdomundoexternoaocorpocomoneurotransmissores,comdiferentesreceptoresolfatóriosrespondendoadiferentesfragrâncias.

»Nalíngua,moléculasdoces,azedas,amargasesalgadasexcitamdiferentesreceptoresnaspapilasgustativas.

O sistema nervoso também tem saídas como as do sistemamotor. Neurôniosmotoresenviamseuneurotransmissor(acetilcolina)paracélulasmusculares,quesecontraemquandoosreceptoresnacélulamuscularorecebem.Ocontroledomúsculo estriadovoluntáriogeralmenteocorre depois queo cérebro fezmuitoplanejamento,doqualvocênormalmentenãoestácientesobreoquefaráequaismúsculosemquaispadrõescontrairãoparavocêfazerisso.

ReceptoresionotrópicosversusmetabotrópicosAssim como conselhos podem ser acatados ou ignorados, os efeitos de umneurotransmissorliberadopré-sinapticamentenoneurôniopós-sinápticoestãoàmercê do receptor de neurotransmissor na célula pós-sináptica. Embora osreceptores sejam altamente específicos para um único neurotransmissor, cada

neurotransmissor temmuitos tiposdiferentesde receptores.Algunsagemmaisrápidoqueosoutros,outrosdurammaisoumenos tempo,ealguns têmvárioslocais de ligação que podem incluir um para um neurotransmissor rápidoespecífico e mais locais adicionais que ligam e respondem a um ou maisneuromoduladores. Canais receptores pós-sinápticos ativados porneurotransmissores liberados por um neurônio pré-sináptico são geralmentereferidos como canais iônicos ou regulados por ligante (também conhecidoscomoreceptoresionotrópicos).

Umadiferença importante entre tipos de receptores depende de umadiferençacrucial entre suas estruturas.A imagemda esquerda naFigura 3-2mostra umreceptordeneurotransmissortípicoposicionadonamembranacelular.Amaioriados receptores de neurotransmissor tem um local de ligação para oneurotransmissordoladodeforadamembrana,que,quandooneurotransmissoréligado,fazaproteínadoreceptorredobrardetalmaneiraqueumporoéabertono complexo do receptor que permite que um íon específico passe pelamembranacelular,deoutraforma,impermeável.Estessãochamadosreceptoresdependentes ou regulados por neurotransmissores (também dependentes ouregulados por ligantes). O tipo de receptor com o poro de íon na mesmaestruturadoreceptorqueolocaldeligaçãoéumreceptorionotrópico.Amaioriadosreceptoresdeexcitaçãoeinibiçãorápidaédestetipo.

FIGURA3-2:Tiposdereceptoresneurotransmissoresionotrópicoemetabotrópico.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Há outro tipo de estrutura receptora, comum para neuromoduladores. Nela, oporodocanaliôniconãoestánomesmolugaremqueolocaldeligaçãoparaoneurotransmissor (veja a imagem da direita na Figura 3-2). Em vez disso, oneurotransmissorligandooexteriordamembranafazcomquepartedaproteínado canal mude de forma no interior da membrana, de modo a liberar algunsmoduladores neurais intracelulares internos. Esses moduladores funcionamcomo mensageiros internos dentro da célula que frequentemente envolvemcascatasbioquímicasqueamplificamsuasações.

A ligaçãodoneurotransmissor a receptoresmetabotrópicospode causar váriosefeitos, desde abrir vários poros de canais próximos do interior até mudar aexpressão doDNAnonúcleo.Esses tipos de efeitos tendema sermuitomaislentos, mas mais duradouros, quando comparados àqueles mediados porreceptoresionotrópicos.Ostiposdereceptoressemseuspróprioscanaisiônicosquetêmessesefeitosindiretossãochamadosdereceptoresmetabotrópicos.

Astrêsprincipaisclassesfuncionaisde

neurotransmissoresO “suco” do jato de neurotransmissor do neurônio pré-sináptico para o pós–sináptico consiste de moléculas neurotransmissoras. Existe uma variedade detiposdiferentesdeneurotransmissores,cadaumvariandoemseutipodeefeitoetempode curso na célula pós-sináptica.Neurotransmissores são agrupados emtrêsclassesfuncionaisprincipais:

»Neurotransmissoresexcitatóriosrápidos:Osneurotransmissoresmaisimportantessãoosrápidoseexcitatóriosglutamatoeacetilcolina.Elescomunicamexcitaçãoforteeimediatadacélulapré-sinápticaparaapós-sináptica.Amaioriadasprojeçõesneuraisdelongadistâncianocérebroéfeitaporaxôniosqueliberamglutamato.Todasascontraçõesmuscularesvoluntáriassãocausadaspelaliberaçãodaacetilcolinaporneurôniosmotoresnascélulasmotoras.

»Neurotransmissoresinibitóriosrápidos:Comograndessistemasinterconectadosformadosapenasporconexõesexcitatóriastendemaserinstáveisesujeitosaconvulsões(excitaçãorecorrenteforte,descontroladaecontínua),asutilezaeoequilíbrionosistemanervososãogarantidospelasconexõesinibitórias,usandoosneurotransmissoresinibitóriosácidogama-aminobutírico(GABA)eglicina.Neurotransmissoresinibitóriospermitemassociaçõesdotipotudo-ou-nada.Porexemplo,seamaioriadosneurôniosvotaquevocêestávendoumelefante,masalgunsaquiealidizem“setemquatropernas,tambémpoderiaserumburro”,osneurotransmissoresinibitóriossuprimemamensagem“poderiaserumburro”.

»Neuromoduladoreslentosqueincluemambos,excitatórioeinibitório:Amaioriadosneurotransmissoresrápidosédeaminoácido(diferentedaacetilcolina).Neurotransmissoresmoduladoresincluemaminasbiogênicas,comodopaminaeserotonina,epequenasproteínas,comosomatostatina,substânciaP,encefalinas,ouprodutosquímicosorgânicoschamadoscatecolaminas,comoaepinefrinaenorepinefrina.Asaçõesdessestransmissoressãomaisparecidascomashormonais,produzindomudançaslentas,masduradouras.Penseemsuaaçãode

estabelecero“clima”dentrodocérebrocomoumcenárioparaoqueosneurotransmissoresrápidosestãofazendoemescalasdetempomenores.Porexemplo,vocêpodeestardescansandoquietoenquantodigereumaboarefeição(oqueéumaboaideia),quandocaiumatempestadederelâmpagos,disparandoaliberaçãodanorepinefrina,oneurotransmissordelutaroucorrer.Aaçãoparaadigestãoeoutrosprocessoshomeostáticosinternosdiminuiemfavordeaumentarseupulsoepressãosanguíneaedesviandoofluxosanguíneoparaosmúsculosempreparaçãoparasemoverrapidamenteparaumlugarseguro.

Acredita-sequealgunsneurotransmissores seoriginaramevolutivamentecomohormônios, que são normalmente secretados na corrente sanguínea, ondeinfluenciam células que são receptivas a eles por todo o corpo.Neurotransmissores,liberadosporaxônios,parecemtersidoumaformaemqueo sistema nervoso evoluiu para que uma célula pudesse falar especificamentecom algumas outras poucas células— algo como sussurrar um segredo paraalgunsdeseusmelhoresamigos,emvezdegritaranotíciaparatodooauditório.

QueChocante!NeurônioscomoDispositivosElétricosdeSinalizaçãoUmaspectocrucialda funçãoneuronalé seuusoúnicodaeletricidade.Elesausamparasecretarseusneurotransmissoreseparaassociações.Amembranadoneurôniocontémumtipoespecialdecanaliônicoqueé,naverdade,umabombaativapara íons. Íons sãoos átomos carregadosque sãodissolvidos em fluídosdentro e fora da célula. Os mais importantes são os sais de cloreto de sódio(NaCl), potássio (Kcl), cálcio (CaCl2) e magnésio (MgCl2), que dissociamquandodissolvidosnoscátionsNa+,K+,Ca++eMg++,enoânionCl–.Nota:

um cátion é carregado positivamente (atraído por um cátodo negativo); umânionécarregadonegativamente(atraídoporumânodopositivo).

Ofluídoforadascélulaseemnossosangue,naverdade,temmaisoumenosamesma consistência iônica que a água domar, ou seja, em suamaioria Na+,muitomenosK+ e aindamenos Ca++ eMg++, sendo Cl– o principal ânion.Entretanto, as bombas iônicas nas membranas neurais, chamadas de bombasSódio-potássioouNa+/K+ATPase,bombeiamativamenteosódiopara foradacélula e o potássio para dentro, nessa proporção: 3Na+ fora para 2K+ dentro(vejaaFigura3-3).

FIGURA3-3:Abombaiônicadesódio-potássioNa+/K+ATPasedamembrananeuronal.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Essasbombasfuncionamotempotodo,criandoumasituaçãonaqualbempoucosódio e um excedente de potássio existem dentro da célula. Entretanto, comonemtantopotássiosaiquantosódioentra,háumacargalíquidanegativadentrodacéluladevidoàdeficiênciadeíonspositivos.Avoltagemrealquemedimoscom um eletrodo colocado dentro da célula (comparado com o exterior) édeterminada pela condutância de dispersão de vários íons.O íon potássio tem

uma condutância de dispersão muito maior que o sódio, resultando em umpotencialdemembranamedindocercade–70milivolts.Comoessavoltagemémedida por toda a membrana neuronal (de dentro do neurônio para fora), échamadadepotencialdemembrana.

Opotencialdemembranadeumneurôniopodesermudadoporcanais iônicosemsuamembrana,queéondeodesequilíbriodaconcentração iônica importa,porque quando receptores de neurotransmissores abrem canais para íonsespecíficos, os íons fluem através desses receptores para restaurar odesequilíbrioprovocadopelasbombasdesódio-potássio.Ofluxodeíonséumacorrente que faz a voltagem mudar adequadamente por toda a membrana(potencialdemembrana).Osneurotransmissoresexcitatóriosrápidosglutamatoe acetilcolina, por exemplo, ligam-se a receptores que permitem que íons desódio passem pelo poro do canal. Essa entrada de íons positivos pode reduzirlocalmente e até reverter a polaridade do potencial negativo dentro da célula.Essamudançadepolaridadetransienteéchamadadespolarização.

Receptoresinibitóriosionotrópicossãoaquelesqueligam-seàGABAouglicinaeabremcanaispermeáveisparaCl–(receptoresGABAmetabotrópicosabrem,atravésdesegundosmensageirosdentrodacélula,canaisparaK+quetambéminibemouhiperpolarizamacélula).SeCl–,queénegativo,entranacélula,podetornaro interiormaisnegativo,oqueéchamadodehiperpolarização.QuandocanaisiônicosparaK+sãoabertos,K+realmentesaidacélulaporcausadesuamaiorconcentraçãodentrodoqueforadacélula,eestatambémhiperpolariza.

Agoravocêpodeverporqueumúniconeurôniopodesertãocomplicado.Umas10 mil sinapses excitatórias e inibitórias estão abrindo e fechandoconstantementeemrespostaatodasasváriasentradaspré-sinápticas,levandoaumamudançaconstantedepotenciallíquidoportodaamembranacelular,queéasomadetodaessaatividade.

Caramba,pulsos—OpotencialdeaçãoVocê pode pensar na associação feita pelo neurônio como a soma no corpocelular das entradas excitatórias e inibitórias contínuas e variantes interferindopor toda a árvore dendrítica (algumas entradas também podem estar no corpocelular).Essasentradasproduzemumpotencialdemembranalíquidonocorpocelular. O que o neurônio faz com essa associação representada por essepotencial? Comomencionado antes, neurônios comunicam suas associações aoutrosneurônios,enviandoumasériedepulsosdevoltagempeloaxônio.Esta

seçãoexplicaessespulsosdevoltagemecomoelessemovempeloaxônio.

OsproblemasemirdaquiatéaliEmseucórtexmotorprimárioháneurôniosqueconduzemosmúsculosemseusdedosdospés.Vocêpodesuporqueosaxôniosagemcomocabos—ouseja,queopotencialdemembranadosdendritosneuronaissesomanocorpocelulardoneurôniomotoreessavoltagemviajaaofinaldoaxôniocomosefosseumcabo.Masaideianãofunciona.Membranasneuronais,incluindoasdeaxônios,nãosãototalmenteimpermeáveisaofluxoiônicoforadoscanaiseestão,assim,continuamente vazando. Além disso, uma propriedade elétrica de umamembrananeuronal,capacitância,desvia(amorteceedesacelera) rapidamente,mudandoossinaispelasdistânciasqueosaxôniosprecisamcomunicar.

Ajudandoosinal:CanaisdesódiodependentesdevoltagemArespostapara esseproblemaé semelhante à soluçãousadapara resolverumproblemasimilarnoscabosdecomunicaçãotransatlântica,emquedispositivoschamados repetidores são instalados em intervalos para aumentar e limpar osinal, que se torna reduzido à medida que viaja da costa para seu últimorepetidor. Neurônios usam um tipo particular de canal iônico para a mesmafunção,ocanaldesódiodependentedevoltagem,esuaaçãoéabaseparatodaacomunicação neural de longa distância por potenciais de ação, coloquialmentechamados de pulsos (porque representam uma mudança breve e repentina nopotencialdemembrana).

O canal de sódio dependente de voltagem não abre ao ligar umneurotransmissor, como os canais dependentes ou regulados por ligantes(discutidosnaseçãoanterior“Receptoresionotrópicosversusmetabotrópicos”).Mas esse canal abre quando a despolarização demembrana criada por outroscanaiscruzaumlimite.

Eiscomofunciona:existeumnúmeroparticularmentegrandedessescanaisnocomeçodoaxônionocorpocelular,chamadodesegmentoinicial(ou,àsvezes,cone axonal); veja a Figura 3-1. Quando a ação somada de todas as sinapsesexcitatórias e inibitórias em uma célula está suficientemente despolarizada, oscanaisdesódiodependentesdevoltagemnosegmentoinicial(efrequentementetambémnocorpocelular)seabremepermitemqueaindamaisNa+fluaatravésda membrana para dentro do neurônio. Essa ação despolariza ainda mais amembranaparaquetodososcanaisdesódiodependentesdevoltagemseabram

naquela região, os quais normalmente só ficam abertos por cerca de ummilissegundoe então se fechamsozinhosporváriosmilissegundos.O términodo potencial de ação é também quase sempre assistido por canais de potássiodependentesdevoltagemqueabremefechammaislentamentequeosdesódio.Esses canais de potássio retificadores atrasados são responsáveis pela últimaporção do período refratário do pulso no qual os potenciais de ação sãomaisdifíceisdeextrairrapidamentedepoisdeumpulsoanterior.

O pulso criado pelos canais de sódio dependentes de voltagem no segmentoinicialéopotencialdeação.Aflutuaçãodevoltagemcriadaporessepulsoviajapelo axônio mais um pouco, mas é reduzida pelos efeitos de manobramencionados anteriormente. Entretanto, um poucomais para baixo do axônioestá outro conjunto desses canais de sódio dependentes de voltagem. Essadistância é tal que o pulso degradado ainda está acima do limite para essescanais, então eles produzem outro pulso completo nesse novo local, que viajamais para baixo do axônio, é reduzido, alcança outro conjunto de canaisdependentes de voltagem, recebe outro impulso necessário, desce um poucomaispeloaxônio,éreduzidoe,bem,vocêentendeu.

PulandodenóduloemnóduloMuitos axônios são protegidos entre os conjuntos de canais de sódiodependentes de voltagem por processos das células da glia que fornecemisolamento extra, chamados de axônios mielinizados (veja a Figura 3-1). Aslacunas entre as bainhas de mielina onde o pulso é repetido são chamadasnódulos de Ranvier, e o “pulo” do potencial de ação de um nódulo para opróximo é chamado de condução saltatória. Axônios mielinizados têmvelocidadesrápidasdeconduçãonasquaisospulsosviajamaváriosmetrosporsegundo. Muitos axônios menores no sistema nervoso são desmielinizados econduzem potenciais de ação mais lentamente. A mielina também protege oaxônio de danos. (Uma manifestação da doença de esclerose múltipla é adegradaçãodasbainhasdemielinaaxonais, resultandoemconduçãodepulsosmaislentas,erráticase,eventualmente,falhaspelosaxônios.)

Fechandoociclo:DopotencialdeaçãoàliberaçãodoneurotransmissorUm último detalhe básico a considerar no quadro de comunicação neuronal écomoirdeumpotencialdeaçãoàliberaçãodoneurotransmissor.Issoacontece

quando o pulso alcança osmilhares de terminais de axônio depois que ele seramifica(vejaaFigura3-4).

FIGURA3-4:Transmissãosinápticadopotencialdeaçãopré–sinápticoaoreceptorpós-sináptico.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Eisoqueacontece(confiraaFigura3-4paraumvisualdessespassos):

»Passos1a3:Opotencialdeaçãochega.Dentrodoterminaldoaxônioháoutrotipodecanaldependentedevoltagem,masessecanalpermitequecálcio(Ca++),emvezdesódio,fluaparadentro.Aaberturainduzidapelopulsodessescanaisdecálciodependentesdevoltagemfazocálcioentrarnoterminaldoaxônio.Dentrodele,asmoléculasneurotransmissorassãoembaladasempequenasvesículassinápticasenvolvidaspormembrana,umpoucodasquaisestásemprepróximodamembrananoladopré-sinápticodasinapse.

»Passo4:Asvesículasligam-seàmembrana.Quandoocálcioentra,fazamembranadeváriasdessasvesículassefundircomamembranacelular.

»Passo5:Otransmissoréliberado.Quandoasvesículassefundemcomamembranacelular,asmoléculasneurotransmissorassãojogadasnafendasináptica.

»Passo6:Otransmissorseligaaosreceptores.Asmoléculasneurotransmissorasqueforamjogadasnafendarapidamente(dentrodecercadeummilissegundo)dispersampelafendaeseligamaosreceptoresnacélulapós-sináptica.

Eisumatalhoquealgunsneurocientistasusamquandopensamnessecircuito:aoredor de um dado neurônio, a concentração extracelular de váriosneurotransmissoreséconvertidaaopotencialdemembrana,queéconvertidoàclasse de potenciais de ação no axônio, que é convertida à concentração decálcio no terminal do axônio, que é finalmente convertido à concentração deneurotransmissoresnafendasinápticapróximaàcélulapós-sináptica.

Movendo-secomNeurôniosMotoresOs neurônios originalmente evoluíram para coordenar a atividade muscular.Animaismulticelulares grandes só podem semover demaneira eficaz se seusmúsculossemoveremcoordenadamente.Omovimentomuscularcoordenadoéalcançado quando os neurônios, embutidos emum sistema que recebe entradasensorial,podemativarosmúsculosdetalmaneiraqueproduzamsequênciasdecontrações musculares específicas — que é precisamente o que o sistemaneuromuscularfaz.

O sistema neuromuscular tem, como saída, terminais de axônios de neurôniosmotores fazendo sinapses em células musculares dentro de um músculo, umterminal de axônio por célulamuscular (embora um neurôniomotor possa tercentenas de terminais de axônio). Isso é chamado junção neuromuscular. Oterminal do axônio do neurônio motor libera acetilcolina como oneurotransmissor(vejaaseçãoanterior“Astrêsprincipaisclassesfuncionaisdeneurotransmissores” para saber mais sobre a acetilcolina). Células muscularestêm um receptor excitatório ionotrópico para acetilcolina que abre canais desódionamembranadacélulamuscular.Nessescanaistambémfluiumapequenaquantidade de potássio. (Para ler mais sobre receptores ionotrópicos, veja aseçãoanterior“Receptoresionotrópicosversusmetabotrópicos”.)

Cada potencial de ação alcançando um determinado terminal de axônio deneurôniomotorliberaumpacotedeacetilcolinaquecausaumpotencialdeaçãona célulamuscular, que tem um tempo de duraçãomuitomaior do que o ummilissegundodepotencialdeaçãonamaioriadosneurônios.Seuefeitoéfazercomqueosfilamentosdeactinaemiosinanacélulamusculardeslizemumpelooutro (mediados pelo cálcio), unindo as extremidades da célula (contraindo-alongitudinalmente).

Ummúsculoéumconjuntodecadeiasdessascélulasmusculares.Quantomaiscada célula muscular é contraída e quanto mais células musculares em uma

cadeia são contraídas, menor o músculo fica. Quanto mais cadeias sãocontraídas,maisforçaomúsculoaplica.Essesparâmetrossãocontroladospelonúmerodeneurôniosmotoresativadosepelataxadedisparonessesneurônios.

CélulasNãoNeuronais:CélulasdaGliaEmbora o número de 100 bilhões de neurônios no cérebro seja realmenteimpressionante,dentrodessemesmovolumeestão,pelomenos,dezvezesmaiscélulasnãoneuronais chamadasglia.Ascélulasdagliaocorremem três tiposprincipais—astrócitos,oligodendrócitosecélulasdeSchwann,emicróglia—,cadaumcomumafunção,comoexplicadonasseçõesseguintes.Hátambémumtipodecéluladagliachamadodecélulaglialsatélite,quejuntaasuperfíciedecorposcelularesneuraisemváriosgânglios(concentraçõesdecélulasnervosas)nosistemanervosoperiférico.

AstrócitosAstrócitossãocélulasdagliaqueformamboapartedaestruturadocérebronaqual os neurônios residem. Eles regulam o ambiente cerebral e formam abarreira hematoencefálica. Na maioria do corpo, os capilares do sistemasanguíneosãopermeáveisamuitassubstânciasparaqueooxigênio,aglicoseeosaminoácidospassemdosangueparaotecido,enquantoodióxidodecarbonoeoutrasexcreçõesvãoporoutrocaminho.Nocérebro,osastrócitosformamumabarreira adicional que é muito mais seletiva, criando um ambiente maisrefinadamente controlado para as operações complexas que lá ocorrem. Osastrócitos fazemisso revestindoosvasossanguíneosesópermitindoo tráfegodesubstânciasentreoscapilareseocérebroqueelespróprioscontrolam.

Noentanto, háváriasdesvantagensdo isolamentoquímico relativodo cérebrocriado por astrócitos. Um é que muitos remédios que poderiam ajudarpotencialmenteatratardisfunçõescerebraisnãopodempassarporessabarreirade astrócitos; portanto, não é possível realizar tratamentos injetando essesremédiosnacorrente sanguínea.Outradesvantageméqueocâncerdecérebronão édiretamente atacadopelo sistema imunológicoporque células anticorpostambém têm dificuldades de passar do sangue para os tumores cerebrais. A

maioria dos protocolos de tratamento de câncer envolvem usar produtosquímicostóxicoseradiaçãoparavarreragrandemaioriadecélulascancerígenasemdivisão,esperandoqueosistemaimunológicoconsigalimparaporcentagemrestante. Mas como a operação de limpeza dos anticorpos no cérebro é tãoineficiente,ocâncercerebralnormalmentetemumprognósticomuitoruim.

Outrotipodecéluladagliacomumafunçãosimilaréacélulaependimária.Elaforma uma barreira na superfície interna dos ventrículos cheios de líquidocefalorraquidianodocérebroenocanalcentraldamedulaespinhal.

OligodendrócitosecélulasdeSchwannAsegundaclassedecélulasdagliaéchamadadeoligodendrócitosecélulasdeSchwann.Afunçãodeambaséfazerabainhademielinadosaxônios,discutidanaseçãoanterior“Pulandodenóduloemnódulo”,paraconduçãosaltatória,emqueosnódulosdeRanviercomaltoscanaisdesódiodependentesdevoltagemformam“repetidores”,permitindoapropagaçãodepulsosemlongasdistâncias.Oligodendrócitos realizam essa função no sistema nervoso central, enquantocélulasdeSchwannarealizamnosistemanervosoperiférico.

Uma área de pesquisa intensa agora trata do fato de que nervos periféricosregeneramseusaxônios,enquantoneurônioscentraisnormalmentenãoofazem.Vocêpode,porexemplo,talharseudedoecortarosnervostãoseveramentequetodasasfunçõesdecontrolemotoresensorialsejamperdidasnapontadodedo.Mas espere um ou dois meses e a função completa geralmente retorna.Entretanto,omesmodanonamedulaespinhaloparalisaparasempre.AlgumasdiferençasentreoligodendrócitosecélulasdeSchwannemrespostaadanossãoconsideradasimportantespararegeneração.

CélulasdamicrógliaA última classe de células da glia são as células da micróglia, que são delimpeza, migram pelo cérebro quando alguma área é danificada e removem(recolhem)detritos.Esteéapenasumaspectodasmuitasfunçõesdelimpezaquediferentes células da glia fazem, o que inclui manter constituintes iônicosadequados no espaço extracelular, interagindo com vasos sanguíneos durantedanos cerebrais e fornecer umquadro estrutural noqual os neurônios cresceminicialmenteduranteodesenvolvimento.

TécnicasdeRegistroOsprimeiros registros cerebrais—eletroencefalogramas,ouEEGs—usavameletrodos de superfície no couro cabeludo para registrar potenciais correntescerebrais de grandes áreas do cérebro.Amaior parte do que os pesquisadoressabem sobre função neural individual (neurofisiologia) começou por volta dametade do século XX com a invenção e o uso de microeletrodos, os quaispodiam mostrar a atividade de neurônios únicos, e osciloscópios, os quaispodiamexibireventoscomduraçãodemilissegundosoumenos.Comoasseçõesseguintesmostram, vários avanços ocorreramnos tipos de dispositivos usadospararegistrarotrabalhodosneurônios.

MicroeletrodosextracelularesindividuaisMicroeletrodos extracelulares são cabos muito finos, parecidos com agulhas,isolados eletricamente, exceto em suas pontas, que são do tamanho do corpocelular de um neurônio (normalmente 20 micrômetros de lado a lado,dependendodo tiponeuronal).Apontadoeletrodoé inseridano tecidoneuralaté que esteja próxima a uma célula específica, para que a voltagem que omicroeletrododetectesejaquasecompletamenteconsequênciadascorrentesdepotencialdeaçãodoscanaisiônicosseabrindonaquelecorpocelularpróximo.Esses eletrodos às vezes também registram potenciais de ação de axôniospróximos. Microeletrodos extracelulares também foram usados para estimularneurônios a disparar, gerando pulsos de corrente através do eletrodo e dandochoquenoneurônioparadispararartificialmente.

RedesdemicroeletrodosRedes de microeletrodos são conjuntos que pegam amostras de centenas decélulas simultaneamente. Algumas dessas foram implantadas em humanosparalisados para que, por exemplo, quando a pessoa pensar em fazer algummovimento em seu cérebro e ativar seus neurônios motores, o sinaleletronicamente detectado possa ser usado para contornar a medula espinhaldanificada e ativar músculos diretamente, enviando pulsos de choque a eles.Esses registros também foram usados para controlar cursores de computadorparacomunicação.

EletrodosintracelularesdeagulhaRegistrosintracelularesemneurôniosdemamíferosforamfeitosprimeiramentecommicroeletrodosintracelularesdeagulha,tambémchamadosdemicropipetasdevidro,quesãotubosdevidroaquecidosnomeioeentãopuxadosparaqueotuboafineequebrenomeio.Apontanaquebrapodeterumdiâmetrodemenosde um micrômetro e ainda ser oca! Esses microeletrodos de vidro sãosuficientemente pequenos, se comparados à célula de 20 micrômetros à qualpodemserinseridos.

Eletrodos intracelulares inseridos através da membrana celular permitem quepesquisadores tirem amostras da atividade elétrica dentro da célula de suasentradassinápticas.Eletrodosintracelularesdeagulhasãopreenchidoscomumasoluçãosalinaparafazerumaconexãoelétricaentresuapontaabertadentrodacélulaeamplificadoreseletrônicosetelas.Umcabodecloretodepratadentrodamicropipeta conecta o interior da célula, pela solução salina na pipeta, a umamplificador eletrônico.Micropipetas produzemmais informação sobre o queacontecedentrodacélula,mascomoinevitavelmentedanificamacélulacomapenetração, não podem ser implantadas permanentemente como seria precisopara próteses neurais, que, por exemplo, registrariam os comandos do córtexmotorparamovermúsculosartificialmenteempessoasparalisadas.

EletrodosPatch-clampMicroeletrodospatch-clampsãofeitoscomoosdevidro,excetoque,emvezdesereminseridosnacélula,elessãoencostadosnamembranacelularparaqueovidrofaçaumaligaçãoquímica,chamadagigaseal,comamembranacelular.Noremendointactodamembrana,oeletrodopodemonitorarcorrentespassandoporcanais iônicosnamembranadentrodaáreagigaseal.Emoutraconfiguração,amembranadentrodagigasealérompidaporpressãonegativa,masagigasealaolongo do perímetro da abertura da pipeta continua intacta para que, com omicroeletrodo intracelular de vidro, haja agora continuidade elétrica entre ointeriordacélulaatravésdasoluçãosalinanapipetaparaoaparatoderegistro.

DispositivosdeimagemóticaAvanços de imagem ótica no final do século XX e o desenvolvimento decorantesreportadoreslevaramaousodetécnicasderegistroóticoparamonitorar

aatividadeneural.Aquiestãoastrêsprincipaistécnicasóticas:

»Monitoramentodemudançasnaconcentraçãoiônicamediadoporcorantefluorescente:Estatécnicausacorantesfluorescentes(corantesqueabsorvemereemitemluz)quemudamsuafluorescênciaemrespostaàpresençadeíonscomocálcio,magnésioousódio.Oscorantesmaiscomunsmonitoramaconcentraçãodecálcio,queénormalmentebembaixadentrodosneurônios,mascomumenteaumentaquandooneurônioestáativodevidoaofluxodecálcioatravésdoscanaiscátion,quenãosãocompletamenteseletivosparasódio,eatravésdecanaisdecálciodependentesdevoltagem,queàsvezessãocomunsemárvoresdendríticasenoterminaldoaxônio.Issosignificaqueaatividadedentrodasárvoresdendríticaspode,àsvezes,serdiretamenteobservadaoticamente.Aimagemóticatambémpermitequeospesquisadoresvejamaatividadeemváriascélulasporummicroscópio.ProteínasfluorescentespodemagoraserexpressasemcélulasneuronaisempartesespecíficasdocérebroportécnicastransgênicasdealteraçãodeDNAemanimaisexperimentais.

»Monitoramentodopotencialdemembranamediadoporcorantefluorescente:Corantespotenciométricossãocorantesqueligammembranascelularesneuronaisemudamousuafluorescênciaouaabsorçãodeluzemrespostaaoníveldedespolarizaçãodamembrana.Avantagemdessescoranteséqueelesdãoumaleituradiretadopotencialelétricopelamembranaparaqueasmudançasnamembranapossamserobservadasparasesaberseháounãocanaisiônicosquefluemcálcio.Poroutrolado,osinaldessescorantesé,normalmente,umaordemdemagnitudemenordoqueadoscorantesindicadoresdecálcio,sendomaisdifíceisdedetectar.

»Mudançasóticasintrínsecasemtecidoneuralexcitado,comodispersãodeluz:Mudançasóticasintrínsecasocorrememtecidoneuronalquandoascélulasestãoeletricamenteativas.Aorigemdessasmudançasnãoéclaraatéomomentoqueestelivrofoiescrito,masincluimudançasemdispersãodeluzdevidoainchaçocelulartransienteourearranjodeestruturasdeorganelasintracelularesassociadascomativaçãoelétrica.Umavantagemdastécnicasóticasintrínsecaséquenãorequeremcorantesesão,

portanto,menosinvasivas.Registrosóticosintrínsecos,comoeletroencefalogramas(EEGs),sãoexecutadosrotineiramenteemhumanosusandoluzinfravermelha.

2TraduzindooMundoInternoeExternoAtravésdosSentidos

Nestaparte…

Vejacomonossossensoresdapeletrabalhamparanosinformarsobretoqueefacilitaramanipulaçãodeobjetosatravésdotoqueativo.

Descubracomoosistemavisualconstituiquasemetadedetodoocérebrocommúltiploscaminhosdeprocessamentoparaleloquetornamgrandepartedavisãoumesforçoativo.

Descubracomonossosentidodaaudiçãofunciona,darecepçãomecânicadosomàsuaanálisenocórtexauditivo.

Vejacomoosneurôniosparaossentidosquímicos,paladareolfato,respondemamoléculasindividuaisqueingerimosenospermitemexperimentaroodor,opaladareosabor.

A

Capítulo4SentindodoSeuJeito:OsSentidosdaPele

NESTECAPÍTULO

Recebendomensagensdosneurôniossensoriais

Enviandosinaisaocérebro

Observandoador:suascausas,seusefeitoseasmaneirasdediminuí-la

Descobrindodistúrbiosrelacionadosaosentidodotoque

peleéafronteiraentrenóseoquenãosomosnós.Osentidodotoqueéchamado, tecnicamente, sistema somatossensorial. A ativação de

receptoresdo toqueemnossapele—sensação—levaàpercepçãodeobjetosentrandoemcontatoconosco,comoabatidadamãodealguémouapicadadeummosquito.Nossapeleé sensívelnãosóaumavariedadede tiposde toque(cócegas,pressãoemovimento,porexemplo),elatambémnospermiteperceberoutros tipos de sensação, como temperatura e dor. Esses diferentes tipos depercepção são realizados quando diferentes tipos de receptores na pele sãoativados.

Estecapítulotratadosreceptoresquemedeiamotoqueeosprocessoscerebraisque permitem a percepção dele. Trata também de diferentes distúrbiosrelacionadosaosistemasomatossensorial.

ComoVocêSente?AVerdadesobreaPeleeseusNeurônios

SensoriaisApeleéumórgão,umdosmaioresnocorpoemtermosdeárea,e temváriasfunções importantes.Ela formaumabarreira protetora entre você e o restodomundo, mantendo dentro o que é você e fora o que não é você, incluindobactérias, sujeira e parasitas. A pele é relativamente impermeável à água etambémfazoisolamento,mantendovocêmaisquentepordentrodoqueporforaquando o exterior está frio, e mais frio por dentro do que por fora quando oexteriorestámaisquentequeatemperaturacorporal.

PropriedadesgeraisdapelePara realizar todasessas funções,apele temváriascamadascompropriedadesdiferentes.

AdermeeaepidermeAcamadamaisexternadapeleéchamadadeepiderme(episignifica“sobre”ou“acima”, e derme significa “pele”). A epiderme é, na verdade, composta deváriascamadasdefantasmasdecélulasmortasquefornecemproteçãomecânicadoexterior.Comoessascélulasestãomortasenãotêmreceptoresdedor,passaras unhas levemente por sua pele remove uma camada ou duas dessas célulasmortas,masnãomachuca (muito).Célulasnaparte inferiordaepiderme,ondeelaencontraaderme,estãoconstantementesedividindo,migrandopara foraemorrendoparasubstituirascamadasmortasenquantoelasdesgastam.

Abaixodaepidermeficaaderme,acamadavivadapelequeincluiamassadereceptoressomatossensoriais.

ReceptoressomatossensoriaisPortodaapeleháumavariedadedereceptoresparaotoque,temperaturaedor.Receptoresdepelenospermitemtersentidosdotoquepassivoseativos:

»Sentidodotoquepassivo:Ocorrequandoalgotocanossapeleeregistramosotoqueantesdesabermosoqueoprovocou.

»Sentidodotoqueativo:Éfeitoprincipalmentecomnossasmãosepontasdosdedos.Podemossegurarumovoouumamaçãouum

abacaxiemnossasmãosesaberoqueestamossegurandosemver.Essestiposdiferentesdepercepçãoocorremquandodiferentestiposdereceptoresnapelesãoativadoseocérebroprocessaainformaçãoeacomparacomamemória.

O sentido do toque, ou sistema somatossensorial, para a maioria do corpo(abaixo da cabeça), é transmitido através damedula espinhal para o tálamo e,então,paraumafaixanoloboparietalimediatamenteposterioraosulcocentralonde existeummapado “toque”do corpo.Essa áreado córtex é chamadadecórtexsomatossensorial.

A epiderme tem pouquíssimos receptores. A massa de receptoressomatossensoriais está dentro da derme. As próximas seções explicam osdiferentestiposdereceptoressomatossensoriais.

Sentindootoque:OsmecanorreceptoresDentro da derme há quatro tipos distintos de receptores do toque, chamadosmecanorreceptores, mostrados na Figura 4-1. Nas próximas seções descrevocadaumdeles.

FIGURA4-1:Ascamadasdapeleealgunsdeseusreceptores.©JohnWiley&Sons,Inc.

DiscosdeMerkelReceptoresdiscosdeMerkel,comoonomesugere,têmformatodediscoeestãolocalizadospertodabordaentreadermeeaepiderme,eàsvezesseestendemàepiderme.

DiscosdeMerkelsãoreceptoresparapressão,significandoquesãoativadosemáreas de sua pele que estão sendo pressionadas contra a cadeira em que estásentado, por exemplo. Se alguém sentasse em seu colo, os receptores da pelesobreosmúsculosdesuacoxaseriamrecrutados.

Esses receptores respondem à pressão relativamente constante sobre pequenasáreasdapele,dandoavocêapercepçãodaquantidadedeforçasendoexercidacontradiferentesáreasdasuapele.

CorpúsculosdeMeissnerOscorpúsculosdeMeissner, comoosdiscosdeMerkel, tambémrespondemàpressão,maspodem responder amudançasmais rápidasdepressãodoqueosdiscosdeMerkel,comoaquelasgeradasporforçasdecorte.Asensaçãoevocadaquando corpúsculos deMeissner são estimulados é normalmente chamada detremulação.

ComoosdiscosdeMerkel,oscorpúsculosdeMeissner tambémtêmpequenasáreas de sensibilidade, chamadas campos receptivos. Um campo receptivo detoqueéaáreadapeleque,quandomecanicamenteperturbada,ativaumreceptorsomatossensorialespecíficolá.Pequenoscamposreceptivosnormalmenteestãoassociados com receptores rasos (aquelespróximosouna epiderme), enquantoreceptores (profundosnaderme)normalmente têmgrandescampos receptivos.Pressionar qualquer ponto da pele a comprime mais profundamente do quesuperficialmente.

CorpúsculosdeRuffiniOscorpúsculosdeRuffinirespondemaoestiramentodapele(pensenamaneiracomo sua pele repuxa quando está sendo arrastada por uma superfície). Essesreceptores,quetêmumafunçãoimportantedeprotegerapeledesepartir, têmgrandescamposreceptivos.

CorpúsculosdePacini

OscorpúsculosdePacini,quetambémtêmcamposreceptivosgrandesetendemaestarbemfundonaderme,sãoosquerespondemmaisrápidodentretodososmecanorreceptoresdetoque.Elestêmumabainhademielinasimilaràbainhadaglia em volta dos axônios (veja o Capítulo 3). Entretanto, em corpúsculos dePacini, a funçãodabainhanãoépermitir queopotencial de açãopuledeumnódulo para o outro, mas sim permitir que o receptor responda a mudançasrápidasnapressão.AtravésdoscorpúsculosdePacini,vocêécapazdepercebervibrações.Sevocêarrastaraspontasdosdedosporumasuperfícieásperacomoumalixa,podeavaliarseuníveldeasperezagraçasaoscorpúsculosdePacini.

ComoosmecanorreceptoresfuncionamNeurônios somatossensoriais, cujas pontas formam os mecanorreceptoresdiscutidos, têm uma morfologia, ou estrutura, incomum. Essa morfologia écrucialparasuafunção.

Sua classificação morfológica é chamada pseudounipolar. Embora esse nomecomplicado não seja particularmente esclarecedor sobre sua função, acompreensão de sua estrutura explica alguns aspectos sobre como essesreceptores funcionam. A Figura 4-2 mostra um diagrama de um neurôniomecanorreceptorcomum.

FIGURA4-2:Ummecanorreceptor:dapeleàmedulaespinhal.©JohnWiley&Sons,Inc.

Oscorposcelularesdeneurôniosreceptoressomatossensoriaisparaamaioriadanossapele(abaixodacabeçaepescoço)estãolocalizadosemumasériedoqueéchamadodegânglios(concentraçõesdecorposcelularesneurais)imediatamente

foradaraizdorsaldamedulaespinhal.Elessãoentãochamadosdegângliosdaraizdorsal.Essesgânglioseosneurôniosqueelescontêmsãopartedosistemanervosoperiférico.

Oscorposcelularesdosneurôniossomatossensoriaisnãotêmdendritos,massimumúnico axônio, que sai do corpo celular e entãobifurca, ou separa emdoiscaminhos,aumacurtadistância.

Um fim do axônio entra na medula espinhal na raiz dorsal e faz sinapsesconvencionaiseminterneurôniosespinhais,permitindooreflexodeestiramentoe a retransmissão da informação somatossensorial para outros segmentos damedulaespinhal,subindoporelaatéocérebro.

Aparteinteressanteéqueooutrofinaldoaxôniovaiparalongedogângliodaraizdorsalemumfeixecomoutrosaxônioseacabanapele,ondeformaumdostiposdereceptoresdiscutidosnaseçãoanterior:discodeMerkel,corpúsculodeMeissner,corpúsculodeRuffinioucorpúsculodePacini.Osmecanorreceptoressão ativados diretamente quando uma força mecânica estimula um terminalaxonaldeumdessesneurônios.Essaativaçãoocorreatravésdeumcanaliônicoespecialquerespondeaoesticardamembrana(emumreceptorneurotransmissorcomum, a ativação é desencadeada por voltagemou ligação ao ligante).Eis oqueacontece:

1.Oesticarfazospotenciaisdeaçãocomeçaremnoterminalaxonaleentãocontinuarem emdireção ao corpo celularno gânglio da raiz dorsal (amaioria dos axônios conduz potenciais de ação para longe do corpocelular).

2.Opotencialdeaçãocontinuaalémdopontodebifurcaçãoaxonalpertodo corpo celular para a medula espinhal, onde alcança terminais doaxônioefazsinapsesconvencionaiseminterneurôniosespinhais.

3.Osinterneurôniosconectamoneurônioreceptoraosneurôniosmotoresparareflexosetambémenviammensagenssobreaativaçãodoreceptorparaoutrossegmentosdamedulaespinhalatéocérebro.

SentindotemperaturaedorTenhocertezadequevocêestácientedequepodedetectarmaisdoqueapenasváriostiposdepressãoemsuapele.Doisoutrossentidosdapelesãotemperatura

e dor. Esses receptores têm estruturas similares, ou, na verdade, falta deestrutura.Todososmecanorreceptoresdiscutidosnaseçãoanteriorconsistemdeumterminaldeaxôniocomreceptoresdecanaliônicoembutidosemalgumtipode estrutura, como um corpúsculo, disco ou bainha de mielina, que dão aoreceptor sua capacidade de resposta específica para diferentes frequências deestimulaçãomecânica.

Receptorespara temperaturaedorsãoparecidoscomterminaisdeaxôniosemqualqueroutraestruturaemsuavolta (vejaaFigura4-3).Elessãocomumentechamadosde terminaçõesnervosas livres.As terminaçõesnervosas livresparatemperatura têm canais iônicos que respondem a temperaturas específicas,enquantooutrasgerampotenciaisdeaçãoemrespostaà forçaextremanapeleououtrosestímulospotencialmentedanososquesãosentidoscomodor.Algunsreceptores—aquelestendooquechamamosdecanaisdereceptorestransientesdepotencial(TRP)—respondemaambos.

FIGURA4-3:Receptoresdeterminaçõesnervosaslivresparatemperaturaedor.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Diferentes receptores de temperatura respondem melhor a temperaturasespecíficas. Receptores de calor respondemmelhor a temperaturas específicasacimada temperaturacorporal (37°C),enquanto receptoresde frio respondemmelhor a temperaturas abaixo da temperatura corporal.Você julga uma amplagamade temperaturas (fresco,úmido, frio,gelado,morno,quente, eassimpordiante)aosentirataxaúnicadeativaçãodediferentesreceptoresativadosauma

temperaturaespecífica.

Entretanto,calore friooupressãonapeleextremosativamreceptoresque sãointerpretadoscomodor.Emboradiferentestiposdereceptoresdedorfuncionempormecanismosdiferentes,oqueelestêmemcomuméqueasensaçãodedorsinalizadanoiminenteàpele.Tambémexistemreceptoresdedorquerespondemadanosquímicosdeácidosoubaseseoutrostiposdedanos,comooscausadospor um corte. Para mais informação sobre dor, veja a seção mais adiante“EntendendoosAspectosComplexosdaDor”.

Sensaçõesdedoretemperaturatendemaserconduzidasporaxôniosdepequenocalibreemum tratodemedulaespinhal chamado tratoespinotalâmico lateral.Umcaminhomaismedialchamadotratolemniscalcarregainformaçõesdetoquerefinadoatravésdeaxôniosdegrandecalibrecomvelocidadesmaisrápidasdecondução.

Sentindoposiçãoemovimento:PropriocepçãoecinestesiaEmboranãolocalizadosnapele,receptoresmediandopropriocepção(sentidodeposição)ecinestesia(sentidodemovimento)sãoouterminaçõesnervosaslivresouestruturassimilaresaosmecanorreceptorescomocorpúsculosdeRuffini(vejaaFigura4-1)etêmdisposiçõessimilaresàdoscorposcelularesnosgângliosdaraizdorsal(vejaaFigura4-2).

Essesreceptoressãoembutidosnosmúsculos,tendõeseligamentosaoredordasarticulações. Os receptores nos músculos e tendões que têm respostasrelativamentecontínuaschamadosproprioceptoressinalizamaforçamusculareaposiçãodaarticulação.Receptoressimilarescomrespostasdevidamaiscurta,ou transiente, sinalizamquandoaarticulaçãoestásemovendo,permitindo-noster o sentido de movimento da cinestesia. Por exemplo, proprioceptorespermitem que você toque seu nariz com os olhos fechados. Receptorestransientescinestésicospermitemquevocêestiquesuamãorapidamenteeentãopare no lugar certo para agarrar uma bola arremessada. Tipos diferentes desentidos são às vezes referidos como modalidades sensoriais, seja em largaescala (como a visão versus o toque) ou dentro do toque (para sensaçãomecânicaversustemperatura).

ReceptoresdaPele,CircuitosEspinhaisLocaiseProjeçõesparaoCérebroReceptoresdapelepermitemquevocêrespondaacoisasqueentramemcontatocom sua pele para que fique atento ao que elas são. Asmensagens de toque,temperaturaedorqueessesreceptorescodificampassamparaoutrosneurôniosdentro do mesmo segmento da medula espinhal, assim como para outrossegmentospróximoseparaocérebro,ondeapercepçãoocorre.

SaídasdoreceptorsomatossensorialAsaídadamaioriadosreceptoressomatossensoriaisparticipadepelomenostrêstiposdiferentesdecircuitosneurais:

»Reflexoslocaissãoaquelesqueenvolvemprimariamenteacontraçãodeumúnicomúsculo,comoumreflexo.Porexemplo,obícepssecontraiquandovocêtocaemalgoquente.Ocircuitoparaessaaçãoconsistedosneurôniosnapontadosseusdedosquecontêmosensordetemperaturaparaocalor.Elescontactamosinterneurôniosdamedulaespinhalnaáreadaraizdorsal(vejaaFigura4-2),queativamosneurôniosmotoresnosmesmossegmentosespinhais,osquaiscausamacontraçãodemúsculosqueafastamseusdedos.

»Omovimentocoordenadoenvolveconexõesdereceptoresporinterneurôniosaoutrossegmentosdamedulaespinhal.Quandovocêjogaumabola,mecanorreceptoresnapeledamãotrabalhamcomreceptoresproprioceptivosecinestésicosassociadosaosmúsculosemseusdedos,mão,braçoeombro.Atéosmúsculosdasuapernaestãoenvolvidos.Atividadeslocomotorascomocaminhartambémexigemcoordenaçãoentresegmentosespinhaisparaquevocê,porexemplo,nãotentemoverumpéantesqueooutrotenhatocadoochão.Asaídadoreceptordequalquersegmentonamedulaespinhalpodeseprojetarparaoutrossegmentosparacima

ouparabaixovisandoaatividadecoordenadadeváriosmúsculos.

»Mensagensdereceptoresdapeletambémsãopassadasaocérebroparaquevocêfiqueconscientedelas.Hádoiscaminhosprincipais,olemniscaleoespinotalâmico.Amboslevamaonúcleoposteriorventraldotálamodoladoopostodocorpodosreceptoresdepele,seguindooprincípioquaseuniversaldequeoladodireitodocérebrolidaprincipalmentecomoladoesquerdodocorpoevice-versa.(Paramaissobreainteraçãoentreosladosdireitoeesquerdodocérebro,vejaoCapítulo2.)

Localizandoasensação:ÁreassensoriaiscorticaisespecializadasReflexos(comooreflexoespinhal,sobreoqualvocêpodelernobox“Chutandotudonoconsultóriomédico”)ocorrememumcircuitolocalmaisrápidodoquevocê consegue estar ciente dele.A consciência precisa esperar até que o sinalalcanceocérebro.Estaseçãodiscutecomoossinaisdapelevãoparaocérebro,para onde no cérebro vão e como a atividade cerebral está relacionada à suaconsciência de sensação da pele. Nesta seção dou também detalhes sobre oprocessamento neural em caminhos somatossensoriais (para lembrar sobre aorganizaçãoeoprocessamentodocérebro,váaoCapítulo2).

CHUTANDOTUDONOCONSULTÓRIOMÉDICOOreflexoespinhaléaunidademaiselementardocomportamentopeloqualumasensaçãocausaumaação.Emumexameneurológicopadrão,enquantovocêsenta,omédicousaumpequenomartelodeborrachatriangularparabaternoseutendãopatelarlogoabaixodapatela.Essabatidafazotendãoesticar.Esseesticarestimulaoqueaconteceriasevocêestivesseempéeseusjoelhoscomeçassemafalhar.Vocêtemummecanismoautomáticopeloqualasaídadosproprioceptoresnessetendãofazemosmúsculosdoquadrícepscontraireestenderojoelho.Quandovocêestásentado,essaaçãoresultanomovimentodechutar.Oexameentãotestaaintegridadedetodoocircuitodoreceptorsensorialàcontraçãomuscularetudooqueestiverenvolvido.

Aparte somatossensorial do tálamo (onúcleoventral posterior) projeta a umafaixa estreita do córtex imediatamente posterior ao sulco central (chamadocórtex somatossensorial primário), tornando-o a parte mais anterior do loboparietal(vejaaFigura4-4).

FIGURA4-4:Oloboparietal:aáreareceptorasomatossensorial.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Mapeandoosreceptoresdapeleemáreascerebraisespecíficas:Mapascorticais

Omapeamentodosreceptoresdapeleaumaáreaespecíficadoneocórtexilustraum dos princípios mais fundamentais da organização cerebral, os mapas

corticais.Aprojeçãodotálamoéordenadanosentidoemqueosreceptoresempartespróximasdapeleprojetamaneurônioscorticaispróximos.AFigura4-5mostraumarepresentaçãodomapadapelenocórtexsomatossensorial.

FIGURA4-5:Omapadapelenocórtexsomatossensorial.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Aideiafundamentalsobreumadadaáreadocórtexserdedicadaareceptoresemumadadaáreadapeleéadequeaatividadenessaáreadocórtexénecessáriapara a percepção do sentido da pele (junto a outras partes do cérebro). Nóspercebemosatividadenessapartedaáreadocórtexcomoumasensaçãonapelenãoporqueessaáreatemalgunsneurôniosespeciaisdepercepçãodepele,masporque recebe entradas da pele e tem saídas que conectam a memórias desensaçõesdepeleanterioreseoutrassensaçõesassociadas.Ouseja,apercepçãoproduzida pela atividade nessa e em outras áreas do córtex está relacionada a

qualentradaneuralvaiatéláeparaondeassaídasdessaáreadocórtexvão.

Omapa da pele no córtex é chamado de homúnculo, que significa “pequenohomem”.Noentanto,aáreadesuperfíciedocórtexsomatossensorialnaqualosreceptores de pele projetam não é realmente uma imagem em miniatura docorpo;émaiscomoumafaixa,comoestabelecidoemestudosdoneurocirurgiãocanadense Wilder Penfield. Devido à dificuldade de mapear uma superfícietridimensional em uma folha bidimensional (pense em como mapasbidimensionais da terra se comparamaos globos tridimensionais), a imagemédistorcida, dependendo das escolhas que o “cartógrafo” faz sobre o que érelativamentemais importante representar comprecisãoversus o que émenosimportante.

Note também que algumas áreas do corpo, como as mãos e os dedos, estãolocalizadasnomapadocórtexpertodeáreascomoo rosto,quesão realmentebem distantes em termos de corpo. Alguns pesquisadores sugerem que asensação de membro fantasma (incluindo dor) que às vezes ocorre depois deumaamputaçãopodeocorrerdevidoaprojeçõesneuraisdorostoqueinvademapartedocórtexqueestavasendoestimuladapelomembroecausamsensaçõespercebidascomoestandolocalizadaslá,mesmoqueomembrojánãoesteja.

Densidadesdereceptores

Áreasiguaisdapelenãomapeiamáreasiguaisdocórtexporqueáreasdiferentesdapele têmdiferentesdensidadesde receptores.Apelenapontadodedo,porexemplo, temmuitomais receptoresporáreadoqueamesmaáreanapeledoabdômen ou das costas. A maior densidade de receptores na ponta do dedopermite discriminação de dois pontos refinada, que é a distância pela qual sepodedistinguirumúnicopontopressionandoapeleemdoispontospróximos.Adistânciaédemilímetrosnapontadosdedos,lábiosetesta,porexemplo,masdecentímetros no estômago, nas costas e nas pernas. Você precisa de alta

discriminação de dois pontos na ponta dos dedos paramanipular objetos comprecisãoenapeledoseurostoparafazerexpressõesfaciaisprecisas.

Umadadaáreadocórtexprocessaentradasdecercadomesmonúmeroabsolutodereceptores,paraqueáreasdapelecomaltadensidadedereceptores,comoaponta dos dedos, obtenhamproporcionalmentemais área cortical comparada àárea da pele do que áreas com baixa densidade de receptores. Você podeobservar a Figura 4-5 e ver onde a densidade de receptores de pele érelativamentealtaoubaixa.

Receptores proprioceptivos e cinestésicos nos músculos e nas articulaçõestambém projetam ao cerebelo através do caminho cerebelar espinhal. Essecaminhoéessencialparaaprendereimplementaroperaçõesmotorascomplexascomoarremessarumaboladebeisebol.

EntendendoosAspectosComplexosdaDorEmboraador,comooutrassensaçõesdapele,sejanormalmenteassociadaaalgoacontecendoemalgumaparteespecíficadoseucorposobreaqualprecisafazeralgo, também tem outras causas e efeitos. A dor pode produzir mudançasduradourasnohumorepodesurgirdecausasquenãosãopercebidasenembemlocalizadas,incluindodepressãonãoassociadaaumafontefísica.Alémdomais,diferentedomapasomatossensorialmecanorreceptortopográfico,masdistorcidonocórtexparietalanterior(vejaaFigura4-5),nãoexistemapaparecidoparaador.Emboravocêpossalocalizaradoremalgumapartedesuapele,apercepçãoda dor tem um efeito mais geral no humor, similar à dor que não pode serlocalizada. Os caminhos da dor ao sistema nervoso central são difusos, têmmúltiplas causas (multimodal) e impactam o humor geral frequentemente demaneirasbemduradouras.

A dor não só afeta o humor em geral, mas também vai para o outro lado: ohumorpodeafetarasensaçãodedor.Oestadomentaleaatitudedeumapessoapodem fazê-la ignorar ou até nem sentir dor, enquanto a ansiedade podeintensificaradorassociadaaqualquerestímulofísicoespecífico.

Reduzindo—ouignorando—ador

Por milhares de anos as pessoas estiveram cientes de que é possível atenuarcognitivamente a sensação de dor. Pense nos soldados ignorando ferimentossignificantes, yogis deitados em camas de pregos e sujeitos ignorando a dordepois da hipnose. Também foram descobertas drogas que especificamentereduzem a dor sem causar perda de consciência ou outras sensações. Muitosdessesfenômenossurgemporqueosistemadedornocérebrousaumconjuntoespecíficodeneurotransmissores.

NeurotransmissoresquereduzemoubloqueiamadorEis um mistério que intrigou pesquisadores por muito tempo: por que umasubstância produzida por uma planta de papoula (morfina) alivia a dor? Amaioriadasdrogaspsicoativas imitaaaçãodeneurotransmissoresconhecidos,mas até algumas décadas atrás não havia neurotransmissor conhecido quemediasseosefeitosgeraisdador.

Isso tudo mudou com a descoberta dos opioides endógenos (opioidesdesenvolvidosnaturalmentedentrodocorpo).Dessassubstânciasparecidascommorfina,asmaiscomunssãoasendorfinas(umtermoqueéumaabreviaçãodemorfinas endógenas). Situações comuns em que as endorfinas são produzidasincluemopartoecorrerosúltimosquilômetrosdeumamaratona.

Opiáceoscomoamorfinaeaheroínareduzemasensaçãodedorporqueimitama ação de substâncias que o corpo produz sozinho para controlar a dor. Essasdrogas cegam esses mesmos receptores e, em baixas doses, produzem efeitossimilares.Entretanto,quandoinjetadasemdosesaltas,produzemoopostodador—uma“embriaguez”—esãoviciantes.Adroganaloxonaantagonizaosefeitosdessesopioides e é frequentementedada aviciadospara reverter os efeitosdaheroínaqueelesinjetaram.

Aexistênciadasendorfinas tambémexplicaoutromistériodagestãodador,oefeito placebo, que ocorre quando pacientes recebem uma substância que nãotem potencial bloqueador da dor, mas, como acreditam que receberam umremédiorealquealiviaráador,achamqueadorrealmentefoialiviada.

Emboraoefeitoplacebosejarobustoecomum,aquelesnacomunidademédicatendemarejeitá-locomosendo“psicológico”,ouseja,nãobaseadoemqualquerbase fisiologicamente demonstrável ou quantificável. Entretanto, parece que adroganaloxonanãosóreduzosefeitosdeopioides,mastambémreduzoefeitoplacebo.Issosignificaqueoefeitoplacebonãoésópsicológico;elerealmentetemumcomponentefisiológico,envolvendoaestimulaçãocognitiva,dacrença,

da produção interna de endorfina do corpo, que, objetiva emensuravelmente,reduzadorligandoosreceptoresdeendorfina.

Usandoadistraçãoparaaliviarador:AteoriadoportãoOutromistériosobreasensaçãodadoréqueelaéfrequentementereduzidapordistração cognitiva. Existem vários casos bem documentados de pessoasresistindo a alguma situação de sobrevivência apesar de estarem seriamenteferidas e nem perceber. Uma hipótese apresentada para explicar esse efeito échamadadeteoriadoportãodeMelzackeWall,outeoriadoportãodador.

De acordo com a teoria do portão, mensagens de receptores de dor na pelemisturam-se dentro do sistema nervoso central com mensagens demecanorreceptores comuns. A operação do circuito neural é tal que, quandoapenas receptores de dor são ativados, eles passam pelo portão na medulaespinhal e alcançam o cérebro. Entretanto, se outrosmecanorreceptores foremsuficientemente ativados, até em outras partes do corpo, podem bloquear oportãoneuralesuprimirosinaldedoraocérebro.Aoqueparece,atéaatividadecognitiva pode ser suficientemente distrativa para fechar o portão de dor naespinhaaltaouatéemníveiscerebrais.

Livrededoreodiandoisso:NeuropatiaperiféricaNasseçõesanterioresdiscutiváriasmaneiraspelasquaisasensaçãodedorpodeser reduzida, incluindo a produção de endorfinas do próprio corpo. Muitaspessoasquestionamporquetemosqualquersensaçãodedor.Sentirdoré,bem,dolorido.Nãoseriamelhorsepudéssemoseliminarador?

Arespostadaperguntaseficaríamosmelhorsemasensaçãodedoréumsonoronão.Sabemosdissoporqueessasituaçãoocorreemalgumaspessoas.Umadelaséumacondiçãochamadaneuropatiaperiférica,naqualmuitosneurônioscomoreceptores de dor no sistema nervoso periférico morrem ou ficam inativosdevido,porexemplo,aproblemasvascularesassociadosàdiabetes.Aperdadasensação de dor em partes do corpo também pode ser o resultado de certosderramesetiposdedanoscerebrais.

Pessoas com neuropatia periférica tendem a se machucar sem saber: elas sequeimam cozinhando, quebram ossos durante atividades rotineiras e

desenvolvemlesõesdepeleassintomáticasquesãoignoradasatéquesetorneminfecçõessérias.Asensaçãodedorénecessáriaparaprevenirdanosaocorpo.Aperdadesensaçãoemummembroétãodebilitantequepessoascomneuropatiaperiféricasensorialficamefetivamenteparalisadasnaquelemembro,recusando-seausá–lomesmoseocircuitodeneurôniosmotoresestiverintacto.

DorcrônicaediferençasindividuaisempercepçãodedorEmbora a dor seja uma função necessária para prevenir danos ao corpo, emalgunscasosaprópriador se tornadebilitante.Adorcrônicapodeocorreremdoenças como o câncer, no qual a função da dor— que o força a descansar,protegerounãousaralgumapartemachucadadocorpoatéquesejacurada—setorna simplesmente inadequada, uma vez que a destruição que ocorre nessescasosestáportodoocorpoenãopodesercuradacomdescanso.Adortambémpode surgir de fatores psicológicos ou de fatores que não podem sermedicamente identificados e são presumidos como sendo psicológicos.Exemplosincluemalgunstiposdedorcrônicaedepressão.

A dor de fontesmedicamente identificadas e a dor psicológica (ou cognitiva)parecemativarumaáreadocérebrochamadacórtexcinguladoanterior,queéaporçãoanterioraumaáreadomesocórtex,logoacimadocorpocaloso.(VejaoCapítulo2paraumadiscussãosobreasdiferentesáreasdocérebro;parasabermaissobreodesenvolvimentoefunçãodomesocórtex,vejaoCapítulo12.)

O cingulado anterior parece ser um centro de monitoramento cortical de altonível. Ele tende a ser ativado pela dor, antecipação de dor e fracasso ematividades de busca de metas. Sua função parece ser decidir entre realizardiferentes estratégias em resposta à experiência. Em menor escala, depois decolocar suamão em uma boca de fogão quente, isso pode deixá-lo cautelosoquandoestiverpertodeumfogão.Emmaiorescala,serrepreendidonotrabalhoporenviarume-mailhostilpodefazê-loficarcautelosoemfazerissodenovo.

Existem diferenças individuais consideráveis a respeito da tolerância à dor,assim como podem haver diferenças na tolerância a diferentes situações para

umapessoaespecífica.Relata-sequehomenssãomenostolerantesàdorcrônicadoquemulheres,emborapossamsermais tolerantesàdoraguda.Atolerânciadadorgeralmenteaumentacoma idade,baseadoemtestesde tolerânciaàdorcomootempototalquealguémconsegueaguentaraoficarcomobraçoimersoemáguagelada.Nãoéclaroseoaumentodatolerânciacomaidadeébaseadoemfatorespsicológicosoufísicos.Treinamentoatléticoefortemotivaçãoparaobter algumobjetivo pode reduzir significativamente os efeitos debilitantes dador.

Sugestões de que diferentes culturas ou grupos étnicos têm limitesintrinsecamentediferentesdedor—ouseja,háumadiferençafisiológicaentreculturassobreatolerânciaàdor—quasesempreforammostradascomosendooefeito de em que ponto o estímulo percebido é relatado como doloroso ouinsuportavelmente doloroso, não se a dor em si é percebida. Culturas queencorajamaexpressãodeemoçõesemgeraltendemaserassociadasàtolerânciamaisbaixaàdor.

C

Capítulo5ObservandoaVisão

NESTECAPÍTULO

Opapelqueoolhoeseuscomponentestêmnavisão

Examinandooscentrosdevisãodocérebro

Observandocomovemoscor,profundidadeeformas

Descobrindoascausasdedeficiênciavisualeossegredosportrásdasilusõesóticas

omovocêvê?Amaioriadaspessoasachaque,quandoolhamosparaascoisas, a luz vinda delas entra nos olhos, que enviam uma imagem,

parecida com a de uma câmera, do que estamos olhando para o cérebro. Noentanto,aprópriaretinaéumaextensãodocérebroe jámodificaessa imagemquerecebe,aqualseráaindamaismodificadapelorestantedocérebro.

Avisãoocorrequandofotorreceptoresda retinacapturamfótonsea retinaeocérebrorealizamumaanálisecomplexadessainformação.Aentradavisualquealcançaaconsciênciaéprocessadaemcaminhosparalelosatravésdaretina,dotálamo e do lobo occipital do córtex. Cerca de outros 15 caminhos visuaisprocessam entradas inconscientemente para fazer coisas como controlar odiâmetrodapupilaeosritmoscircadianos.Classesespecíficasdecélulasneuraisnaretinasentemdiferentesaspectosdaimagemvisual,comoascorespresentes,seacoisaestáemmovimentoealocalizaçãodasbordas.Essesneurôniosagemcomopequenosagentesque“gritam”apresençadessascaracterísticasparaquevocêpossareconhecerobjetosedeterminaradistânciadelesdevocê.

Este capítulo trata dos agentes celulares envolvidos na visão. No início dosistemavisual,essesagentessãobemsimplesereagemaqualidadescomocore

intensidade.Maisaltonosistemaelessetornammuitosofisticadoseseletivos,alguns respondendo apenas a certos rostos. Esta é a história deles. Ah — edepoisdeterestudadotodoessecircuitoneuraldeprocessamentovisual,pensenofatodequepessoascegas,semqualquerentradadosolhos,aindasãocapazesdevisualizar.

OsOlhosVencem:UmaOlhadaRápidaemseusOlhosVocêpodeterouvidoqueoolhoécomoumacâmera.ComomostraaFigura5-1,essacomparaçãovemdofatodequeoolhoevoluiutecidosqueagemcomooselementosóticosdeumacâmera,asaber,aslentes,queatuamcomoaslentesdacâmera, e a pupila, a abertura pela qual a luz entra, que funciona como oobturadordacâmera.

FIGURA5-1:Luzentrandonoolho.IlustraçãoporFrankAmthor

Quando a luz entra no olho, a córnea, que é a camada claramais externa nafrentedoolho,fazoprimeirofoco,eentãoas lentesoucristalinofocamaindamais, e a pupila, localizada entre a córnea e as lentes ou cristalino, abrem efechamparadeixarmaisoumenosluzentrar,comooobturadordeumacâmera.

A imagem formada pela córnea, cristalino e pupila é projetada na retina, orevestimento neural dentro do olho. É na retina que a ação real da visãoacontece.Asseçõesseguintesesboçamoqueaconteceaessaimagemumavezquealcançaaretina.

Emboravocêpossa acharqueo cristalinodoolho funcionecomoas lentesdacâmera,nãoébemassim.Naverdade,acórnea,queéainterfaceentreoareotecido,éresponsávelporcercade70%dofoco.Aslentesoucristalinodoolho,sendo levemente mais densas do que o tecido ao redor, ficam com os 30%restantes. Elas mudam de forma para ajustar o foco para objetos próximos edistantes,umprocessochamadoacomodação.

Aretina:ConvertendofótonsemsinaiselétricosAs menores unidades de luz são chamadas fótons. Quando eles alcançam aretina, são absorvidos pelos fotorreceptores, células neurais especializadas naretina que convertem luz em corrente elétrica que modula a liberação de umneurotransmissor (glutamato). Todo esse processo— de fótons para correnteelétricaàliberaçãodeneurotransmissor—échamadodefototransdução.

Existemdoistiposprincipaisdefotorreceptores:

»Bastonetes,quetrabalhamemluzmuitofracaparavisãonoturna.»Cones,quefuncionamapenasnaluzdodia.Humanostêmtrêstiposdiferentesdeconesquenospermitempercebercores.

Ànoite,quandoapenasnossosbastonetesabsorvemfótonssuficientesparagerarsinais, vocênão temvisãode cor porqueo sinal de umbastonete não contéminformaçãosobreocomprimentodeondadofótonabsorvido.Duranteodia,noentanto, três diferentes tipos de cones estão ativos (vermelho, verde e azul).Individualmente,oscones tambémnãosinalizamcomprimentodeonda,masocérebropodededuzi-lodataxadeatividadedosdiferentescones.Emluzmuitoazul, por exemplo, os cones azuis são relativamente mais ativados do que os

verdesevermelhos.

Comovocêtemtrêstiposdecones,asimulaçãodacornatelevisãoeemtelasdecomputadoresrequertrêsdiferentesemissoresdeluzcolorida:vermelho,verdeeazul. Se você tivesse apenas dois cones, comomuitos outros animais, as telaspoderiam terdoisemissoresdiferentes.Sehumanos,comoospeixes, tivessemquatrocones,umaTVcomapenastrêsemissoresdeluzcoloridanãoconseguiriasimular a cor precisamente, assim como uma impressora comum cartucho detintavazionãoconseguereproduzirtodasascores.

Capturandofótons:LuzefototransduçãoQuandoumfotorreceptorabsorveumfótondeluz,ocorremvárioseventosqueresultamemumamensagemsendoenviadaaoutrosneurôniosnaretina:

1.Ocorreumareaçãoquímica.A molécula rodopsina (nos bastonetes; existem moléculas similares noscones), que absorve fótons, começa de maneira dobrada, chamada 11-cis-retinal.Quandoabsorveumfótondeluz,umaligaçãomolecularnomeiodo11-cis-retinal passa de uma configuração dobrada para lisa, convertendo-aparaoqueéchamadodetrans-retinal.

Otrans-retinaléumestereoisômerodo11-cis-retinal,quesignificaquetemamesmacomposiçãoquímica,masumaestruturadiferente.

2.Otrans-retinalreduzaconcentraçãodeGMPcíclico(GMPc).

GMPc é um mensageiro intracelular dentro do fotorreceptor que mantém

canaisiônicosdespolarizantesnamembranacelularaberta.

Esses canais iônicos despolarizantes são como os canais de receptoresmetabotrópicos(vejaoCapítulo3),excetopelofatodequesãoativadospelaabsorção da luz, em vez de por um neurotransmissor ligando-se a umreceptor. Quando a luz reduz a concentração interna de GMPc nofotorreceptor,reduzonúmerodessescanaisquesãoabertospormeiodeumsegundomensageiroemcascata,hiperpolarizandooreceptor.

Em todososvertebrados (animaiscomespinhadorsal, comohumanos),osfotorreceptores hiperpolarizam à luz por um mecanismo similar, usandofotoquímica similar. Alguns não vertebrados, como a cirripedia e as lulas,têmfotorreceptoresqueusamfotoquímicadiferenteparadespolarizaràluz.

3.A hiperpolarização do fotorreceptor faz com que a estrutura em suabase, chamada pedículo, libere menos glutamato, o neurotransmissorfotorreceptor.

Opedículodofotorreceptorémuitosimilaraoterminalaxônioconvencional,exceto que, em vez de potenciais de ação individuais liberando lufadas deneurotransmissor,aabsorçãodaluzmodulacontinuamentesualiberação.

4.Amodulaçãodaliberaçãodoglutamatoconduzoutrascélulasnaretina.As saídas dos fotorreceptores conduzem dois tipos principais de célulaschamadasbipolarehorizontal.Elassãodiscutidasnapróximaseção.

Fotorreceptoresnãoenviamumaimagemdomundodiretamenteaocérebro,masse comunicam com outros neurônios retinais que extraem informaçõesespecíficas sobre a imagem a ser enviada a centros cerebrais superiores. Asseçõesseguintesexploramessacomunicação.

EnviandoamensagemaocérebroPor que o olho não envia o sinal elétrico de todos os fotorreceptores de

bastoneteseconesdiretamenteaocérebro?Aprincipalrazãoéquehábemmaisde 100 milhões de bastonetes e cones, mas apenas um milhão de linhas detransmissão de axônios disponíveis para ir ao cérebro (veja oCapítulo 3 parasaber mais sobre axônios). E pior, essas linhas de transmissão funcionamenviando alguns potenciais de ação por segundo pelo axônio, limitando aindamaisqualinformaçãocadalinhapodeenviar.

A retina contorna essas limitações de capacidade de transmissão de algumasmaneirasinteressantes,comomostroaseguir.

Aideiaequivocadamaiscomumsobrearetinaéadequeelaenviaalgumtipode imagem bruta ao cérebro.Na verdade, a retina processa a imagem e enviainformaçõesextraídasdelaapelomenos15áreascerebraisdiferentesporpelomenos20caminhosparalelos.

MaisfotorreceptoresnocentrodoolhoA retina tem mais fotorreceptores e outras células retinais no centro do olho(chamado fóvea; veja a Figura 5-1) do que na periferia. Você nota coisasacontecendoemsuaperiferia,masparaidentificaralgoclaramente,precisaolhardiretamenteparaelaparacolocaraimagemnafóveadealtaresolução.

ModulandorespostasemtornodoníveldeluzmédiaA retina usa adaptação pela qual os fotorreceptores respondem brevementesemprequeoníveldeluzmuda,masentãoseacomodamereduzemsuasaídadepoisdealgunssegundos.Aadaptaçãoeconomizaenergiaepulsos,eascélulasnão precisam continuar dizendo ao cérebro: “Sim, o nível de luz continua omesmoqueháalgunssegundos”.Osfotorreceptoresmudamsuasdinâmicasparaquesualiberaçãodeneurotransmissoresbasaismodulesuasrespostasemtornodoníveldeluzatual.Essetipodeadaptaçãotemporalocorreemfotorreceptoreseoutrosneurôniosretinais.

MinimizandoinformaçõespeloespaçoAadaptaçãoocorredeoutramaneiranaretina(enocérebro)via interaçõesdecircuitos neurais. Esse tipo de adaptaçãominimiza a informação pelo espaço.Umprocessochamadoinibiçãolateralreduzaquantidadedeinformaçãoqueétransmitida para o cérebro porque fotorreceptores e outros neurônios retinaiscomunicamadiferençaentrealuzondeestãoeaáreaaoredor,emvezdonívelabsolutodeluzquerecebem.Aspróximasseçõesexplicamoscircuitosneurais

naretinaquepossibilitamainibiçãolateral.

Processandosinaisdosfotorreceptores:CélulashorizontaisebipolaresDepoisdaadaptaçãotemporal,ainibiçãolateraléoutramaneiraqueseusistemanervosotemdesuperaraslimitaçõesdequantainformaçãopodesertransmitidadaretinaparaocérebro.Nainibiçãolateral,osfotorreceptoresnãotransmitemonívelabsolutodeluzquerecebem,mascomunicamadiferençaentrealuzquerecebemealuzaoredor.Estaseçãoexplicaoscircuitosneuraisquepossibilitamainibiçãolateral.

Fotorreceptores se conectam a duas classes de células neurais retinais:horizontais e bipolares (veja a Figura 5-2). As células horizontais medeiam ainibição lateral, e as bipolares passam o sinal do fotorreceptor, que foimodificadopelascélulashorizontais,emdireçãoàpróximacamadaretinal,queentão projeta ao cérebro. As próximas seções explicam como esse processofunciona.

FIGURA5-2:Fotorreceptoresseconectamacélulasbipolaresehorizontais.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Passo1:Reduzindosinaisredundantes(célulashorizontaiseinibiçãolateral)Suponhaquevocêestejavendoumaplacadepare.Vocênãoprecisaquetodasascélulasrespondamadiferentespartesdaplacapararelatarcomaltaprecisãoque exatamente o mesmo tom de vermelho ocorre por toda a placa. A retinapodeevitarenviarinformaçãoespacialredundanteporqueainibiçãolateralusacélulas horizontais para permitir que fotorreceptores comuniquem a diferençaentrealuzquerecebemealuzaoredor.

Eis como isso funciona: as células horizontais recebem excitação dosfotorreceptoresaoredoresubtraemumaporcentagemdessaexcitaçãodasaídado fotorreceptor central. Isso permite que cada fotorreceptor relate a diferençaentre a intensidade da luz e a cor que recebe e a intensidade média e a corpróxima. O fotorreceptor pode, então, sinalizar pequenas diferenças emintensidade ou cor dessas áreas próximas. Esses sinais altamente precisos vãoparaaspróximascélulas,asbipolares.

Passo2:ÀscélulasbipolareseàspróximascamadasdeprocessamentoOs sinais dos fotorreceptores modificados pelas células horizontais são entãoenviadosàscélulasbipolares(vejaaFigura5-2),quecarregamessessinaisparaapróximacamadadeprocessamentoretinal.Ascélulasbipolaresvêmemduasvariedadesprincipais:

»Célulasbipolaresdespolarizantes,quesãoexcitadasporáreasdeluzdaimagem.

»Célulasbipolareshiperpolarizantes,quesãoexcitadasporáreasescuras.

Como células bipolares despolarizantes e hiperpolarizantes têm respostasopostasàluz?Ambosostiposrecebemglutamatodosfotorreceptores,mascada

uma temum receptor diferente para o glutamato.O receptor de glutamato emcélulasbipolaresdespolarizanteséumreceptormetabotrópicoexcepcionalmenterápido que é inibitório. Como mencionado antes, fotorreceptores sãohiperpolarizados pela luz para que, quando iluminados, liberem menosglutamato. Essa redução de glutamato é uma redução da inibição das célulasbipolares despolarizantes (ou seja, desinibição = mais excitação). Célulasbipolares hiperpolarizantes, por sua vez, têm receptores de glutamato querespondemdemaneiraconvencional,ouseja,areduçãodoglutamatoresultaemmenosexcitação.Célulasbipolareshiperpolarizantessãoexcitadaspeloescuroeinibidaspelaluz.

Comomencionado,célulasbipolarescarregamosinalparaafrente,emdireçãoàpróxima camada de processamento retinal antes do cérebro. Nessa segundacamadaretinalsináptica,ascélulasbipolaresseconectama(fazemsinapseem)doistiposdecélulaspós-sinápticas:

»Célulasganglionaresdaretina:Essascélulasenviamasaídafinaldaretinaparaocérebro.

»Célulasamácrinas:Essascélulasmedeiaminteraçõeslaterais,semelhanteaoqueascélulashorizontaisfazemcomosfotorreceptores(vejaaseçãoanterior).

Eu trato esses tipos de células emmais detalhes na próxima seção. (Continuecomigopelapróximaseção:estamosquasenocérebro!)

Enviandoeformatandoamensagem:CélulasganglionareseamácrinasA imagemvisual que os fotorreceptores captame que as células horizontais ebipolares modificam é recebida por outro grupo de neurônios, as célulasganglionares retinais, onde ocorre outro conjunto de interações laterais,mediadasporcélulasamácrinas.

Célulasganglionaressãoasaídadaretina.Pensenelascomoterminaisdetrens:ainformaçãodoolhoestáfinalmenteabordoeprontaparaaviagemaocérebro

com destino a pelo menos 15 zonas receptoras da retina no cérebro. Por quetantas zonas receptoras, e exatamente que tipo de informação cada uma dá aocérebro?Vejaaseguir.

ConvertendosinaisanalógicosparadigitaisparapercorreradistânciaComo explico nas seções anteriores, as conexões dentro da retina são entrecélulasaumadistânciamuitoinferioraummilímetroumasdasoutras.Masasmensagens indo do seu olho ao cérebro têm que viajar muitos centímetros.Algunscentímetrospodemnãoparecermuitoparavocê,masparaumacélulaéumamaratona!Viajaressadistânciaexigeaxôniosqueconduzempotenciaisdeação, pelos quais células ganglionares convertem sua célula bipolar analógicaemcódigodepulsodigitalparatransmissãoparaocérebro.(VejaoCapítulo3paraumadiscussãosobrepotenciaisdeação.)

DesmembrandoemtiposeclassesdecélulasganglionaresCélulasbipolaresdespolarizantes,que sãoexcitadaspela luz, sãoconectadasacélulas ganglionares correspondentes chamadas oncenter. As células bipolareshiperpolarizantes, que são inibidas pela luz (mas excitadas pelo escuro), sãoconectadasacélulasganglionarescorrespondenteschamadasoff-center.

Além de realizar outras funções, células amácrinasmodulam sinais de célulasbipolares para células ganglionares quase da mesma forma que célulashorizontais modulam sinais de fotorreceptores antes de enviá-los a célulasbipolares. Ou seja, células amácrinas conduzem sinais inibitórios de célulasbipolaresaoredorparaquecélulasganglionaresrespondamàdiferençaentreailuminação nessa área e na área ao redor, em vez do nível absoluto deiluminação(comocodificadoporsuasentradasdecélulasbipolares).Essaaçãoreduzaquantidadedeinformaçãoredundantequedevesertransmitidaaolongode números limitados de linhas de transmissão de axônios de célulasganglionares.

Apesardessasimilaridadeentreafunçãodecélulasamácrinasehorizontais,asamácrinas vêm em mais variedades e são mais complicadas do que ashorizontais. Como resultado, as mesmas entradas de células bipolares criamdiferentesclassesdecélulasganglionares.Asduasclassesmais importantesdecélulasganglionaressão:

»Parvocelular(célulaspequenas):Seletivasparacoredetalhes.

»Magnocelular(célulasgrandes):Seletivasparamovimentoebaixocontraste.

Célulasganglionaresparvocelularessão,delonge,ascélulasganglionaresmaisnumerosasnaretina.Ambasasclassestêmvariedadesoncentereoff-center.

Outrostiposdecélulasamácrinasproduzemclassesdecélulasganglionaresquerespondem apenas a características específicas da entrada visual e projetam aáreas específicas do cérebro. Por exemplo, algumas células ganglionaresrespondemapenasamovimentosemumacertadireçãoeajudamvocêarastrearobjetos emmovimento oumanter seu equilíbrio. Outras sentem apenas certascores,ajudando-oadiferenciarfrutasverdesdemadurasousinaisvermelhosdeverdes.Outrasaindaindicamapresençadebordasnacena.

Célulasganglionaresrelatamcaracterísticasespecíficasdaspalavrasvisuais“rioacima” para que a retina não precise enviar uma quantidade enorme deinformaçãode“pixels”milissegundopormilissegundoparaseucérebro.

DosOlhosaosCentrosdeVisãodoCérebroA seção anterior explora como a retina converte luz em pulsos de célulaganglionar,quesinalizacoisasdiferentes sobrea imagemvisual.Essespulsos,chamados potenciais de ação, podem viajar as distâncias de centímetros aocérebropelosaxôniosdecélulasganglionares.Nestaseçãofinalmentechegoaocentro da questão (substância cinza) e discuto para onde esses pulsos vão nocérebroeoqueacontecedepoisquechegamlá.

Destino:TálamoAprincipalsaídadaretinaéparaumaáreadocérebrochamadatálamo(vejaoCapítulo2paraumadescriçãogeral).Asub-regiãovisualdotálamoéchamada

de núcleo geniculado lateral dorsal (NGLd). Ambas as classes celularesganglionares,aparvocelulareamagnocelular,projetamparaoNGLd—vejaaseçãoanterior“Desmembrandoemtiposeclassesdecélulasganglionares”.

AFigura5-3mostraqueumfeixedeaxôniossaidecadaolhoequedoisfeixesse juntamalgunscentímetrosdepois.Essesfeixesdeaxôniossãochamadosdenervos óticos (o termo nervo é um termo geral para um feixe de axônios).Oponto de junção onde os nervos óticos se encontram é chamado de quiasmaótico,quesignifica“cruzamentoótico”.

FIGURA5-3:Otálamoeoneocórtex.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Cruzandoparaooutrolado:Aclassificaçãoesquerda-direitadeimagensAlgomuito interessanteacontecenoquiasmaótico.Algunsaxôniosdecélulasganglionares de cada olho cruzam no quiasma e vão para o outro lado docérebro,ealgunsnão.Quaiscruzamequaisnão,vocêdevepensar,eporquê?

ObserveatentamenteoolhodireitonaFigura5-3.Apartedaretinadireitamaispróxima do nariz (a retina nasal) recebe imagens do mundo do lado direito(campovisualdireito),enquantoapartedaretinadireitamaisdistantedonariz(aretinatemporal)recebeentradadoladoesquerdodomundo.Noolhoesquerdo,ocampovisualdireitoficanaretinatemporal.Oqueacontecenoquiasmaóticoéqueosaxôniosseclassificamparaquea informaçãorecebidadocampovisualdireito seja enviada ao lado esquerdo do cérebro, enquanto o lado direito docérebrorecebeentradasdoladoesquerdodoespaçovisual(queoladoesquerdodocérebrolidacomoladodireitodeveserumtemafamiliaragora).

Essa classificação esquerda-direita ocorre porque os axônios das célulasganglionares retinais nasais (que veem omundo visual domesmo lado que oolho)cruzamnoquiasmaóticoevãoparaoladoopostodocérebro,enquantoosaxôniosdecélulasganglionaresretinaistemporaisnão.

Então os nervos depois do quiasma ótico têm axônios diferentes dos nervosóticosindoparaoquiasma;elestambémtêmumnomediferente:tratosóticos.Otratoóticoesquerdotemaxôniosdeambososolhosqueveemocampovisualdireito,enquantootratoóticodireitotemaxôniosdeambososolhosqueveemocampo visual esquerdo. Isso significa que há células no córtex que sãoconduzidas pela mesma localização de campo visual nos dois olhos, além docórtexvisualesquerdolidandocomocampovisualdireitoevice-versa.

ObservandoosinalvisualnotálamoOqueacontececomo sinalvisualno tálamo?Vinteanosatrás, amaioriadospesquisadores responderia muito pouco porque os axônios de célulasganglionares fazem sinapse em células no tálamo que têm propriedades deresposta muito similares a suas entradas de células ganglionares. Cada célulatalâmica de retransmissão recebe entrada de uma ou algumas células

ganglionaressimilareseentãoprojetanocórtexvisual;porisso,neurôniosNGLsão também chamados de células retransmissoras. Por exemplo, algumascamadas do NGLd recebem entradas de quaisquer células ganglionaresparvocelulares, e dentro dessas camadas, células ganglionares parvocelularesoncenterconduzemcélulasderetransmissãodotipoparvocelularesoncenter.Demaneirasimilar,célulasganglionaresparvocelularesoff-centerconduzemcélulasde retransmissãoparvocelularesoff-center.Existeumasituaçãocorrespondentepara células de retransmissão magnocelulares off-center em outras camadasNGL.

Por que as células ganglionares param essas retransmissões? É por que osaxônios das células ganglionares simplesmente não conseguem crescer osuficiente?Essaexplicaçãopareceimprovável,porquetodososmamíferostêmessa retransmissão através do tálamo, apesar das grandes diferenças emtamanhos cerebrais (considere as distâncias envolvidas no cérebro de umelefante e as de um rato).A explicaçãomais provável é a de que, embora ascélulasderetransmissãonotálamopareçamresponderdeformamuitosimilaràssuasentradasdecélulasganglionaresparvocelularesoumagnocelulares,outrasentradas para o NGLd de outras partes do cérebro permitem funções depropagação associadas com a atenção. (Uma função de ativação é umamodulaçãodaforçadasrespostasdeumneurônioaqualquerestímuloespecíficobaseadoemseucontextodeimportância.)

Comoa atençãousauma funçãodepropagaçãono tálamo? Imaginequevocêencontraráalguémquenuncaviuanteselhefalaramqueessapessoausaráumablusavermelha.Enquantovocêprocuranamultidão,orienta-seebuscapessoasusando vermelho. Essa tarefa é realizada em vários lugares no seu sistemavisual, incluindo seu tálamo, porque as células que respondem a coisasvermelhas em seu tálamo têm suas respostas melhoradas por sua atenção. Sevocêrecebesseumamensagemdequeapessoatirouablusavermelhaporqueoaviãoestavamuitoquenteequeestáusandoumacamisetaverde,poderiamudarsua atenção para verde, com saídas melhoradas de células respondendo paraverde.

Ascélulasderetransmissãotalâmicas,porsuavez,enviamseusaxôniosparaaáreavisualdoneocórtexnapartedetrásdacabeça,chamadalobooccipital(vejao Capítulo 2). Esse trato de fibras de axônios é chamado de radiação óticadevidoàaparênciadosaxônios“espalhando-se”apartirdeumfeixe.Eudiscutoprocessamento cortical em seções posteriores começando com “Do tálamo aolobooccipital”.

OutrosdestinosAlgumas células ganglionares projetam para zonas receptoras diferentes dotálamo. Essas zonas, explicadas nas seções seguintes, conduzem informaçõesespecíficasextraídasde imagensporfunçõescomoocontroledosmovimentosdosolhos,reflexospupilareseritmoscircadianos.

Colículosuperior:ControlandoomovimentodoolhoEssaregiãodomesencéfalorecebeaxôniosdequasetodasasclassesdecélulasganglionares, exceto as parvocelulares. O colículo superior controla osmovimentosdosolhos.Nossosolhosquasenuncaestãoparados;elespulamdeum ponto a outro cerca de três a quatro vezes por segundo. Esses grandesmovimentos rápidos dos olhos são chamados de sacádicos. Eles podem servoluntários, como quando você busca por algo visualmente, ou involuntários,comoquandoalgo apareceou semoveemsuavisãoperiférica e chamaa suaatenção(comoblusasvermelhasoucamisetasverdes).Frequentemente,quandovocê faz um movimento sacádico, seus olhos se movem de modo bastanteprecisoparaumanovaáreadeinteressecujosdetalhesestãoabaixodoseunívelde consciência, mas que foram processados pelas projeções das célulasganglionaresparaocolículosuperior.

Onúcleoóticoacessórioeopré-tectalVários núcleos óticos acessórios e pré-tectas no tronco cerebral recebementradas das células ganglionares que detectam automovimento. Esses núcleosvisuaissãoessenciaisparaoequilíbrioepermitemquevocêmantenhaafixaçãoemumobjetoespecíficoenquantovocêousuacabeçasemove.Elesprojetampara áreas motoras do cérebro que controlam músculos oculares para quenenhumsinaldeerro(oumovimentodaimagemalémdaretina)ocorra,apesardomovimentoseuoudoobjetodeatenção.

Uma função importante desse caminho é para acompanhamento visual, ahabilidade de seguir, por exemplo, o voo de um pássaro pelo céu enquantomantémaimagemdopássarocentralizadaemsuafóveadealtaacuidade.Vocêpode fazer esse tipo de acompanhamento não só quando está parado, mastambémaocorrer.

Onúcleosupraquiasmático

Supraquiasmático significa “acimadoquiasmaótico”.Essa área regula ritmoscircadianos, o ciclo de dias e noites intrínseco do corpo, que inclui ficaracordadoedormir.Humanossãofeitosparaseremativosduranteashorasdodiaeparadormirànoite.

Esse ciclo natural é ativado por uma classe de células ganglionares que sãointrinsecamente sensíveis à luz; ou seja, têm suas próprias moléculasfotorreceptorase respondemdiretamenteà luz,alémdeseremconduzidaspelasequência de células fotorreceptoras-bipolares (explicadas na seção anterior“Processandosinaisdosfotorreceptores:Célulashorizontaisebipolares”).Essascélulas intrinsecamente fotorreceptoras, como são chamadas, enviaminformaçõessobreníveisdeluzdodiaversusnoiteparaaáreadocérebroquecontrola seus ritmos circadianos. (Veja oCapítulo 11 para sabermais sobre oqueaconteceduranteosono.)

OnúcleoEdinger-WestphalComo o núcleo supraquiasmático (veja a seção anterior), o Edinger-Westphalrecebe entradas de células ganglionares intrinsecamente fotorreceptoras queinformam o nível de luz geral no momento. Esse núcleo controla o nível dedilataçãodasuapupila,quecontrolaaquantidadedeluzqueentranoolho.

DotálamoaolobooccipitalAs célulasNGLd do tálamo que recebem projeções da retina projetam para olobo occipital do córtex cerebral na parte de trás do seu cérebro. Esse é ocaminho quemedeia quase toda a visão da qual você é consciente. (Compareissocomfunçõesdavisão,comocontraçãoedilataçãodapupila, sobreaqualvocê não tem controle nem consciência.)A área do lobo occipital que recebeessaentradatalâmicaéchamadaV1(ou“áreavisual1”)eestánaparteinferiordaseçãocerebralhorizontalnaFigura5-3(córtexvisual).

AlémdeserchamadaV1,essaáreatemoutrosnomes,comoárea17(deacordocom o sistema numérico geral de áreas corticais deKorbinianBrodmann, umanatomista alemão do século XIX que designou números para cada área do

neocórtex) e córtex estriado (referindo-se a uma densa faixa dessa área queaparece em manchas histológicas para corpos celulares únicos de V1). Parasimplificar,aolongodestelivromerefiroaessaáreacomoV1.

NeurôniosnaáreaV1projetamparaoutrasáreasdocórtex,eelas,porsuavez,paraoutrasáreas,paraquepraticamentetodoolobooccipitaleamaiorpartedoloboparietaletemporalinferiortenhamcélulasquerespondamacertostiposdeentradasvisuais.Oquetodasessasáreasvisuaisdiferentes(maisde30naúltimacontagem)fazemérespondereanalisardiferentescaracterísticasdaimagemnasretinas, permitindo que você reconheça e interaja com objetos mundo afora.Essas áreas visuais realizam isso por meio de neurônios em diferentes áreasvisuaisquerespondemacaracterísticasdiscretasdaentradavisual.

OqueaconteceemV1eoutrasáreasvisuaisDê uma olhadinha nos números. Um pouco mais de um milhão de célulasganglionares retinais projetam para cerca do mesmo número de neurôniosretransmissores no NGLd do tálamo. Entretanto, cada neurônio retransmissortalâmico projeta paramais de 100 neurônios V1. Ou seja, a pequena área daimagem visual auxiliada por alguns gânglios retinais e células talâmicasconduzemcentenasdeneurôniosV1.

OquecentenasdeneurôniosV1fazemcomasaídadeumnúmerobemmenordecélulasganglionareséextraircaracterísticaslocaisqueexistememváriasdesuasentradas.

Como David Hubel e Torsten Weisel, da Universidade Harvard, mostraram,célulasV1sãoquasetodassensíveisàorientaçãodoestímuloqueasexcita.Issosignificaqueelasnãodisparampotenciaisdeaçãoanãoserqueexistaumalinhaoubordadeumaorientaçãoespecíficanaimagem,queérepresentadaporváriascélulasganglionaresemumalinhaemalgumadireçãosendoativada.

Todas asorientaçõesde estímulos (vertical, horizontal e tudooque estivernomeio) são representadas em V1 para que algum pequeno grupo de célulasganglionaresquerespondemàpresençaouausênciadeluzlocalemalgumaáreada imagem faça surgir um grupo bem maior de células corticais V1 querespondamapenasaumaorientaçãoespecíficadeumabordapassandoporessaárea.

Outros neurôniosV1 só respondem a certas direções demovimento, como seumasequênciaespecíficadecélulasganglionarestivessequeserestimuladaem

determinada ordem. Assim como com a orientação, todas as direções sãocodificadas, cada uma por uma célula específica ou um pequeno conjunto decélulas. Outras células V1 são sensíveis ao deslocamento relativo doscomponentes de imagem entre os dois olhos devido à sua posição de visãolevementediferente(chamadadisparidadebinocular).

CélulasemV1sãoespecíficasnãosóparaposiçãonoespaçocomoprojetadonaretina,mas também a características especiais, como orientação e direção domovimento. Qualquer padrão na retina estimula uma maioria de célulasganglionareslá,masapenasumaminoriadecélulasV1querecebedaquelaárea.O disparo das célulasV1 seletivas codifica informação visualmais específicaquealocalizaçãodocampovisualouluzversusescuridão.

Como já mencionado, a área V1 está no polo posterior do lobo occipital.ImediatamenteanterioraV1está(vocêdeveteradivinhado)aáreaV2.Anteriora ela está V3. Neurônios nessas áreas tendem a ter propriedades de respostarelativamente similares. Por enquanto apenas pense em V1–V3 como umcomplexo de onde surgem projeções para outras áreas (sim, eu sei que isso éuma simplificação grosseira das diferenças indiscutivelmente importantes desuasfunçõesquepesquisasadicionaisdeixarãoclaras).

ObservandoosfluxosdorsaleventralEntender a rede de processamento visual imensamente complexa que ocupaquasemetadedetodooneocórtexéumadasáreasdepesquisamaisdesafiadorasnaneurociênciaatual.Umdosprincípiosorganizadoresfundamentaisquetemoshoje é a divisão estrutural e funcional na hierarquia de processamento visual.IssoestáilustradonaFigura5-4.

FIGURA5-4:Áreascorticaisvisuais.

IlustraçãoporFrankAmthor

OcomplexoV1–3dá inícioadoiscaminhos importantes,mostradosnaFigura5-4: o fluxo dorsal e o ventral. O fluxo dorsal emana do complexo V2/V3 einclui as áreasMTeMSTno lobo parietal.O fluxo ventral incluiV4 e áreascomo TE e TEO no lobo temporal inferior. As propriedades de resposta dosneurônioseosdeficitsvisuaisdepoisdedanosaessesdoisfluxosapoiamaideiadequeessasáreastêmdiferençasfuncionaisimportantes.

OfluxodorsalO fluxo dorsal é a projeção no lobo parietal. Áreas corticais no fluxo dorsal,comoáreas chamadasMT (temporalmédia) eMST (temporalmédia superior),sãodominadasporcélulasquerespondemmelhoramovimentodeimagem.EmMST,particularmente, há células que respondemmelhor aos tiposde imagensvisuais que seriam produzidas por automovimento, como rotação de todo ocampo visual, e fluxo ótico (o padrão demovimento gerado pela tradução dainformação obtida domundo, com baixas velocidades perto da direção para aqualvocêestáindoealtasvelocidadesparaaslaterais).Alémdisso,aparalaxedo movimento, em que objetos próximos parecem mudar mais do que osdistantesquandovocêmove suacabeçadeum ladoparaooutro, é codificada

porcélulasseletivasdemovimentonocaminhodorsal.MuitasáreascorticaisdofluxodorsalprojetamparaolobofrontalporáreascomoIVP(áreaintraparietalventral), IPL (área intraparietal lateral) eAIP (área intraparietal anterior) (dostermoseminglêsVIP,LIPeAIP).

VIDAEMUMADANCETERIAVIRTUALExisteumcasoclássico(masinfeliz)emliteraturaclínicadeumamulherquesofreudanobilateralasuasáreasMTesquerdaedireita.Emboraavisãodessamulhersejanormalquandoavaliadaporcartazesetestesdereconhecimentodeobjetos,elatemumadeficiênciagrave,porquenãotemhabilidadeparajulgarmovimento.Porexemplo,elanãoconsegueatravessararuapornãoconseguircalcularquandooscarrosqueseaproximamalcançarãosuaposição.Elanormalmenteenchedemaisumaxícaraaoservircháporquenãosabequandoolíquidoalcançaráaborda.Essamulhervivenoqueéessencialmenteumdiscoestroboscópico,semhabilidadedeavaliaroulidarcommovimentocontínuo.

Ofluxodorsalécoloquialmentereferidocomoocaminho“onde”,emboramaisrecentementemuitos neurocientistas tenhampreferido a denominação caminho“como”. Estudos de lesão mostram que esse caminho é necessário paracomportamentosvisualmenteguiados,comopegarumabola,correrpelaflorestasembateremárvoreseatécolocarumacartanacaixadecorreios.Danosaessaárea resultam em deficit chamado apraxia, a inabilidade de executarhabilidosamentetarefasquerequeremorientaçãovisual.

OfluxoventralO fluxo ventral vai para áreas ao longo do aspecto inferior do lobo temporal(chamado córtex inferotemporal). Ele inclui áreas como TE e TEO (áreastemporal e occipitotemporal). Essas áreas projetam ao hipocampo e ao lobofrontal. O caminho ventral é frequentemente chamado de caminho “o quê”.Áreas corticais nesse fluxo têm neurônios que preferem padrões ou coresespecíficos(quasetodososneurôniosnaáreaV4dofluxoventral,porexemplo,

sãoseletivasdecor)egeralmentenãosãoseletivasdemovimento.

Àmedidaquevocêmovedeposteriorparaanteriorpelolobotemporalinferior,encontra células que respondem apenas a padrões cada vez mais complexos,comoaformadeumamão.Pertodopolodolobotemporalemseuladomedialháumaáreachamadaáreafacialfusiforme,comcélulasquerespondemapenasarostos.Danosaessaárearesultaramempacientescomprecisãovisualnormal,masquenãoconseguemreconhecernenhumrosto,inclusiveopróprio.

InterferênciaentrefluxosdorsaleventralApesar da segregação clara entre os fluxos dorsal e ventral, eles claramenteexistememumaredenaqualháinterferência.Porexemplo,emexperimentosdeestrutura pelo movimento, pesquisadores colocaram pontos de refletores emvárias partes do corpo de atores que usavam ternos pretos e filmaram seusmovimentosemluzbembaixa,paraqueapenasospontosficassemvisíveisnofilme. Qualquer um que visse esses filmes poderia dizer, uma vez que fossecolocadoemmovimento,queospontosestavamemcorposdepessoas,oqueaspessoas estavam fazendo e até mesmo seu gênero. Nesse caso, neurôniosdetectoresdemovimentodocaminhodorsaldevemsecomunicarcomneurôniosdetectoresdeobjetosnocaminhoventral.

Outro exemplo de interferência de caminho dorsal-ventral é a percepção deprofundidade. O sistema visual estima profundidade ou distância com váriosobjetos no ambiente de diversas maneiras. Algumas dicas, como informaçõespictóricasdeprofundidade,podemserrepresentadasemimagensefotografias.Elasincluemobjetospróximossesobrepondoaobjetosmaisdistantesetamanhorelativo (objetos mais próximos são maiores do que os mais distantes— umcarro pequeno em uma imagem deve estar mais distante que uma pessoagrande).Asdicasbaseadasempadrãodocaminhoventraldevemfuncionarcomas dicas baseadas emmovimento do caminho dorsal para dar um julgamentounificadodeprofundidade.

ProblemasdeVisãoeIlusõesVisuaisTendemosaacreditarquevemos“oquerealmenteestálá”,quando,naverdade,

o que “vemos” é uma construção de uma combinação de imagens atuais emnossasretinasenossasexperiênciaspassadas.Sevocêtemumdefeitodevisãodecores,porexemplo,vocêpodeaparecernotrabalhocomumpardemeiasquevocêachavaquecombinavam,masqueseuscolegasveemcomodiferentes(earespostadoseumelhoramigopodeser“Engraçado,maseutenhooutroparemcasaigualzinho!”).Tambémhácoisas—comoilusõesdeótica—queninguémvêcomorealmentesão.Deficite ilusõesvisuaisdizemmuitoaneurocientistassobrecomonossosistemavisualéconstruídoecomofunciona.

Parecemiguaisparamim:DaltonismoComo observo na seção anterior “A retina: Convertendo fótons em sinaiselétricos”, os três tipos diferentes de cones (vermelho, verde e azul) permitemque você veja cores. Tire qualquer um desses tipos de cones e você terádaltonismo.

Aformamaiscomum(delonge)dedaltonismoresultadaausênciadeumtipodeconenaretina.Cercade1em20homense1em400mulheresnãotêmosconesvermelhos(umacondiçãochamadaprotanopia)ouconesverdes(deuteranopia).Pessoasassimnãoconseguemdiferenciarvermelhodeverde.

Por que a diferença entre os gêneros? Os genes desses pigmentos estão nocromossomoX.Comohomens,que têmumcromossomoXeumY,sóobtêmuma cópia do gene, são daltônicos de vermelho-verde se esse gene fordefeituoso.Mulheres, em contrapartida, têm dois cromossomosX e, portanto,duas cópiasdosgenesverde evermelho.Se tiveremumacópia ruimdogene,ainda têm visão de cor vermelho-verde. Para mulheres serem daltônicas devermelho–verde, ambos os genes em ambos os cromossomos X precisam terdefeito.Odaltonismodevermelho-verdeé,então,muitomaisraroemmulheres.

Aindamaisrarotantoemhomensquantoemmulhereséaperdadosconesazuis,chamadatritanopia,quenãopermitedistinguirazuldeverde.

UmexemplodeformaadquiridadedaltonismoenvolvedanosàáreacorticalV4no fluxo ventral, resultando em acromatopsia, que se difere do daltonismo

retinal, no qual a pessoa não consegue distinguir entre certos tons. Naacromatopsia, por sua vez, as cores diferentes aparecem como tons de cinzadiferentes,massemcor,permitindoqueapessoaasdiferencie.

EntendendoacegueiraOpavordaspessoasdeperder avisão temquase amesma intensidadede seupavor de ter câncer. Embora muitas pessoas cegas tenham vidas muitoprodutivas e satisfatórias, a perda da visão é considerada uma das maisdebilitantes de todas as lesões. Nesta seção discuto algumas das causas maiscomunsdacegueira.

A maioria das cegueiras, pelo menos no mundo desenvolvido, se origina naretina.Asformasmaiscomunsdecegueiraretinalsãoretinopatias,comoretinitepigmentosa,degeneraçãomaculareretinopatiadiabética,quecausaamortedosfotorreceptores,masháváriasoutrascausasparaacegueira:

»Retinitepigmentosa:Envolveumadegeneraçãohereditáriadosbastonetesdaretina.Essacondiçãoprogridedecegueiranoturnaatodaavisãoperiférica(visãoemtúnel,poupandoavisãocentralatéofimporquenãohábastonetesnafóvea),atéaperdadetodaavisão.Atualmente,infelizmente,nãohátratamentoparaessadoença,eacegueiraresultanteéirreversível.

»Distúrbiosmetabólicoshereditários:Degeneraçãomaculareretinopatiadiabéticaenvolvemmortedecélulasretinaiscomoresultadodeumdistúrbiometabólicohereditário,normalmentetambémcomeçandocommortedefotorreceptores,seguidapelamortedeoutrosneurôniosretinais.

»Glaucoma:Diferentedasretinopatiasanteriores,oglaucomaenvolveamorteprimáriadecélulasganglionaresretinais,maiscomumentedevidoàpressãoexcessivahereditáriadentrodoolho.Umsubtipodeglaucoma,oglaucomadeângulofechado,étratávelcomcirurgiaalaser.Aoutraforma,odeânguloaberto,podeserfrequentementecontroladacommedicação.

»Cataratas:Empaísesdeterceiromundo,cataratasdecristalino(oulentes)eopacidadescorneanascausamumaaltaporcentagemdecegueira,masamaioriadessascondiçõespodeserfacilmente

tratadacomtecnologiacirúrgicamoderna.

»Lesõesnoolhoecabeça:Lesõesnosolhosquecausamdescolamentodaretinapodemlevaràmorteretinal.Danosseverospodemcausaraperdadeumolhointeiro(ouambos).Lesõesnacabeça,tumoresoulesõesvascularespodemimpactaronervoóticoouqualqueráreadeprocessamentovisualdocórtex(explicadonaseçãoanterior“Dotálamoaolobooccipital”).

Ambliopia, frequentemente chamado de “olho preguiçoso”, é uma deficiênciavisualque foi extremamente enigmáticaparapesquisadores emédicos—pelomenosatéobteremumentendimentomelhordosmecanismosdeplasticidadenocórtexvisual(oCapítulo16trazmaissobreplasticidade).Aconteceque,duranteo desenvolvimento, os olhos competem por sinapses corticais. Se um olho éoticamente muito pior que o outro devido a uma catarata, miopia ouhipermetropia extrema, as células ganglionares naquele olho disparam muitomenosvigorosamentequenooutro,eooutroolho“assume” todasassinapsesdisponíveisemV1.Essacondiçãoépraticamenteirreversíveldepoisdos6anos,entãomesmo seoproblemaóticonoolho afetado for remediadodepoisdessaidade,oolhodesfavorecidoaindaficacego,mesmoqueestejanormal.Porisso,criançasmenoresde6anosdevemterseusolhosexaminadosequalquerdefeitocorrigido.

IlusõesvisuaisComo é que às vezes vemos algo que não está lá?Algumas ilusões de ótica,comomiragensearco-íris,ocorremdevidoapropriedadesóticasdaatmosferaepodemserfotografadas.

Outrasilusões,noentanto,parecemserconstruçõesdenossocérebro,deformaqueenxergamosalgoquenãopodeserfotografado.Exemplostípicosincluemailusão Ponzo (trilhos de trem), no qual duas linhas idênticas parecem terdiferentes tamanhos quando colocadas em linhas paralelas que convergem àdistância,eocubodeNecker,emqueafacedocuboparecemudar,dependendo

dequeladoévisto.OutrailusãovisualfamosaéotriângulodeKanizsa(vejaaFigura 5-5), em que um triângulo branco sólido parece se sobrepor a umcontornopretodetriângulo.Apegadinha?Nãoháumtriângulobranco.

FIGURA5-5:OtriângulodeKanizsa;nãoháumtriângulobrancosólido.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Cadaumadessas ilusõespodeserexplicadademaneirasimilar.Nossosistemavisual evoluiu para dar sentido a imagens projetadas em nossas retinasresultandodeobjetostridimensionaisreaisdomundoreal.Ouseja,nósvemosoqueesperamosver.AimagemilusóriadotriângulodeKanizsa,porexemplo,éumaimagembidimensionalmuitocomplicada,comostrêsângulosprecisamenteespaçadoseos três segmentosdecírculosprecisamentearranjados.Nomundotridimensional, tal imagem é razoavelmente possível apenas quando um

triângulobrancosólidoestápresente.Porisso,éoquevemos.

O importante sobre ilusõescomoessaséqueelas revelamcoisas interessantessobre como o sistema visual funciona. Como discuti anteriormente, o sistemavisual não transmite a imagem na retina para algum lugar especial onde éobservadaporalgumaentidadecerebral.Osistemavisualextraiinformaçõesquenos permitem identificar objetos e interagir com eles. Para isso, o sistema“interpreta”aentradavisualdeacordocommodelosinternosquevêmdenossaprópriaexperiênciaedaevoluçãodenossaespécieemlidarcomomundoreal.Comparadoaisso,temospoucohistóricoevolucionárioemlidarcommarcaçõespretasempapelbranco,algoquetemosqueaprenderaproduzireinterpretar.

O

Capítulo6FalandoAlto:OSistemaAuditivo

NESTECAPÍTULO

Entendendoospapéisqueasorelhasexterna,médiaeinternatêmnaaudição

Aprendendosobreoprocessamentodesomnocérebro

Observandodeficiênciasauditivascomuns

sentidodaaudição,comoavisão,capturaenergiadoambienteparanosinformar sobreoqueacontece lá fora.Aaudiçãodetectao som,queé

nossa percepção de vibrações do ar, as quais são criadas pelas vibrações deobjetosnomundo.

Pensesobreumacordadeguitarraaosertocada.Acordaprimeirosedobraparaumadireção,deixandoasmoléculasdeardaquele lado levementemaisdensasporummomento.Essasmoléculasentãodeixamoarqueestáumpoucomaisdistante mais denso. O pulso continua viajando da corda e se espalhando noespaço. Quando a corda se dobra para a outra direção, deixa o ar da regiãoimediatamentemenos denso. Esse pulso de baixa pressão então se espalha.Asérie de pulsos de alta e baixa pressão forma uma onda cuja frequência é afrequênciadevibraçõesdacorda.

Asondassonorasseespalhandodafontedesomformamesferasdeondascadavezmaiores, assim a energia sonora se espalha por uma área cada vezmaior.Isso significa que a intensidade por unidade de área receptora diminui com a

distância.Porfim,osomnãopodeserescutadodemuitolongeporqueaenergiasonora por área vinda da fonte está quase igual à energia dos movimentosaleatóriosdasmoléculasdear.Asensibilidadedosistemaauditivoàpressãodasondas no ar é muito próxima desse limiar absoluto; ou seja, podemos ouvir(detectar) mudanças na densidade das moléculas de ar próximas àquelas queocorrem aleatoriamente em decorrência do movimento do próprio ar. Não hácomo ser melhor que isso, mesmo na teoria. Nosso sentido da audição nospermitenãosódetectarqueexistesom,mastambémoqueofez,oquesignificaedeondeveio.

Por uma série complexa de interações entre as diferentes partes do sistemaauditivo—tópicodestecapítulo—podemosnãosóreconheceraexistênciadeum som, sua origem e a direção de onde veio, mas também realizar funçõessuperiores,comoapreciarmúsicaeentenderalinguagem.

AOrelha:CapturandoeDecodificandoOndasSonorasOsprimeirosestágiosdoprocessamentoauditivosãomecânicosenãoneurais.Assimcomooolhotemocristalino(oulentes)eapupila,quefocameregulamníveisde luz, comoumacâmera, o sistemaauditivo transforma fisicamente asondassonorasrecebidas.AFigura6-1mostraaanatomiadaorelha.

FIGURA6-1:Aanatomiadaorelha(externa,médiaeinterna).

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A primeira dessas transformações é mecânica e envolve as orelhas externa,média e interna. Em geral, eis o que acontece a uma onda sonora e que lhepermiteouvir:

»Aorelhaexterna:Temtrêspartes:opavilhão,ocanalauditivoeotímpano.Opavilhão“captura”efiltraasondassonoraseasdirecionaatravésdocanalauditivoparaotímpano.

»Aorelhamédia:Trêspequenosossosnaorelhamédiatransformamvibraçõesemondasdepressãoeasenviamparaaorelhainterna.

»Aorelhainterna:Asondasdepressãodaorelhamédiavãoparaajanelaovaldacóclea,ondereceptoresauditivos(célulasciliadas)estãolocalizados.Aestruturamecânicadacócleaespiralfazasvibraçõesdealtafrequênciaseconcentrarempróximasdajanelaoval,enquantovibraçõesdebaixafrequênciaviajamaofimdaespiral.Asondasdepressãonacócleacurvamascélulasciliadas

dentrodela,quegerampotenciaisdeaçãononervoauditivo.Nesteponto,astransformaçõesmecânicasestãocompletaseosneurôniosassumem,evocêpodelersobreissonaseçãoposterior“DandoSentidoaosSons:ProjeçõesAuditivasCentrais”.

Asseçõesseguintesdetalhamopapeldecadapartedaorelhanaaudição.

Reunindosons:AorelhaexternaO pavilhão, o canal auditivo e o tímpano formam a orelha externa, que é aprimeiraestruturaenvolvidanoprocessamentodosom.

Opavilhão,aprimeirapartedaorelhaexternaAprimeirapartedaorelhaexternaqueasondassonorasalcançaméopavilhão.Apesarde seunome técnico,vocêestábemfamiliarizadocomopavilhão:éapartedosistemaauditivoquepodemosver,colocarocabeloatrás,furare,seforparticularmentehabilidoso,balançar.Entãoporquenãochamamossódeorelha?Porque,tecnicamente,aorelhaéformadaporvárioscomponentes,opavilhãoéapenas um deles, e em neurociência — e várias outras disciplinas — vocêprecisa ser capaz de distinguir essa estrutura de outras estruturas auditivasconsideradaspartesdaorelha.

Opavilhãofazduascoisascomasondassonoras:

»Concentraosomrefletindo-odaáreamaisampladopavilhãoparaaaberturamenordocanalauditivo.

»Devidoàsuaformacomplexa,opavilhãomudaoconteúdodafrequênciadosomcombasenaelevaçãodaqualeleveio.Issonosajudaalocalizar,oudizerdeondeosomveio(vocêpodelermaissobreissonaseçãoposterior“LocalizandoSons”).

Opavilhãodetodomundoélevementediferenteemudaàmedidaqueapessoacresce. Issosignificaque,duranteodesenvolvimento,precisamos“aprender”atransformação de frequência direcional de nosso pavilhão. Esse aprendizado

quase certamente envolve plasticidade neural — ou seja, a habilidade deconexõesneuraissereorganizarem—nocórtexauditivo.

NavegandonocanalauditivoOpavilhãorefleteasondassonorasparaocanalauditivo,queastransmiteparao tímpano. O canal auditivo é levemente ressoante em frequências médias(importantes para ouvir vozes humanas), para que elas sejam relativamentesustentadascompoucaatenuaçãoemseucaminhoaotímpano.

BatendonotímpanoOcanalauditivo terminano tímpano.Quandoasondas sonoras refletidaspelopavilhão e transmitidas ao longo do canal auditivo alcançam o tímpano, elecomeçaavibrar,oquedispararespostasnaorelhamédia.

ALTURADOSOM,ENVELHECIMENTO,EENGANARPROFESSORESAfrequênciadossonsémedidaemciclosporsegundo.OtermousadoéHertz(abreviadocomoHz),dadoemhomenagemaocientistaalemãoqueestudouosfenômenoselétricosalternados.(Quandomúsicosfalamsobrealturadosom,ésobreissoqueestãofalando.)

Humanosescutamfrequênciasdecercade20a20.000Hz,pelomenosquandosãojovens.Àmedidaqueenvelhecemos,tendemosaperderasensibilidadeparafrequênciasaltas,mesmonaausênciadequalquerdoençaoudanonaorelha.Naverdade,pessoasacimade60anosraramenteescutambemacimadecercade16.000Hz.Essaperdatendeaserrelativamentemaioremhomensdoqueemmulheres.EstudantesdeEnsinoMédiosãoconhecidosportirarvantagemdissocolocandootoquedeseuscelularesemfrequênciasaltas,queseusprofessoresnãoconseguemouvir.

AorelhamédiaDooutroladodotímpanohátrêspequenosossoschamadosmartelo(nomeemlatim: malleus), bigorna (incus) e estribo (stapes), que constituem a orelha

média.

Os trêsossosdaorelhamédia sãoosmenoresdo corpo,mas têmuma funçãocrucial:pormeiodelesasvibraçõesdo tímpanoativama janelaoval (partedaorelhainterna)naentradaparaacóclea.

Pensenessestrêsossoscomoumaalavancaque,emtermosfísicos,éumobjetorígidoque,quandousadocomumfulcro(oupontodeapoio),podeaumentaraforçamecânicaemoutroponto.Emtermosde funçãodos trêsossosdaorelhainterna, a ideia funciona da seguinte forma: o tímpano, que está anexado aomartelo,vibraemrespostaaosomdeacordocomamudançadepressãonoar.Nooutroladodostrêsossosestáoestribo,anexadoàjanelaovalnacóclea,queépreenchidacomfluído.Acabeçadomartelo(emformatodebola),ondeeleseconectaàbigorna,écomoumfulcrodessesistema,demodoqueummovimentomaior,masmaisfraco,dotímpanoprovocaummovimentomenoremaisfortedoestribo.Aalavancadosossosénecessáriaporqueofluídonacócleaémaisdensoqueoarnotímpano.

Oefeitodaalavancadosossosdaorelhamédiaénaordemde100para1,oquesignificaquea força émuito amplificada.Uma segundavantagemmecânica équeaáreadotímpanoémaiordoqueaáreadajanelaoval,significandoqueaforçaéamplificadatambémnessaproporção.

Tocandoacordesparaocérebro:AorelhainternaDepois que a janela oval da cóclea foi ativada pelos ossos da orelhamédia, aorelhainternaentraemação.Elaconsistedacócleaeseusconteúdoseconexões(veja a Figura 6-2). Quando o estribo vibra vigorosamente a janela oval naentradaparaacóclea,ondasdepressãosãoenviadaspelofluídoquepreencheacóclea. Essas ondas de pressão curvam os transdutores do som, os cílios dascélulas ciliadas auditivas, localizadas noÓrgãodeCorti (tambémchamadodeórgão espiral) dentro da cóclea. Essas células ciliadas são tão sensíveis apequenosmovimentosquepodemresponderadesviosdoscílioscomlargurasdenadamaisqueumátomo!

Umfatointeressanteéqueoscíliosnascélulasciliadasauditivasnacócleanãosó se parecem com o tipo de cílio que outras células não neuronais têm paramovercoisasnofluídoextracelular;elestambémsão,aparentemente,derivadosevolutivamentedecíliosdotipomotor,comoosusadosporalgunsorganismosunicelularesparasemovimentar.

FIGURA6-2AcócleaeoÓrgãodeCorti.

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AbrindocanaisiônicosparadispararpotenciaisdeaçãoNa base dos cílios de células ciliadas auditivas há canais especializados quelembrammecanorreceptores(vejaoCapítulo4),demodoque,quandooscíliossecurvam,elesesticamamembranacelularciliada,queporsuavezabrecanaisiônicosquedespolarizama célula ciliada e fazemos terminais de axôniosdasfibrasdonervoauditivodooutroladodacélulaciliadadispararempotenciaisdeação.Essespotenciaisdeaçãodescempelonervoauditivoatéonúcleococlear.

OÓrgãodeCorticontém,naverdade,doistiposdecélulasciliadas,asinternaseas externas. Embora haja menos células ciliadas internas do que externas, asinternas fazemmaisconexõescomonervoauditivodoqueasexternas.Aindaassim, células ciliadas externas têm uma função importante: elas controlam arigidezdamembranapróximadoscíliosdecélulasciliadas.Essafunçãomotorada célula ciliada externa aumenta a sua resposta a baixas amplitudes de sons,especialmenteemaltasfrequências,masaenfraqueceparasonsexcessivamentealtosparaprevenirdanosàcélulaciliada.

EnviandoinformaçõessobrefrequênciaeamplitudeCerca de 30mil fibras nervosas auditivas viajam da cóclea ao núcleo coclear(vejaaFigura6-3)no troncocerebral.Aestruturadessesneurônioséparecidacomadosmecanorreceptoresnosgângliosdaraizdorsal(vejaoCapítulo4).Nosistemaauditivo,ocorpocelulardoneurôniosensorialestánogânglioespiraldonúcleococlear.Essesneurôniostêmdoisaxônios.Umvaiparaacélulaciliadaauditivanacóclea,ondeocurvardoscíliosinduzpotenciaisdeaçãonoaxôniodoneurôniococlear.Ooutroprojetaparaonúcleoolivarsuperior,carregandoamensagemauditiva.

FIGURA6-3Comoamensagemdesomcheganocórtexauditivo.

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A mensagem que as fibras auditivas enviam para o cérebro sobre o som noambiente consiste de duas propriedades básicas do som — frequência eamplitude—, similar àmaneira como a retina informa o cérebro sobre cor eintensidade da luz. Entretanto, enquanto a retina representa o espaçoexplicitamenteemtermosdelocalizaçãonaretina,nãoháligaçãosimilarentrealocalização do som e a posição na cóclea. Em vez disso, quando se trata dosentidodaaudição,ocórtexcalculaalocalizaçãodosomnoespaço(vocêpodelermaissobreissonaseçãomaisadiante“LocalizandoSons”).Ouseja,asaídadonervoauditivonãoincluiexplicitamenteumarepresentaçãodoespaço(queéumadas razões pelas quais a cóclea conseguemediar a audição, apesar de terapenas30mil fibras auditivas—compare issocomosmaisdeummilhãodeaxôniosdecélulasganglionaresretinaisquesaemdecadaolho!).

Embora a posição na cóclea não reflita a localização do som, a cóclea éestendidaemumadimensão,formandoumaespiralconsistindodecercade2,5voltas (veja a Figura 6-2). O que está representado nessa única dimensão é afrequência.

Aestruturamecânicadacóclea(resistência,tamanho)étalquefrequênciasaltassó causam vibrações na porção da cóclea perto da janela oval, enquantofrequênciasbaixasproduzemamplitudedevibraçãomaior emdireçãoao finaldacóclea,maisdistantedajanelaoval(ocentrodaespiral).Aposiçãoaolongoda cóclea onde a vibração ocorre codifica a frequência. Respostas de célulasciliadas próximas da janela oval indicam altas frequências; aquelas maisdistantes indicam baixas frequências. Se a posição ao longo da cóclea podecodificar frequência,entãoa taxadedisparoeonúmerodecélulasdisparandopodemcodificaraamplitude,gerando,assim,arepresentaçãoneuraldaentradadeáudio.Bemsimples,certo?

Infelizmente, não é simplesmente posicionar a codificação para frequênciaversusumcódigode taxadedisparoparaamplitude.Arazão temavercomapropriedade fundamental dos neurônios, ou seja, sua taxa de disparo máxima(veja o Capítulo 3). Como o próprio potencial de ação dura cerca de ummilissegundo,neurôniosnãopodemdispararmaisde1.000potenciaisde açãoporsegundo;emgeral,taxassustentadassãomenoresque500porsegundo.

Porcontadalocalizaçãodosom(vejaaseçãomaisadiante“LocalizandoSons”parasabermaissobreisso),asfibrasauditivasnormalmentedisparamapenasnopico da onda de pressão sonora. Veja o que isso significa para diferentesfrequências:

»Parafrequênciasabaixodecercade500Hz:Fibrasauditivasconseguemdispararacadapicodaondadepressãosonora,paraquesuataxadedisparorealmentecodifiqueafrequênciadiretamente.Emoutraspalavras,embaixasfrequências,asfibrasdisparamnafrequênciadosom.

»Parafrequênciasacimade500Hz:Fibrasauditivasnãoconseguemdispararnafrequênciadosom,entãodisparamacadadoispicos,ouacadacincooudez,ou…vocêentendeu.Nessecaso,afrequênciaécodificadapelolocalnacóclea.

Amplitudes de frequência de som altas e baixas são codificadas tanto pelonúmerode pulsos queocorrememcadapicode pressãode pulso quanto pelonúmerode fibrasativas (sonsaltos recrutarãomais fibrasparadisparardoquesonsmaisfracos).

PORQUEAPARELHOSAUDITIVOS

FUNCIONAMAestruturaunidimensionaldefrequênciadacócleaéoquetornaasprótesesauditivastãobem-sucedidas.Amaioriadasperdasauditivasestáassociadaàmortedascélulasciliadasauditivas.Prótesesauditivasdesucessoconsistemderedesdeeletrodoslinearesquesãodeslizadosparadentrodacóclea.Oprocessamentoeletrônicodivideosomembandasdefrequênciaegeraumacorrenteestimulantenolocaladequadodapróteseparaconduzirdiretamenteasfibrasnervosasauditivas.Naépocaemqueescrevoestelivro,bemmaisde50milprótesesauditivasforamimplantadasnosEstadosUnidos,muitaspermitindoqueosbeneficiáriossecomuniquemverbalmentecompoucadificuldade.Nãoháprótesedesucessoatualmentenemremotamentecomparávelparaaperdadevisão.

DandoSentidoaosSons:ProjeçõesAuditivasCentraisAs 30 mil fibras auditivas transmitem mensagens sobre som para o núcleococlear,ealém,emumcódigomisturado.Cadafibraésensívelaumabandadefrequênciaespecífica,efibrasdiferentestêmdiferenteslimitesetaxasdedisparoquecodificamamagnitudedosom.

PareantesdotálamoFibrasnervosasauditivasnãoprojetamdiretamenteaotálamo;elasretransmitemduas vezes antes disso. Como já mencionado, quando os cílios auditivos securvam, a membrana das células ciliadas se estica e abre canais iónicos quedespolarizamacélulaciliadaefazemosterminaisdeaxôniosdasfibrasnervosasauditivasdispararempotenciaisdeação.

Ospotenciaisdeaçãodonervoauditivovãoparaonúcleococlearondeestãooscorposcelularesdosneurôniosparaaquelesaxônioseprovocamumpotencialdeaçãonocorpocelular,que,porsuavez,provocaumpotencialdeaçãoemumsegundoaxónioquecruzaomeiodocorpoeprojetaparaumnúcleo,chamado

de núcleo olivar superior, do lado oposto (veja a Figura 6-3). Em outraspalavras, potenciais de ação do núcleo coclear direito cruzam para o núcleoolivar superior à esquerda e vice-versa. Os núcleos vivos superiores estãolocalizadosnaponte(vejaoCapítulo2parainformaçõesgeraissobreasáreasdocérebro).

Células retransmissoras no núcleo olivar superior projetam para o colículoinferior,localizado,comovocêdeveimaginar,logoabaixodocolículosuperiorno mesencéfalo. Finalmente, neurônios do colículo inferior projetam para onúcleo geniculado medial do tálamo, sobre o qual você pode ler na próximaseção.

Todasasprojeçõesdepoisdaprojeçãocontralateralparaonúcleoolivarsuperiorsão ipsilaterais,significandoqueficamdomesmolado.Portanto,ogeniculadomedial do lado direito do corpo recebe principalmente entrada da orelhaesquerdaevice-versa.

Porqueamensagemauditivapassaporduasparadasdeprocessamentoantesdealcançar o tálamo? A resposta tem a ver com a localização do som. Tanto onúcleo olivar superior quanto o colículo inferior de cada lado do cérebrorecebemnãosóprojeçõescontralaterais,mastambémipsilaterais.Comparaçõesneurais entre as saídas de cada orelha configuram a codificação neural paralocalizar o som.No sistemaauditivo, a localizaçãodo somémediadaporumcálculo neural da diferença entre o volumedo some o tempode sua chegadaentre as duas orelhas. Esses cálculos requerem tempo neural preciso, o quesignificaquedevemocorrerbemnoiníciodofluxodeprocessamentoauditivo,omais próximo possível dos dois núcleos cocleares. A seção mais adiante“LocalizandoSons”entranosdetalhesdomecanismoparalocalizaçãodesom.

Emdireçãoaotálamo:OnúcleogeniculadomedialO núcleo geniculado medial de cada lado do cérebro recebe entradasprimariamentedaorelhadoladooposto.Asrespostasdosneurôniosgeniculadosmediaisparecemsersimilaresàquelasdonervoauditivo;ouseja,sãocódigosde

frequência para que cada célula retransmissora geniculadamedial prefira umabanda específica de frequência, similar à sua entrada de axônio do núcleococlear,esonsmaisaltosrecrutemmaiscélulasdisparandoemtaxasmaisaltas.

Alémdessassimilaridades, funções típicasdepropagaçãodeatençãotalâmicasquase certamente também ocorrem aqui. Por exemplo, se você “acha” queescutouumbarulhosuspeito,podeseconcentrare tentarouviraocorrênciadeoutroeventodessebarulho.Amelhorianeuraldeentradaauditivaassistida—sons que você tenta ouvir deliberadamente — é mediada em várias áreascerebrais,quenormalmenteincluemotálamo.

Processandosonsnocérebro:OlóbulotemporalsuperiorComo mostra a Figura 6-3, o núcleo geniculado medial do tálamo transmiteinformação auditiva para o lobo temporal superior em uma área levementeposterior ao meio do sulco superior. Essa área do lobo temporal superior échamadadecórtexauditivoprimário,ouA1.TambémconhecidacomogirodeHeschl.

O que varia com a posição dentro de A1 é a frequência à qual os neurôniosrespondem. Tal mapa de frequência é chamado de tonotópico. Assim comoimagensreaisnosistemavisualsãofeitasdepadrõesde linhasebordas,entreoutras coisas, reunidas como formas no córtex visual, o córtex auditivorepresenta padrões de frequências cuja combinação indica algum significado,comoapalavra“oi”ouumaportabatendo.

Outrosaspectosdosom,especialmentealocalização,tambémparecemouseremprocessados por neurônios emA1 ou dependerem de projeções deA1, já quelesões emA1 impedem a habilidade de uma pessoa de localizar a direção deondevemumsom.

AFigura6-4mostraocórtexauditivoprimárioeoutrasáreasimportantesparadiferenciarsons.

FIGURA6-4Ocórtexauditivoprimárioeoutrasáreas-chave.

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LidandocompadrõesauditivoscomplexosPertodaáreaauditivaA1háváriasáreasdeordemmaisaltasque,pornãoteremconvençãopadrãodenomes,sãonormalmentechamadasdeáreasdeassociaçãoauditiva.

MuitosneurônioscorticaisforadeA1respondemmelhorasonscomplexosouambientalmente relevantes do que a tons puros. Um exemplo de um somcomplexoéumtrinado,noqualafrequênciamudaenquantoduraosom.Foramregistradosneurôniosquerespondembemaoutrossonsreaisdoambiente,comochaves tilintando,portasfechandoouumamesasendoarrastadapelochão,emvezdetons.

Apreferênciacorticalparapadrõesdesomdeordemmaisaltaéclaramenteumtema comum no processamento cortical. Em níveis mais baixos (aqueles

próximosdaentrada)nosistemaauditivo(eoutrossistemassensoriaistambém),amaioriadosneurôniosrespondeàmaioriadosestímulos,comarepresentaçãoneuralprojetadaporumnúmerorelativamentepequenodelinhasdetransmissãodeaxônios.Nocórtex,neurôniosficammaisseletivos,preferindopadrõesmaiscomplexos demodo que, para um determinado som real, apenas umaminoriadosneurônioscorticaisresponda.Mascomobilhõesdeneurônioscorticaisestãodisponíveis,seureconhecimentoesuamemóriadesonsespecíficosestãoligadosaodisparodeumaporcentagemrelativamentepequenadeneurôniosespecíficoscujaatividadeéprópriaàqueleestímulo.Muitadaespecificidadenas respostasneuraiséalcançadaporaprendizadoeexperiência.

Ouvindocomsignificado:EspecializaçõesparalinguagemEmbora a diferenciação funcional entre áreas de processamento auditivo deordens superiores (depois de A1) continue incerta no presente, um fluxo deprocessamentoauditivoébemconhecidoporsuaimportâncianoprocessamentoda fala.Essa é a projeção daáreadeWernicke (área 22), localizada na bordaentreaparteposteriorsuperiordolobotemporaleoloboparietal.PacientescomdanosnaáreadeWernicketêmdificuldadesementenderalinguagem.Quandofalam,emboraodiscursosejafluente,énormalmentesemsentido,normalmentechamadode“saladadepalavras”.

AáreadeWernicketemmuitasconexõescomoutraáreadelinguagem,aáreade Broca, localizada no lobo frontal, imediatamente anterior às áreasmotorasque controlam a língua, as cordas vocais e outrosmecanismos da linguagem.DanosàáreadeBrocalevamadificuldadesdediscursofluente,masdeficitnacompreensão da fala só é realmente aparente para construções de sentençascomplexas,comoavozpassiva.

As áreas deWernicke eBroca,mostradas na Figura 6-4, estão localizadas noladoesquerdodocérebroempraticamentetodasaspessoasdestras(quase95%).Asituaçãoémaiscomplicadaparacanhotos.Umapequenamaioriadecanhotostambémtemalinguagemprimariamentedoladoesquerdo,masorestoatemdoladodireitodocérebro.

Algunspesquisadoressugeremquehádoistiposdepessoascanhotas:canhotosfortes, cujo cérebro realmente é invertido em relação a destros, e canhotosmisturados, cuja lateralização cerebral é igual à de destros, mas que, por umacaso, são canhotos. Algumas evidências sugerem diferenças correlatas emalgunstraçosentreosdoistipos,comcanhotosfortesescrevendocomamãoem

gancho“depontacabeça”,enquantocanhotosmisturadostendemaescrevercomamãoemumaposiçãoespelhadasimétricaàdeescritadedestros.

A identificação de áreas da linguagem do lado esquerdo constituiu uma dasprimeiras instânciasda lateralizaçãofuncionalconhecidanocérebro.Dadoquedanos à área de Wernicke do lado esquerdo causam distúrbios profundos noprocessamentodalinguagem,aquestãoquesurgeéqualfunçãoémediadapelaáreaespelhadasimétricadoladodireitodocérebro.Evidênciasrecentessugeremque danos à área 22 do lado direito resultam em inabilidade de processarprosódia na linguagem—mudanças de tonalidade e ritmo—, que transmitesignificado. Pacientes com esse dano, por exemplo, têm dificuldades emdistinguir sarcasmo versus questionamento versus outros tons de voz e, emparticular,não“entendem”piadaseoutrasformasdehumor.

Percebendomúsica:EutenhoritmoMúsica é outro estímulo complexo para o processamento de áudio que parecedependermaisdoladodireitodoquedoladoesquerdodocérebro,indicadopelofato de que amaioria das pessoas reconhecemelodiasmelhor com sua orelhaesquerda(ladodireitodocérebro).

Um fato interessante é que há um caso clínico de dano bilateral em áreasauditivas de ordem superior que resultou em uma perda bem específica.Chamada amusia, é uma condição em que a pessoa é incapaz de reconhecermelodias.Apesardaamusia,apacientetinhahabilidadenormaldecompreenderafalaesonsambientaiscomplexos,esabiaosnomesdasmúsicasdosdiscosquepossuía.Elasónãoconseguiareconhecerasmúsicasquandoeramtocadas.

LocalizandoSonsAlocalizaçãodafontedeumsomébemdiferentedelocalizá-lovisualmente.Aóticadoolhopreservaatopografiaentredireçãonomundoexternoeposiçãonaretina, que é mantida em projeções para centros visuais superiores. Mas asorelhas não codificam a direção auditiva em nenhummapa. Em vez disso, alocalização do som é calculada neuralmente no sistema auditivo porcomparaçõesneuraisentreasduasorelhas.Essecálculocomeçanonúcleoolivarsuperiorenocolículoinferioreérepresentadonodisparodascélulasnocórtexauditivo,querespondemmelhoraosomemanandodoalcancedeumaelevação

eazimute(direçãonoplanohorizontal)específicos.

Calculandooazimute(ângulohorizontal)O sistema auditivo usa dois métodos diferentes para calcular o azimute:diferençainterauraldeintensidadeediferençainterauraldetempo.

Essesdoismétodosfuncionammelhoremgamasdefrequênciacomplementares.O disparo de pulsos no pico de pressão sonora exato funciona melhor emfrequências baixas porque os axônios podem disparar rápido o suficiente paraseguirmaiscicloseficarnoqueéchamadobloqueiodefase.Poroutrolado,adiferença interaural de intensidade émaior para frequênciasmais altas do quemaisbaixas,porqueaprópriacabeçaenfraquecemais frequênciasaltasdoquebaixas.

DiferençainterauraldeintensidadeUmafontesonoraquenãoestádiretamenteemfrenteouatrásdoouvinteémaisaltanaorelhamaispróximadoquenamaisdistante.Algunsneurôniosnonúcleoolivar superior e no colículo inferior recebem entradas ipsilaterais econtralaterais.Essesneurôniossãodispostosparaquealgunsrespondammelhorquando as entradas são iguais entre asduasorelhas, enquantooutrospreferemporcentagens de força diferentes da esquerda versus direita. Esses neurôniosprojetamdemaneiraordenadaparaocórtexauditivo,ondealocalizaçãoauditivaé,então,representadapelaposiçãodasuperfíciedocórtex.

DiferençainterauraldetempoAposição da fonte de som também afeta o tempo relativo que este leva paraalcançarasorelhas.Amaioriadenósestáfamiliarizadoemcontarossegundosentre o tempoque vemos o raio e ouvimos o trovão, comumatraso de cincosegundosparacada1,6km.Ouseja,avelocidadedosomédeaproximadamente304metros por segundo, ou 0,3metro pormilissegundo.Se a cabeça humanatem (cerca de) 15 centímetros (0,15 metro) de largura, então a diferença notempodechegadaentreasduasorelhasparaumafontediretadeumladoédecercademetadedeummilissegundo.

Dadoquepotenciaisdeaçãoduramcercadeummilissegundo,vocêpodepensarque o sistema auditivo não seria capaz de resolver uma diferença de meiomilissegundo. Mas consegue! O tempo de chegada do som é codificado por

fibrasauditivas,porquedisparamnopicoexatodaondadepressãosonora,que,claro,tematrasoentreasduasorelhas.

O processo decodificador para a diferença interaural de tempo é requintado.Axôniosdosdoisnúcleoscoclearesfazemcaminhosdecomprimentodiferentesdaorelhaesquerdaversusadireitaparaonúcleoolivarsuperiorecolículo.Oscaminhos iguais para os neurônios de lá resultam em dois sinais chegando aomesmo tempo quando a fonte sonora está diretamente à frente ou atrás.Neurônios que recebem entradas com um caminho levemente mais longo daorelha esquerda versus a direita respondem melhor se o som estiverproporcionalmentemaispertodaorelhaesquerdadoquedadireita,paraqueospulsos cheguem ao mesmo tempo. Uma rede de neurônios com caminhos dediferentes comprimentos produz um mapa linear de neurônios, cada qualpreferindo uma direção diferente. Esse mapa também é projetado ao córtexauditivodemaneiraordenadaparaqueaposiçãorepresenteadireçãohorizontal.

LOCALIZAÇÃOAUDITIVAEMCORUJASCorujastêmumalocalizaçãoauditivatãoprecisaque,comapenasosomdomovimentodeumratoparaguiá-las,conseguemlocalizarepegarascriaturasnaescuridãototal.Porcausadessahabilidade,corujassãousadascomomodeloemvárioslaboratóriosparaestudodosmecanismosneuraisdelocalizaçãodosom.Pesquisadoresdescobriramque,entreoutrascoisas,asduasorelhasdacorujanãosãosimétricas,massãodispostasparaquehajaumadiferençadeintensidadeprocessadapelasorelhasemfunçãodeelevaçãoetambémdeazimute.

DetectandoelevaçõesEnquanto a cabeça estiver na vertical, não existe nenhuma diferença de sinalbinauralútilentreasduasorelhasparapermitirquevocêestimeaelevação,poisissodependedascaracterísticasdereflexãodefrequênciadopavilhão,ouorelhaexterna (veja a seção anterior “AOrelha: Capturando e DecodificandoOndasSonoras”eaFigura6-1).

A forma complexa do pavilhão funciona como filtro de frequência quandoreflete o somdependente de elevação.Quase todos os sons nomundo naturalconsistem de várias frequências em taxas particulares com as quais você se

familiariza.Ograucomqueopavilhãodistorceosomdizaoseucórtexauditivoaelevaçãodosom.

EuNãoConsigolheOuvir:SurdezeZumbidosComo em qualquer sistema, as coisas podem dar errado. Falhas no sistemaauditivo podem variar de profundas, como não ser capaz de ouvir nada, ameramenteirritantes,comozumbidoperiódiconasorelhas.Estaseçãoentraemalguns detalhes em duas condições— perda auditiva e zumbido—, e ambaspodemvariardesuavesaseveras.

PerdaauditivaA surdez ou surdez parcial pode ser congênita (desde o nascimento) ou oresultado de doença ou dano por sons altos. A surdez congênita é rara, secomparadaàadquirida,ocorrendoemmenosde1em1.000nascimentos.Cercadeumquartodoscasosdesurdezcongênitaédevidoamalformaçõesdaorelhainterna;asoutrascausassãodesconhecidas.

Ascausasdasurdezadquiridasãomaisfáceisdeapontar.Infecçõesseverasdaorelha interna podem causar surdez pela destruição ou comprometimento dostrêsossosdaorelhamédia.Chamadaperdaauditivacondutiva,nessacondiçãoas vibrações do som não são mecanicamente transmitidas do tímpano para acóclea. A otosclerose, crescimento de massas esponjosas nos ossos da orelhamédia, é uma perda auditiva condutiva hereditária que começa normalmenteentreos15e40anosdeidade.Émaiscomumemmulheresdoqueemhomens.A rubéolamaterna pode causar o nascimento de filhos surdos devido a danospelovírus.

Algumas infecções, entre outras causas desconhecidas, podem resultar nadoença de Mènière, uma perda parcial da função auditiva e vestibular(equilíbrio) devido a um mecanismo comum que afeta a cóclea e os canaissemicircularespróximosdelaquetrabalhamemequilíbrio.

Além do declínio relacionado à idade em sensibilidade de frequência alta(presbiacusia, que ocorre em quase todo mundo, especialmente homens), a

causa mais frequente de perda auditiva é o dano ao tímpano ou às célulasciliadasauditivas.Ostímpanospodemserdanificadosmecanicamenteporitensentrandonocanalauditivoouporaltapressão,comonocasodemergulhoemáguasprofundas.Barulhosaltospodemdanificaraaudiçãopermanentementeaodestruircélulasciliadasauditivas.Quantomaisaltoobarulho,menostempolevapara ocorrer a perda auditiva. Danos de células ciliadas auditivas sãopermanentes, mas próteses auditivas podem ser inseridas na cóclea paraestimularasfibrascocleareseletricamentepararestaurarumpoucodaaudição.

Ah,aquelesmosquitoszzzzzzzzzzzzzzzzzz:ZumbidosO zumbido é a percepção de um barulho nas orelhas e tem várias causas:infecções, alergias, reações a certos remédios e exposição a barulhos altos(muitosmúsicostêmzumbidos).

O chamado zumbido objetivo, que surge de espasmosmusculares nas orelhas,pode ser detectado por médicos com instrumentos especiais que detectam obarulho em si. O zumbido subjetivo pode surgir de várias causas, mas éfrequentementeassociadoàperdaauditiva.

Há alguns tratamentos universalmente eficazes para zumbidos,mas, em casosextremos, alguns pacientes usam fones de ouvido que produzem barulho paramascarar o barulho do zumbido com ruído branco gerado eletronicamente,dando algum alívio. Em casos extremos, alguns pacientes optaram portratamentos cirúrgicos, no qual o cirurgião lesiona (destrói) alguns nervosauditivos para alívio, mas que também reduz a audição normal. Às vezes ozumbidotambémpodeaparecerderepenteeentãodesaparecerdentrodealgunsmeses.

D

Capítulo7OdoresePaladar

NESTECAPÍTULO

Entendendoosentidodoolfato

Observandoosmecanismosparaoprocessamentodopaladar

Reconhecendoaconexãoentreolfatoepaladar

Aprendendocomoascoisasdãoerradocomessessentidos

eixeumcachorro sair evocê imediatamenteobservaráqueeleviveemum mundo de cheiros. Ele corre por aí em um padrão complexo,

cheirando, movendo-se e cheirando novamente. Depois de um minuto, seucachorro sabequaisoutrascriaturasestiveramemseuquintal,oque fizerameprovavelmente quando fizeram. Cachorros e outros mamíferos vivem em ummundo olfativo que é praticamente invisível para humanos. O nariz doscachorroscontémmaisoumenosumbilhãodereceptoresolfativos,umnúmeropraticamente igual ao total de neurônios do cérebro desses animais.Humanosdevemsevirarcomcercade10milhõesdereceptores—umdécimodoqueoscães têm —, que se projetam em um cérebro sobrecarregado por outrasinformações,emsuamaioriavisuais.

Enquantosentidoscomovisãoeaudiçãosãodetectadoscomoenergia(fótonsdeluz e ondas sonoras), oolfato envolvedetectar substâncias reais domundo.Ooutro sentido que envolve detecção de substâncias é o paladar, que funcionacomo um portal de prazer/dor para o corpo, encorajando-nos a ingerirsubstânciasquesãodocese,àsvezes,salgadas,quegeralmentesãonecessáriaspara nutrição, e nos desencorajando a comer muitas substâncias amargas eazedas, que podem ser tóxicas ou estar estragadas. Receptores de paladarocorrem em quatro tipos principais, principalmente na língua. Mas detectargostos complexos, referidos como sabores, requer cheirar simultaneamente o

que estamos provando. (Se você tampar o nariz, por exemplo, achará difícildistinguirsubstânciascomocereja,chocolateoucafébaseadoapenasnogosto.)

Opaladar,comooutrossentidos,étransmitidodotálamoparaocórtex,sendooolfatooúnicosentidoqueprojetadiretamenteaocórtex,sempassarpelotálamo.O sentido de odor não talâmico dá origem ao comportamento cuja causa nãopercebemos conscientemente, como alguns aspectos da atração sexual. Estecapítuloexplicacomoambosessessentidosfuncionam.

QueCheiroÉEsse?Seja de botão, arrebitado, grego ou aquilino, seu nariz tem umpapel tanto narespiraçãoquantonacaptaçãodeodores.Elefiltra,aqueceeumedeceoarquevocêrespiraeoanalisaparaentenderosodores.

Essa análise começa com os receptores olfativos no teto do seu nariz (veja aFigura 7-1).Os neurônios receptores olfativos têm cílios grudados nomuco eque se alinham no teto do nariz. Essa camada de muco é chamada mucosaolfativa, que vem do latim para o que significa, mais ou menos, “muco docheiro”.Oscíliostêmreceptoresquerespondemaodoresdiferentes.

FIGURA7-1:Receptoresolfativos:omundocomoumensopadodefragrâncias.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Os receptores olfativos funcionam de modo parecido com outros receptoresmetabotrópicos para neurotransmissores (veja o Capítulo 3), exceto que umamoléculadomundoseligaaumreceptorefazorestantedoprocessoacontecer.A neurotransmissão no resto do cérebro envolve um neurônio pré-sinápticoliberandoumneurotransmissorqueseencaixageometricamenteemumaporçãodeumreceptorpós-sináptico.Emreceptoresmetabotrópicos,essaligaçãocausaumasegundacascatademensageirosdentrodacélulaqueresultanaliberaçãodemensageirosintracelularesqueseligamdoladodedentrodeoutrosreceptoreseabrem outros canais. Com o sentido do olfato, há mais de 1.000 tipos dereceptores olfativos que respondem a odores do mundo e ativam o sistemanervoso. Amaioria dos receptores olfativos vive apenas algumas semanas oumeses e são constantemente substituídos. Eles são o primeiro exemploconhecido de neurogênese adulta, a geração de novos neurônios no sistemanervosoadulto,queagorasesabequetambémocorrenohipocampo.

O olfato surge de moléculas do mundo ligando-se a tipos específicos dereceptores, seguido pelo cérebro analisando o resultado. Cada um dosaproximadamente1.000receptoresolfativosdiferentesrespondeamuitosodoresdiferentes, e cada odor se liga a um subconjunto um tanto diferente dessesreceptores.Dessamaneira,cadaodortemumaúnicaassinaturadeatividadedoreceptor. O cérebro identifica o odor dessa assinatura. Em mamíferos menosdominados pela visão do que humanos, boa parte do cérebro é dedicada aoprocessamentoolfativo.

ClassificandoascoisaspelobulboolfatórioEmhumanos,cercade10milreceptoresolfativosouolfatórios,consistindodecercade1.000tiposdiferentesdereceptores,projetamaobulboolfatório,ondehá cerca de 1.000–2.000 zonas receptoras diferentes chamadas glomérulosolfativos.Ofatodequeonúmerodegloméruloséquaseomesmoqueonúmero

de tipos de receptores olfativos não é só uma coincidência: a maioria dosglomérulos recebe entradas de principalmente um único tipo de receptor. Sevocê tirasse uma foto do que acontece no bulbo olfatório quando alguém estácheirando um odor específico, veria um padrão de atividade pelos glomérulosqueconstituiaassinaturaparaesseodor.

Entretanto, o processo é um pouco mais complicado que o receptor tipo Acheirandorosas,oreceptortipoBcheirandotortaseoreceptortipoCcheirandomeiassujas.Cheirosreaisnomundosãoformadosporumamisturacomplexadeodores.O cheiro da sua xícara de café, por exemplo, contémpelomenos 100tipos diferentes de moléculas produtoras de odor, o que significa que 100assinaturas diferentes são sobrepostas pelos glomérulos olfativos.Ou seja, seucérebro ainda precisa fazer um pouco de processamento antes que possareconheceroqueestábebendo.

ProjetandoporcaminhosdiferentesO bulbo olfativo tem várias projeções principais. Essas projeções são únicasentreossistemassensoriais,poisvãodiretamenteaváriasáreasdocórtexsemretransmitir pelo tálamo primeiro. A Figura 7-2 mostra o esquema geral deprojeçãoolfativa.

FIGURA7-2:Osistemaolfativonocérebro.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Obulboolfatórioprojetaparaestasáreasdocórtex:

»Ocórtexorbitofrontal:Aprojeçãoorbitofrontalmedeiaadiscriminaçãoconscientedeodores.

Aáreaolfativadotálamo(otálamomediodorsal)éalcançadaporumaprojeçãoretransmitidadocórtexorbitofrontal,enãodiretamentepelobulbo.Comoaatividadenotálamoénormalmentenecessáriaparaaconsciênciadequalquerentradasensorial,esseciclodiretodeveserevoluídoparapermitiraconsciênciaeaatençãoaosodores.

»Ocórtexpiriforme:Aprojeçãoparaocórtexpiriformeéumcaminhoantigoquepossibilitaadiscriminaçãoreativaeinconscientedeodores.

»Ocórtexentorrinal:Projeçõesaocórtexentorrinal,amígdalaehipocampopermitemquevocêselembredeodoresqueforampartedeumaexperiênciaimportante.Aprojeçãodaamígdalaao

hipotálamomedeiarespostashormonaisaodores.

As próximas seções trazem os detalhes sobre alguns caminhos-chave que asprojeçõestomameoqueoscientistaspensamqueelessignificam.

FazendoocicloentreocórtexorbitofrontaleotálamomediodorsalOcicloentreotálamomediodorsaleocórtexorbitofrontalmedeiaaatençãoeoutrosaspectosconscientesdadetecçãodeodores.

Muitosneurocientistasacreditamqueotálamoéumdoscontroladorescentraisdafunçãocerebral.Elefuncionacomoumpolicialdetrânsitoemumacidadenaqualtodasasruasseencontramnocentroparaqueasmensagensmaisurgentespossam apenas ir de uma parte do cérebro à outra sob ordem do policial. Aconsciênciaenvolveocontroletalâmicodequaisáreasdocérebrosecomunicamcomoutrasáreas.

De acordo com essa ideia, animais mais primitivos que mamíferos tinhamsistemassensoriaisqueforaminicialmenteseparadosealtamenteespecializados;circuitos visuais mediavam o comportamento visual, circuitos auditivosmediavam respostas a vários sons, e assim por diante. Mamíferos, por outrolado, parecem ter erguido um novo sistema sensorial unificado que sempreenvolveuumcicloentreotálamoealgumaáreadoneocórtex.Nesseesquema,“áreasdeassociação”talâmicascontrolamotráfegoporváriosnúcleostalâmicosespecíficos a cada sentido. Esse sistema talâmico-neocortical é semelhante auma nova rodovia interestadual que conecta os principais centros em altavelocidade,desviandodevelhasrotasecidadesmenores.

A explicação para a diferença entre os outros sistemas sensoriais e o sistemaolfativotemavercomofatodequeosistemaolfativojáerabemdesenvolvidonos primeirosmamíferos. Para ampliar ametáfora da interestadual, imagine oque acontece quando uma interestadual precisa cruzar uma grande cidade. Aestruturadainterestadualélimpaeregularforadacidadeondeéconstruídaparaumaespecificaçãoeficiente,masdentrodacidadeváriasexceçõeseconcessõesforadopadrãoprecisamser feitas.Aeradosistemaolfativobemestabelecidoforçou o cérebro a “hackear” um caminho talâmico, projetando do córtexolfativoparaumaáreadecomutaçãono tálamo,queentãoprojetadevolta aocórtexdemaneirasimilaraosoutrossentidos.

Acomutaçãotalâmicaemecanismosdeintegraçãosignificamque,quandovocê

encontra um incêndio, também vê chamas, ouve os estalos e cheira a fumaçacomo uma experiência única, a qual também inclui lembrar o gosto de algoqueimandoeadordetocaralgoquente.

ProjetandoparaocórtexpiriformeeparaaamígdalaOurasprojeções significativasdobulboolfatório sãoparaocórtexpiriformeeparaaamígdala.

Umaspectodoolfatoqueodiferenciadosoutrossentidoséquefrequentementeele gera intrinsecamente uma resposta emocional. Embora imagensperturbadorasesonstambémgeremrespostasemocionais,essareaçãoconstituiuma minoria de nossa experiência normal visual e auditiva (eu espero!). Emcontraste,umagrandeporcentagemdecheirosevocareaçõesemocionais,sendoou imediatamente repugnantes ou desagradáveis (como cheiros emitidos porinsetosfedorentosegambás)ouagradáveis(comooaromadepêssegosfrescosoubiscoitosdechocolateassando).

As projeções diretas do bulbo olfatório para o córtex piriforme e amígdalaparecem ser parte de um circuito neural que medeia comportamentos deaproximação/recuo para cheiros. Alguns desses comportamentos são inatos(genéticos). Por exemplo, desde o nascimento, cheiros doces são agradáveis,enquanto cheiros ácidos e sulfurosos são rejeitados, como demonstrado emfilmesdeexpressõesfaciaisderecém-nascidosquandoosbebêssãoexpostosataischeiros.

Outros odores, como os de queijo, são aprendidos. Crianças normalmente seafastam do cheiro de queijo azedo inicialmente, mas aprendem a gostar maistarde. O oposto ocorre quando comida estragada é ingerida. Até um pequenoincidentepodedispararumaaversãoeternaàquelacomida,mesmoquandonãoestáestragada.Aaversãoaprendidaaocheiroenvolveprojeçõesparaaamígdalaeohipocampo,quesãoasprincipaisestruturasdeorganizaçãodememórianocérebro(vejaoCapítulo2parasabermaissobreessasáreascerebrais).

ProjetandoparaocórtexentorrinalehipocampoEmtodososoutros sistemassensoriaisalémdosistemaolfativo,os receptoresperiféricos projetam ao tálamo e uma sucessão de áreas corticais, que por suavezprojetamparaestruturasdememóriacomoocórtexentorrinalehipocampo.O córtex entorrinal é um tipo de processador frontal “pré-classificador” paraentradasdohipocampo,oqualpossuiamaioriadassinapsesassociativas.

Osistemaolfativo tem,noentanto,mantidoumvelhopadrãonoqualobulboolfatórioprojetadiretamenteaessasestruturas.Essecaminhosepreocupacomassociaçõesdememóriadecheirosbemuniversais,comoalgoapodrecendo,emvezdecheirossofisticados,comocafécomavelãechocolateamargo,osquaisrequerem uma ordem maior de processamento cortical para estabelecer suaidentidadeantesdeseremarmazenadosnamemória.

ProjetandodiretamentenaamígdalaAamígdalaficalogoemfrentedohipocampoetemfunçãodememóriasimilar,exceto por ser especializada em lidar com formação de memóriaemocionalmente saliente. Isso significa que (1) a amígdala recebe entradas deestruturas como o bulbo olfatório, porque certos cheiros têm aspectosemocionais intrinsecamente fortes, comodejetos humanos e comida estragada,doladonegativo,eodoressexuais,doladopositivo.Issosignificatambémque(2) a amígdala se comunica com áreas do lobo frontal, como o córtexorbitofrontal, que estão envolvidas no controle e na iniciação decomportamentosaltamenteemocionaiseenvolvemcircuitosde recompensanocérebro.

EspecificandomaisnocórtexorbitofrontalComo já mencionado, os neurônios do bulbo olfatório em cada glomérulotendemareceberentradasdomesmotipodereceptorentre1.000diferentestiposde receptores,mas cada um deles responde amuitos odores.Os neurônios nocórtexorbitofrontal, no entanto, sãomuitomais específicos: respondembemamuitomenosodoresdoqueosreceptoresolfativosouosneurôniosglomérulos.

Essa característica do odor é similar à característica cortical encontrada emoutrossistemassensoriais.Porexemplo,nosistemavisual,amaioriadascélulasna retina e no tálamo respondem a praticamente qualquer aumento oudiminuição de luz em alguma área,mas células corticais respondem apenas abordascomumaorientaçãoespecíficae,àsvezes,apenasquandosemovememumadireçãoespecífica.Pode-sedizerqueocórtexvisualdetectaacoincidênciadecaracterísticaslinearesalinhadas.Ocórtexolfativo,poroutrolado,detectaacoincidência de cheiros ocorrendo simultaneamente, como os mais de 100cheirosdistintosqueformamoaromadequalquertipoespecíficodecafé.

Ocórtexorbitofrontaltambémtemumpapelemsuaspercepçõesdesaborenoaprendizado:

»Gerandoapercepçãodosabor:Osneurôniosnocórtexorbitofrontalcombinamcheiroscomgostosparagerarapercepçãodosabor.Aocombinaressesdoissentidos,vocêpodedistinguirmaisfacilmenteentrecoisascomochocolateecafé.Semosentidodoolfato,comoquandosuamucosaolfativaestáalteradaporqueseestáresfriado,acomidaficasemgostoemenospalatável.

»Aprendendoquaiscomidasevitar:Ocórtexorbitofrontaltambémtemumpapelnoaprendizado.Adultosconsomemcomidasdiferentesquenãosãoigualmentepalatáveisparacrianças,comotodomundoquejátentoufazerumacriançacomerbrócolisouespinafresabe.Duranteodesenvolvimento,humanosaprendempelaexperiênciaculináriaadescobrirmuitosalimentosbempalatáveisdosquaisinicialmentenãogostavam.Podemostambémaprender,mesmoapartirdeumaúnicaexperiênciaruim,aevitarcertosalimentosdequeumdiagostamos.Issofuncionaporqueocórtexorbitofrontalcodificaumarepresentaçãoespecíficadoalimentoqueincluiodoresabor,eessarepresentaçãoécombinadanaamígdalacomaexperiênciadesagradáveldedordeestômagooupior.Encontrosfuturoscomacomidaqueprovocouodesconfortodisparamamemóriarepresentativadocórtexamígdala-orbitofrontal,queprogramaumarespostaemocionalnegativaeafuga.

FEROMÔNIOSHUMANOS:MITOOUEQUÍVOCO?Sabe-sebemqueocheirocontribuimuitoparaocomportamentosexual.Oquenãosesabetantoéquemuitodacontribuiçãodoolfatoocorreinconscientemente.Porexemplo,oolfatoinduzaumaorientaçãoaosexooposto,mesmoquenãoestejamosgeralmenteconscientesdequeocheirotemalgumpapel(emborausarperfumetorneaconexãoentrecheiroeatraçãomaisóbvia).Hámuitosesabeapartirderelatos,emaisrecentementefoiprovadoporpesquisacontrolada,quemulheresquevivememproximidadefísicatendemasincronizarseusciclosmenstruaisinconscientementepeloolfato.

Onarizcontémoutroórgãodocheiropróximodoossovômer,oórgãodeJacobson.Esseórgãopodeterreceptoresparaodoressexuaishumanosquesãoinconscientementeprocessadosemestruturasdosistemalímbicocomoaamígdalaequeinfluenciamemcomportamentossexuaiscomoosjámencionados.

Otermobiológicotradicionalparaumodorqueinfluenciaacomunicaçãointerindividualespecíficadeespéciesequeafetaumcomportamentoéferomônio.Houvealgumascontrovérsias(emboraestejamdiminuindo)sobreusaressetermoparaacomunicaçãodeodorhumano.Oprimeiroaspectodacontrovérsiaébiológico.Atérecentemente,muitospensavamquehumanosnãotinhamumórgãovomeronasal(enóstemos).Asegundarazãoémaisfilosóficaoupolítica:deve-seusarumtermoparasereferiràmediaçãodecomportamentoemanimaisparahumanosconscientes?

Independentedotermousado,acomunicaçãodeodoresocorreentrehumanos,usandoodoressimilaresàquelesusadosemoutrosanimais(eéporissoqueperfumessãofrequentementefeitosdeextratosdeglândulasolfativassexuaisdeanimais),eessesodoresagememreceptoresemumaestruturasimilar,têmprojeçõescentraissimilareseresultamemefeitoscomportamentaisinconscientes.

TendoBomGostoUmarazãodosucessoevolucionáriohumanoéquesomosonívoros.PortodaaTerra encontram-se pessoas que comem qualquer coisa que tenha valornutricional.Para isso,humanosdevemsercapazesdediscriminarentreplantastóxicasounão,frutasverdesemadurasecarnefrescaouestragada.Comovocêsenteogostodoque já estána suabocae estáprestes a engolir, vocêprecisafazeressadiscriminaçãorápidaeprecisamente.

O paladar, como os outros sentidos, começa com um conjunto de receptores.Esses receptores residem na língua em estruturas chamadas papilas (veja aFigura7-3).Elasaparecemcomopequenasprotuberânciasvisíveisnalíngua(asquaisvocêprovavelmentepassoualgumtempoobservandoquandoeramenor!).

FIGURA7-3:Alínguaeseusreceptoresdegosto.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Háquatrotiposdepapilas:filiforme,fungiforme,foliáceaecircunvalada.Comaexceção da filiforme, todas as outras (coletivamente chamadas de papilasgustativas) contêmas células receptoras gustativas.Vocêpode encontrar essaspapilasnaponta,naslateraisenofundodalíngua.Ogostoocorrenessasáreas.Aporçãocentraldalínguatemquaseexclusivamentepapilasfiliformes;ogostonão ocorre lá (as papilas filiformes têm uma função mecânica em algumasespécies, queusamessapartemais ásperada línguapara empurraro alimentoingerido).

Alínguadiscriminante:OsquatrogostosbásicosCadapapilagustativatemdecincoadezcélulasgustativasqueelaboramcílios

quedetectamsubstânciasdesabor.O totalem todasaspapilasgustativasédecercade10milcélulasgustativas,eamaioriadaspapilas temreceptoresparavários sabores. As células gustativas vivem apenas algumas semanas e sãoconstantementesubstituídas.Asensação“básica”dogostoenglobaessessaboresbásicos: doce, salgado, amargo e azedo,mais umquinto gosto básico,umami,quefoirecentementeadicionadoporpesquisadoresquelocalizaramumtipodereceptor específico para ele. Esse receptor responde particularmente bem aoaminoácidoL-glutamato.(Apalavraumamivemdotermojaponêsquesignifica“gosto saboroso e agradável”.) A experiência do umami é a de um gostosemelhante ao da carne, parecido com glutamatomonossódico. Há receptorespara umami, como os outros sabores “clássicos”, em toda a língua, e sãorepresentados em cada uma das três morfologias de papilas gustativas(fungiforme, foliácea e circunvalada). Tambémpode haver receptores deCO2quesãoativadosporlíquidoscarbonados.

A ideiadifundidade forteespecialização regionalda línguaparadeterminadosgostos—ou seja, que você sente coisas doces emuma área da língua, coisasazedasemoutra, coisas salgadasemoutra, eassimpordiante—veiodeumatraduçãoerradadeumartigodofamosopsicofísicoalemãoEdwinG.Boringnavirada do século XX. Na verdade, como menciono, a maioria das papilasgustativas tem receptoresparadiversos sabores.Contudo, emumaescalamaissutil,algumasevidênciaspermanecemparaogostorelativamenteaumentadopordoce na frente da língua e amargo no fundo, com variação individualconsiderávelmesmonestatendência.

DoceOgosto doce émediado por receptores que respondem a açúcares, a fonte deenergia do metabolismo. Na história evolucionária humana, obter energiasuficienteeraquasecertamenteaprincipaldemandadeingestãodealimentos,ehumanos são geneticamente programados para gostar do sabor de sacarose eoutrosaçúcares.Naverdade,muitos receptoresgustativoshumanos respondemexclusivamente ao açúcar. Infelizmente, enquanto comer o quanto quisesse dequalquer coisa doce que pudesse ser encontrada fosse adequado para nossosancestrais distantes, o consumo excessivo de alimentos doces na eramodernaforçouamaioriadenósausaradisciplinaedietas,ouarriscarsetornarobeso.

SalgadoOutrorecursolimitadonomundonaturaléosal(NaCl),queconstituioprincipal

íon no fluído por nossos corpos. Como os receptores de doces, um grandenúmerodereceptoresgustativosrespondequasequeexclusivamenteaosal.Noentanto, outros sais, como o cloreto de potássio (KCl), também ativam essesreceptores.Comocomosdoces,odesejoinatodehumanosporsal,combinadocom sua disponibilidade imediata, hoje pode facilmente resultar em consumoexcessivo,levandoàsvezesàhipertensãoeoutrosproblemasdesaúde.

AzedoOgostoazedoéresultadodahabilidadededetectaraacidez,entãoreceptoresdeazedo reagem a íons H+. Como a acidez pode ser uma característica dealimentos que são bempalatáveis (como chucrute e limões), assim comoumacaracterísticaqueindicadeterioração(penseemleiteazedo),areaçãoaogostoazedoébemcomplexaedependedoaprendizado.

AmargoO amargor, assim como a acidez, é às vezes, mas não sempre, um sinal detoxicidadealimentaroudeestarverde.Asubstânciaqueexemplificamelhorogosto amargo é a quinina. Nós aprendemos pela experiência que algunsalimentos com gosto amargo devem ser evitados, enquanto outros alimentospodemterumlevetoquedeamargorenãooferecerproblema.Algunsaspectosdogostopicantepodemsermediadospelarespostalevementeardidatransmitidapelaativaçãodonervotrigêmeo.

Enviandoamensagemdogostoaocérebro:CodificaçãodogostoComoexplicoanteriormentenestecapítulo,hácercade1.000tiposdiferentesdereceptoresparaoolfato,eosreceptoresolfativosprojetampararegiõesdetiposespecíficos de receptores no bulbo olfatório.A situação como paladar émaissimples no sentido de que há apenas cinco gostos básicos. Por outro lado, aprojeçãoparaocérebropor tiposde receptoresde sabordiferentesnão resultaemumaespecializaçãoespacialportipodereceptor.

ProjetandoaotroncocerebralatravésdacordadotímpanoedonervoglossofaríngeoComo jádescrito, cadapapilagustativa temmúltiplas (de cincoadez) células

receptorasdesabor,comamaioriadaspapilastendopelomenosumdecadadoscincotiposbásicosdereceptores.Ascélulasreceptorasdesaborprojetamaumaárea do tronco cerebral chamada núcleo do trato solitário na medula (veja aFigura7-4)atravésdedoisnervosdiferentes:

»Acordadotímpanocarregaamensagemdopaladardamaiorpartedafrentedalíngua(principalmentepapilasfungiformes).

»Onervoglossofaríngeocarregamensagensdepapilasfoliáceasecircunvaladas,edealgumaspapilasfungiformestraseiras.

FIGURA7-4:Projeçõescentraisnocaminhodopaladar.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Nãohádiferençaclaranas funçõesdessesdoiscaminhos.Receptoresdesaborprovavelmente evoluíram de receptores somatossensoriais mais gerais queprojetavampornervosdiferentesdafrenteedetrásdalíngua.

CodificaçãodistribuídaversusrotuladaemlinhaCada axônio do nervo corda do tímpano recebe entradas de várias célulasreceptorasdesabor.Asfibrasnervosasmuitoseletivas,comoalgumasfibrasdesal, recebementradasquaseexclusivamentede receptoresde sal.Outras fibrasda corda do tímpano recebem umamistura de entradas de diferentes tipos decélulasreceptorasparaquerepresentemoutrosgostosporumpadrãodedisparospelasfibras.

Emoutraspalavras,asmensagens transmitidaspor fibrasdacordado tímpanopodemserconsideradascomorotuladasemlinha(respondemapenasasal,porexemplo) ou distribuídas (respondem a vários sabores espalhados por váriasfibras):

»Codificaçãodistribuída:Umagrandeporcentagemdereceptoresdesaborrespondemaalgumgrauporsaboresdoce,salgado,azedoeamargo,deixandoparaoscentrossuperioresdocérebroaidentificaçãodosabordataxadeativaçãodoreceptordistribuídaporváriosreceptores.

»Codificaçãorotuladaemlinha:Algunsreceptoresdesale,emalgumamedida,dedoceparecemseraltamenteespecíficos,entãonossocérebropodeconsideraraativaçãodessesreceptoresrotuladosemlinhacomoparadoceousalgado.

A ideia de um código disparado por fibras gira em torno do que a célula nocérebropode“saber”sobreosabordisparandoemqualquerfibraemparticular.Algumas das fibras de sal, por exemplo, são exclusivas o suficiente em suasrespostas a sal para que você possa interpretar a taxa do potencial de açãodisparandocomoumamensagemrotuladaemlinhadaquantidadedeNaCl(ousaissimilarescomoKCl)presentes.Masemumcódigodistribuído,asfibrasdacorda do tímpano respondem amplamente, e você não pode interpretar osdisparoscomoqualquersaborespecíficosemcompararosdisparosemumafibracomosqueocorrememoutrasfibras.Osneurôniosaqueessasfibrasprojetam

nocórtexrealizamessacomparaçãoepermitemidentificaçõesdesaboressutisecomplexos.Essainformaçãoécombinadacomosentidodoolfatoparaosentidosofisticadodogostochamadosabor.

Outros sistemas sensoriais usam ambas as estratégias de codificação.O que éúniconopaladaréqueacombinaçãoexistenomesmonervo.

IdentificandoelembrandodosgostosSinais de células do paladar vão ao cérebro por várias rotas diferentes (veja aFigura7-4).

»Receptoresnafrenteenaslateraisdalínguaprojetamviacordadotímpano.

»Aquelasnofundodalíngua(principalmentereceptorescircunvaladosefoliáceos)projetamvianervoglossofaríngeo.

»Algunsreceptoresdepaladarnabocaenalaringeviajamatravésdonervovago.(Nota:Hátãopoucosdessesreceptoresdepaladarcomparadosàquelesnalínguaquenãoosdiscutoemdetalhe.)

Todosostrêsnervosprojetamaonúcleodotratosolitário(NTS),localizadonamedula.Neurônios do paladar noNTS recebem outras entradas quemodulamseus disparos, associados com a saciedade. Por exemplo, comer substânciasdoces reduzirá, depois de algum tempo, as respostas de neurônios NTS querespondemaodoce, oque, por suavez, reduziráquantoprazervocêobtémsecontinuarcomendocoisasdoces. (Resumindo,éumadasrazõesdevocêpodercomer uma certa quantidade de barras de chocolate antes do seu corpo dizer:“Chega!”)ONTSprojeta para a porçãodogostodo tálamo, o tálamoventralposteromedial(VPM).Asconexõesrecíprocasentreessaáreatalâmicaeasáreasdeprocessamentocorticalparaogostomedeiamaconsciênciada sensaçãodesabor. Lesões no VPM causam ageusia, a perda do sentido do paladar, porexemplo.

O tálamo VPM projeta para duas áreas do neocórtex: a ínsula e o córtexopérculo frontal (veja a Figura 7-4). Essas são ambas consideradas áreas

“primárias” corticais de gosto. O lobo insular é um pequeno lobo corticaldistinto na função dos lobos parietal, frontal e temporal. O córtex opercular(opérculo significa “tampa”) fica logo acima da ínsula. Essas duas áreasgustativas primárias são evolucionariamente antigas e embutidas em umcomplexo de circuitos corticais que também são afetados pelo olfato e pelavisão, e parecem estar envolvidas em saciedade, dor e algumas funções dehomeostase.

Aínsulaeocórtexopercularprojetamaocórtexorbitofrontal,ondetambémsãocombinadoscomsinaisolfativosparadeterminarosabor,o“gosto”complexoderivadode uma combinaçãode gosto e cheiro.Eles tambémprojetampara aamígdala,quemedeiaamemóriaparaexperiênciasemocionalmentesalientes.Aamígdalaprojetadevoltaaocórtexorbitofrontal.

Ocircuitocortical,juntodaamígdala,permitequevocêassocieavisão,ocheiroeogostodealimentosbemespecíficoscomsuaexperiênciaantesedepoisdeingeri-los.Suasexperiênciascomalimentosprogramam,então,suaspreferênciaseváriosdisparosparaafomeaoveroucheiraralimentos.

OPapeldoAprendizadoedaMemórianoPaladarenoOlfatoEntãocomoéquevocêaprendeagostardaquelechiliapimentadoquefezvocêquaseengasgarquandocomeuaprimeiragarfada?Éimprovávelqueaespéciehumana tenhaevoluídodurante tanto tempopara terumapredileçãoespecíficapeloFive AlarmChili doChef Pancho. Em vez disso, embora você possa terachado o gosto muito forte inicialmente, depois de algumas mordidas seusreceptoresseadaptaram(oumorreram!),evocêachouosabor(combinaçãodaexperiênciadegostoecheiro)bemagradável.

Ocórtexéadeptodamodificaçãodaatividadeneuralapartirdaexperiênciaparamelhorar adetecçãoe adiscriminação.Seos cientistas registrassemneurôniosem seu córtex orbitofrontal enquanto você comesse esse chili (algo que já foifeitocommacacos—comalgodiferentedechili,claro),elesveriamneurônioscujosdisparosaumentaramasassociaçõescombinadasentreogostoeocheiroespecíficosdoFiveAlarm doPancho.Enquantoumnovato emchili não seriacapazdediferenciarochilidoPanchodochilideoutrocozinheiro,umcliente

regulardoPanchopoderiaperceberadiferençaimediatamente.

Comernãoésóumaquestãodecheiraresentirogosto.A texturadacomida,queépercebidapormecanorreceptoresduranteamastigação,éumcomponenteimportantedoprazerdecomer.Essaéumadasrazõespelaqualaspessoasquenascemsemacapacidadedesentirgostooucheiroaindagostamdecomer,eporque a atenção e a manipulação da textura é parte do tratamento de todos osrestaurantes de alta qualidade (veja o Capítulo 4 para informações sobremecanorrecepção).

FaltadePaladareProblemasnoOlfatoFrequentementetendemosanãoperceberovalordopaladaredoolfato.Comojámencionado,quandotemosumresfriadocomcongestãonasal,nossosentidodo olfato pode ser severamente comprometido, e, com ele, nossa sensação desabor (a combinação de olfato e paladar). Entretanto, nossa falta de apetitequando estamos doentes não seria uma boa situação permanente, porqueprecisamoscomer regularmenteparapermanecervivos.Decertomodo,somostodos “viciados” em comida, que é geralmente uma coisa boa e necessária(quandosomoscapazesdenoscontrolarnafiladoself-service).

PoucoounenhumolfatoAspessoasvariamemsuahabilidadededetectarediscriminarodores.Mulherestendem a ter um sentido de olfato melhor do que homens. Pessoas comesquizofrenia muitas vezes têm algumas deficiências no sentido do olfato(pesquisadores achamque isso está ligado a problemas neurais gerais no lobofrontal). Algumas pessoas, no entanto, não têm sentido do olfato, o que échamadodeanosmia.Algunsnascemsemosentidodoolfato,eoutrospodemperder um pouco ou todo ele devido a danos cerebrais ou danos à mucosa

olfativa.Exposiçãocontínuaa substânciasnocivasquedanificamo tecido,porexemplo,podeteresseefeito.

Há também pessoas que congenitalmente não têm o sentido do paladar(ageusia), embora a falta total do paladar sejamuito rara.Mais comum é umsentidobempobredopaladar(hipogeusia),quepodetambémserassociadoouaté causado por danos na mucosa olfativa (neste caso a anosmia leva àhipogeusiadevidoaoenvolvimentodoolfatoepaladar).Ahipogeusiatambéméraracomocondiçãocongênita,maspodeocorrercomooresultadodedanosnonervo (como na corda do tímpano) devido à doença ou lesão. Hipogeusiatemporárianormalmenteacompanhaalgumasquimioterapias.Oenvelhecimento,emgeral, tendea reduzira sensibilidadeagostosamargos. Issodáàscriançasuma justificativa para suas reclamações sobre alguns vegetais serem muitoamargosparaelasquandonãoosãoparaseuspais.

TRANSPLANTANDONEURÔNIOSOLFATIVOSNormalmente,receptoresolfativosmorremenovossãogerados,emumciclocontínuo,mesmoemsistemasnervososadultos.Issoéincomumquandocomparadoaoutrossistemassensoriais.Nosentidodavisão,porexemplo,neurôniosmortosnaretinaenacócleanãosãonormalmentesubstituídos,easperdassãopermanentes.Algumaspesquisasforamdirecionadasparaotransplantedeneurôniosdamucosaolfativa(principalmenteascélulasolfativasembainhadas,umtipodecélulatronconosistemaolfativo)emáreasdanificadasdocérebrooudamedulaespinhalnaesperançadequeascélulasolfativasnãosóregeneremaáreacomotambémseconvertamemtiposneuronaisespinhaisoucerebraiseseintegremfuncionalmenteemcircuitosneuraisdanificados.UmapatenteparaessetratamentodetransplantefoiapresentadaporRhawnJoseph,Ph.D.,doBrainResearchLaboratoryemSanJose,Califórnia.TestescomhumanosforamconduzidosemPortugalenaChina,masamaioriadosesforçosnosEstadosUnidospermaneceunafasebásicadapesquisa.

SaciedadeO sentido do paladar é modulado por mecanismos de saciedade. Cientistas

conhecempelomenosdoismecanismosde saciedadebemdistintos.Uméummecanismocerebralcentral,eooutroocorrenosprópriosreceptoresdopaladar.

Nomecanismo central, enquanto você come e fica satisfeito, o itemque vocêestá comendo perde sua desejabilidade. Esse fenômeno é chamado aliestesia(“gostoalterado”)eéummecanismocerebralqueindicaquevocêestáficandosatisfeito. Esse mecanismo pode ser visto no disparo reduzido dos neurôniosorbitofrontaldepaladar/olfatoparaoodorespecíficodeumasubstânciadepoisqueumaquantidadesubstancialdelafoiconsumida.

A chamada saciedade sensorial específica ocorre nos próprios receptores depaladar eolfato.Ela tendea suprimir seuapetite especificamenteparao saborquevocêestáconsumindo,agindoemumaescalade tempomais rápidaqueaaliestesia.

Várioshormôniosgastrointestinaisregulamoapetitepormeiodesuasaçõesnocérebro.Hormôniosderivadosdo intestino,que incluemgrelina, insulina,poli-peptídeopancreático(PP)eoutros,estimulamáreasespecíficasdohipotálamoedo tronco cerebral.Eles tambémmodificamas sensações que são transmitidaspelo nervo vago para o núcleo do trato solitário (NTS). O hipotálamo recebeentradaneuraldotroncocerebraletemreceptoresparahormônioscirculantes.Ohipotálamoeotroncocerebralcontrolamoapetiteporintermédiodeinteraçõescomcentrossuperiores,comoaamígdalaeocórtex.

3SeguindoemFrente:SistemasMotores

Nestaparte…

Entendacomoosmúsculosmovemnossosmembrosenossosangueecomoosistemanervosooscontrolaparafazeressascoisas.

Vejacomoamedulaespinhalfuncionacomoum“microprocessador”quecuidadasfunçõesdemovimentocomoequilíbrioeatécontroledemarchasemquevocêperceba.

Descubracomoocontrolemotorfuncionacomoumahierarquia,doplanejamentodealtonívelnolobofrontalàsaídadocórtexmotorprimárioaotroncocerebralemedulaespinhal.

Vejacomoamaioriadenossasatividadesneuraiséinconsciente,incluindo,particularmente,osistemanervosoautônomoeseusefeitosnoestadodevigíliaeexcitação.

C

Capítulo8OsFundamentosdosMovimentos

NESTECAPÍTULO

Categorizandotiposdemovimento

Observandocomoseucérebro,suamedulaespinhaleseusmúsculostrabalhamjuntosparacontrolaromovimento

Examinandodistúrbiosdosistemamotor

omoasobrevivênciaexigeencontrarcomida,abrigoeumcompanheiroe, ao mesmo tempo, evitar predadores e perigos, no fim, a função do

sistema nervoso é controlar o movimento. A associação neural, até mesmo opensamentoabstrato, tratadeplanejarcomobuscaralgodequevocêprecisaeevitarcoisasperigosasoudesagradáveis.

Os sistemas nervosos quase certamente surgiram em organismos marinhosmulticelulares para coordenar o ritmo de flagelos em células dispersas peloexteriordoorganismo.Tradução:vocênãosóprecisatertodososseusremosnaágua como também precisa que eles se movam em uníssono. Em animaisavançados, omovimento é realizado ao termúsculos que contraem, neurôniosmotores que comandam a contração dos músculos e um sistema nervoso quecoordenaasequênciaeaquantidadedecontração.

Músculos e células musculares são os efetivadores do sistemamotor. Célulasmusculares são parecidas comneurônios, pois têm receptores especializados eproduzem potenciais de ação. Os neurônios que controlam os músculosdiretamentesãochamadosneurôniosmotores.Elesemanamdamedulaespinhalparacontrolarosmembrosoudosnervoscranianosparacontrolarmúsculosna

cabeçaenopescoço.Asaídadeneurôniosmotoresécoordenadaporinteraçõesneuraisdentroeentresegmentosdamedulaespinhale,nonívelmaisalto,pelocérebro.Estecapítuloapresentaessasinteraçõesparavocê.

IdentificandoosTiposdeMovimentoDiferentestiposdemovimentosãocontroladospordiferentestiposdecircuitosneurais:

»Movimentosqueregulamfunçõescorporaisinternas,comocontraçõesestomacaiseintestinais.Emgeralvocênãoestáconscientedessesmovimentosnempodecontrolá-losvoluntariamente.

»Movimentosreflexivos,comooderetiradaprovocadoporestímulosdolorosos,sãogeradosporcircuitoslocaisqueagemmaisrápidoquesuaconsciência.Noentanto,vocêficaconscientedoreflexoepodesuprimi-lo,comoquandoseguranaasadeumaxícaradecaféquenteporalgunssegundos,emvezdederrubaraxícaranochãoefazerumabagunça.

»Movimentosvoluntáriostotalmenteconscientes,comodecidirselevantardesuacadeira,sãooresultadodeseu“livrearbítrio”,nosentidodequeessasdecisõesdefazeressesmovimentossãooresultadodaatividadequeéprodutodaaçãocerebraldealtonível.

Asseçõesseguintesexplicamessestiposdemovimentosemmaisdetalhes.

MovimentosqueregulamfunçõescorporaisinternasO sistema nervoso autônomo (veja o Capítulo 2) geralmente controlamovimentos que regulam funções corporais. A maioria desses movimentos,comocontraçõesquemovemalimentosedetritospeloseusistemadigestivoouoritmo dos cílios que removem fragmentos inalados de seus pulmões, nuncaalcançaaconsciênciaenãopodesercontroladaconscientemente.Nãoimportao

quantotente,emborasejaintelectualmenteconscientedequeestãofuncionando,você não pode, por exemplo, sentir fisicamente seus cílios se movendo, nempodefazê-lossemovimentarmaislentaourapidamente.

Outras funções, como sua frequência cardíaca, são funções das quais vocêgeralmente não está consciente. Com um pouco de esforço, no entanto, podeficarconscientedesuafrequênciacardíacae,seforpraticanteavançadodeioga,controlá-la diretamente. A respiração é outro movimento geralmente nãocontrolado.Vocênormalmentenãocontrola a respiraçãoenãoestá conscientedela,maspodesegurara respiraçãodebaixod’águaecontrolá-lacombastanteprecisãoparafalar.

MovimentosreflexivosMovimentosreflexivos,comoonomesugere,normalmenteresultamcomoumaresposta a algum tipo de estimulação sensorial. O reflexo clássico envolveafastar-sedeumaentradadolorida.Outrosreflexossimplesincluemoreflexodeengasgo, que evita que você engula objetos inadequadamente grandes, e oreflexoderetençãodarespiração,queocorrequandoseurostovaiparadebaixod’água.

Entretanto, alguns reflexos sãomais complicados.Por exemplo, a não ser quevocêestejaembriagado,nãoprecisafazermuitoesforçoconscienteparamanterseuequilíbrioenquantoestáempé(mesmoemumapernasó)ouaoandaremlinhareta.Seusensodeequilíbriovemdosseguintes:

»Entradasensorialdeseusreceptoresdeestiramento:Quandovocêanda,seusmúsculosdapernasãoprincipalmentecontroladosporcircuitosdamedulaespinhal,cujotrabalhoécontrairosmúsculoscertosnaquantidadecertaparamantê-loeretoousemovendoemlinhareta.Essescircuitosrecebementradasensorialdereceptoresdeestiramentoemseusmúsculos,articulaçõesetendõessobrecargas,forçasemovimento.Hádoistiposdesinaisdefeedbacksensorial:propriocepçãoecinestesia.

Propriocepçãosignificasentidodeposição,enquantocinestesiasignificasentidodemovimento.Ambossãomediadosporreceptoresdeestiramento.EleslembrammecanorreceptorescomoterminaçõesdeRuffini(vejaoCapítulo4).

Osreceptoresdeestiramentoemmúsculossãochamadosdereceptoresfusomuscularesesinalizamocomprimentomuscular(propriocepção)eataxademudançadocomprimentomuscular(cinestesia).Receptoresnostendões(queconectamosmúsculosaosossos)querelatamforçamusculargeralsãochamadosdeórgãostendinososdeGolgi,enquantoreceptoresemtecidoconectivocomocápsulasarticularesindicamaquantidadedeflexãodaarticulação.

»Informaçãodemovimentodosistemavisualevestibular:Asinformaçõesdosistemavisualsãoproduzidasporneurôniosquerespondemseletivamenteadireçõesespecíficasdemovimento.Seusistemavestibularébaseadonostrêscanaissemicircularespróximosdacóclea,ecadaqualrespondeaumadireçãoespecíficadarotaçãodacabeça,oquelhedáasensaçãodeequilíbrio.(Quandovocêbebeálcooldemais,rompeessaentradasensorialsobreseuestadodeequilíbrio.)Vejaoscapítulos5e6paramaisinformaçõessobreseussistemasvisualeauditivo.

Quando você caminha, seu cérebro se utiliza de todos esses reflexos deequilíbrio.Paraandarvocêtransfereseupesoprincipalmenteparaumapernaese inclina, para que comece a cair para frente. Seu sistema de reflexo faz suaoutra perna estender e apoiar seu peso para que você não caia. Você entãotransfereseupesoparaessapernae“cai”denovo.Paramaisinformaçõessobrecomo seu corpo coordena esse movimento complexo, vá para a seção maisadiante“Subindonahierarquia:Locomoção”.

MovimentosplanejadosecoordenadosHumanossãocapazesdefazersequênciasdemovimentosmaisvariadasemaiscomplexasdoquequalqueroutroanimal,especialmentequandoconsideramosofatodequeamaioriadassequênciascomplexasdemovimentoqueoshumanosexecutamsãoaprendidas.

Então por que os humanos têm uma habilidade melhorada para sequênciascomplexasdemovimentos?Compararocérebrodehumanosedeoutrosanimaisdá algumas respostas. Quase todo mundo está ciente de que humanos têmcérebros grandes, especialmente em relação ao tamanho do corpo. Mas aexpansão cerebral não foi uniforme. Se você comparar o cérebro de primatas

(bugios,macacosehumanos)aodeoutrosmamíferos,veráque,geralmente,océrebroprimatanãosótemarazãocérebro-corponormalmentemaisaltadoqueoutrosmamíferos,mas a razão do lobo frontal ao resto do cérebro também émaior.Aocompararmosocérebrohumanoaocérebrodeprimatasnãohumanos,veremosamesmacoisa.

Oque ter quantidade “extra”de lobo frontal pode realizar?Mais áreade lobofrontalpodesignificarmaisníveisnahierarquiaderepresentaçãodemovimento.Níveis adicionais de abstração fornecem uma vantagem qualitativa, e não sóquantitativa,comodiscutonasseçõesseguintes.

Alguns pesquisadores argumentam que a própria linguagem, o separadormáximo dos humanos de outros animais, evoluiu literalmente de mãos dadascom a destreza manual. Esse argumento sugere que a habilidade do ladoesquerdo do cérebro permite o aprendizado da produção da complexidade dalinguagemetambémtornaamaioriadenósdestra.

ControlandooMovimento:PlanejamentoCentraleExecuçãoHierárquicaAs contrações musculares que produzem o movimento resultam de muitasexigências diferentes, como discuto nas seções anteriores. Os tipos demovimentovariamdeautomáticos,queregulamfunçõescorporais,areflexivoseexecuçõesconscienteseplanejadasdetarefascomplexas.Nasseçõesseguintesexplicoossistemasdecontroleeosmecanismosneuraisquefundamentamcadaumdessestiposdemovimento.

Ativandomovimentosmusculares

involuntáriosFunçõesdemovimentoquenãosãocontroladasvoluntariamente(comoaquelasqueregulamfunçõescorporais)sãonormalmenterealizadaspormúsculoslisos,em vez de estriados. Músculos lisos nas paredes dos vasos capilares, porexemplo, permitem que os vasos contraiam e dilatem para ajudar o coração amovimentarosangue.Omúsculociliardoolhodilataapupila.Otratourinárioeoúterotambémtêmmúsculoslisos.

Em alguns músculos lisos, as células musculares individuais têm junçõescomunicantes entre elas para que toda a unidade domúsculo liso contraia demaneirasimultâneaecoordenada.Junçõescomunicantes,tambémchamadasdefunçõesgapounexos, sãoconexõesespecializadasentrecélulasquepermitemquemoléculasselecionadassemovamdiretamenteentreelas.

Junções comunicantes emcélulasmusculares fazemcomque adespolarizaçãoelétrica em uma célula muscular (que é o que a faz contrair) se espalhediretamente para célulasmusculares vizinhas, fazendo com que contraiam emuníssono.Issopermiteentradasdealgunsneurôniosmotoresouhormôniosparacausarumacontraçãograndeesincronizadaemtodoomúsculo.Músculoslisosque não têm ou têm menos junções comunicantes têm mais inervação determinais de neurônios motores que controlam a contração de célulasindividuais, produzindo padrões de contração mais precisos e diferenciados.Exemplos típicos de junção comunicante de músculos lisos são aquelas querevestemosvasossanguíneos,enquantoosmúsculoslisosquecontrolamaírisdo olho (para contrair ou dilatar a pupila) têmmenos junções comunicantes econtroleneuronalmotormaispreciso.

Células musculares lisas contraem espontaneamente porque elas própriasproduzem seus potenciais de ação pelo controle intracelular de seus canaisiônicosdemembrana.Essetipodemecanismoénormalmenteencontradoondehácontraçõesmuscularesrítmicas,comonosintestinos,paraomovimentoquemovecomidaeosdetritosatravésdeseusistemadigestivo.VocêpodelermaissobreessessistemasnoCapítulo2.

AtivandooreflexoderetiradaAunidademaissimplesdocomportamentoqueincluiumcomponentesensoriale ummotor é o reflexo de retirada.Você toca algo que produz uma sensação

desagradávelouinesperadaeseafastamesmoantesdeseucérebroseengajarosuficienteparadizer“Masoque…!?”.AFigura8-1mostracomooreflexoderetirada funciona quando você fura seu dedo em uma tachinha afiada (veja oCapítulo2paraumadescriçãodeoutroreflexo,oreflexodeestiramento).

FIGURA8-1:Receptoresdeterminaisnervososlivresparatemperaturaedor.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Oreflexoderetiradacomeçacomseudedoencontrandoapontaafiadadeumatachinha,disparandoestasequênciadeeventos:

1.A ponta penetra a pele e ativa os receptores de terminações nervosaslivresquepermitemasensaçãodedor.

VejaoCapítulo4paramaissobrereceptoresdedor.

2.Os receptores de dor enviam suasmensagens através de potenciais deaçãoporseusaxônios,subindodobraçoparaoombroeentãoparaogângliodaraizdorsalquerecebeainformaçãodetoquedodedo.

Ogângliodaraizdorsalquerecebeainformaçãodetoquedodedoestánosegundotorácico:T2.

3.O axônio do receptor de dor libera o glutamato neurotransmissor naáreacinzentaespinhalparainterneurôniosdamedulaespinhal.

Interneurônios são neurônios cujas entradas e saídas estão inteiramentedentrodeumsegmentodamedulaespinhal.

4.Osinterneurôniosespinhaiscontactamneurôniosmotoresparaobícepseotríceps.

Quase todo o movimento voluntário é controlado pelos chamados paresflexor-extensor, que são pares musculares como o bíceps e o tríceps queagem em oposição. Ao aumentar o disparo de seus neurônios motores, oreflexoaumentaaativaçãodomúsculoflexordobíceps,enquantodiminuiodisparo dos neurônios motores extensores do tríceps, permitindo que omúsculorelaxe.Esseseventoscoordenadosfazemobraçosemover.

5. Os axônios do neurônio motor deixam a parte ventral da medulaespinhaleentrameviajamnomesmonervoqueaentradasensorialemdireçãoaogângliodaraizdorsal.

Oladodistaldogângliodaraizdorsaléumnervomistoquecontémaxôniosnervosos sensoriais emotores. Os nervos sensoriais que vão em direção àmedula espinhal são chamados aferentes (o nome para nervos indo emdireçãoaosistemanervosocentral).Osnervosmotorescarregamsinaisparalonge na medula espinhal, em direção aos músculos, e são chamadoseferentes.

6.Oresultadofinal:Otrícepsrelaxaenquantoobícepsflexiona,fazendoobraçoseafastardatachinha.

Na maioria dos casos, os interneurônios no segmento torácico afetadotambémcomunicamo sinal de dor para outros segmentos espinhais, o quepode causar uma retirada coordenada envolvendo não só seu braço, mastambém o dedo afetado e seu ombro. Se você ficou realmente assustado,pode até pular para longe, requerendo a ativação flexora-extensora demúsculosemambasaspernas.Vocêpoderiatambém,éclaro,comforçadevontadesuficiente,bloquearoreflexoeforçarseudedonatachinhaafiada.

Oreflexoderetiradaéindependentedocérebroeageantesqueosinalsensorialsejaretransmitidoparaocérebroporoutrosinterneurônios.Ouseja,seubraçosemoveparalongedatachinhaantesdevocêsentiredizer“Ai!”

Subindonahierarquia:LocomoçãoEnquantoarespostadapicadanodedoéumexemplodeatividadecoordenadamediada pela medula espinhal que ocorre principalmente dentro de um únicosegmento da medula espinhal, a locomoção é um exemplo de atividadecoordenada de quatro membros controlada principalmente dentro da medulaespinhal,masdistribuídapordiversossegmentos.

No final do século XIX, Sir Charles Sherrington de Cambridge realizouexperimentos de caminhada em esteiras em gatos cujo cérebro estavadesconectado da medula espinhal. Esses experimentos mostraram que ofeedback sensorial da esteira em movimento era o suficiente para induzir acaminhadacompetenteequeatémesmooandarqueosgatosusavammudavaem função da velocidade da esteira. Ou seja, a medula espinhal é umcomputadorouprocessadorperiféricoaltamentecompetenteparaa locomoção.Circuitos neurais dentro da medula espinhal podem produzir um conjunto deoscilações coordenadas chamadas gerador de padrão central para alternar ocontroledosquatromembrosduranteocaminhar.

Resumindo, você temquedecidirandar, nãocomo andar.A locomoção é umprocessoque envolveumsistemade controlehierárquicomultinívelnoqual aconsciênciacontrolaoprocessogeral,masnãoaminúciadospassos.Háváriasvantagensdocontrolemotorhierárquico:

»Eficiência:Comosníveisbaixoscuidandodamaioriadosdetalhes,océrebronãoprecisacalcularecontrolarcadacontraçãomuscularindividualparaquevocêsemova.

»Velocidade:Atransmissãoneuraldeseusreceptoresarticularesatéseucérebroedevoltaparaosmúsculoslevatempo.Vocêpodesemovermaisrapidamenteseumcircuitoespinhallocalmaiscurtocuidardamaioriadosdetalhesdomovimentoeseucérebromonitoraroprogressogeral.

»Flexibilidade:Umasequênciadecontraçõesmuscularespré-programadaspelocérebroparaandarpodesersimples,atélenta,emterrenoplano,masoqueacontecesevocêpisaremumburacooutropeçaremumaraiz?Seuscircuitosneuraisdereflexoespinhallocaisaprenderamalidarrapidamentecomtaiscontingênciasnoperíododealgunsanosemqueaprendiaaandar.

Se o gerador de padrão central damedula espinhal pode produzir o caminharalternando membros coordenadamente, para que precisamos do cérebro? Arespostasimplesé:paratomadadedecisão.Nósnormalmentenãovivemosemesteiras,portanto,éocérebroquedevedecidirandar(ounão),quetipodepassodar (caminhar ou correr) e para onde ir.Além domais, podemos fazer coisascomodançarofoxtrotepularamarelinha,oqueenvolvesequênciascomplexasde passos diferentes para os quais não existe nenhum programa da medulaespinhal.

A flexibilidade de pular, fugir e saltar,misturados emqualquer ordem, requermaisdoqueamedulaespinhalécapaz.Alémdomais,emalgunsanimais,comohumanoseguaxinins,osmembrosanterioressãocapazesdemanipulaçõesmuitocomplexas bem diferentes do que é envolvido na locomoção. Essasmanipulaçõescomplexasrequeremobservação,pensamento,feedbackdeerroeaprendizado.Emoutraspalavras,requeremumcérebro.

UsandoseucérebroparacomportamentomotorcomplexoNamaiorpartedotempo,grandesaviõescomerciaisvoamnopilotoautomático.Umcomputador pega informações de sensores sobre o estado do avião, comosua altitude e curso, e as compara à altitude e curso desejados. O pilotoautomático então manipula as superfícies de controle do avião (ailerons,elevadoreseleme)paralevaroaviãoaoestadodesejado,apesardoventoedeoutrasvariáveisquetendematirá-lodocurso.

Dependerdopilotoautomáticofuncionabemquandovocêestáaváriascentenasdemetros da altitudedesejadaouquandodemorarminutos para executar umacorreção não é um problema. Pilotos automáticos são muito mais raramenteusados durante uma decolagemou aterrissagem, porque decisões de fração desegundoeantecipatóriasdevemsertomadassobrefatorescomoventoslateraiseoutrostráfegosaéreos.Duranteaaterrissagem,umerrodenoveaseismetrosdochãonãofarápartedeumamargemdeerroaceitável.Comopilotoautomáticodesligado,opilototemcontrolediretodosailerons,elevadoresedoleme,eusa

o computador entre suas orelhas e um conjunto completamente diferente dealgoritmosparacontrolaraaeronave.

De maneira similar, o cérebro pode assumir controle direto dos músculos damedulaespinhal.Quandoofaz,asaçõesqueseguemsãomuitomaiscomplexase envolvem planejamento, conhecimento e a habilidade de se adaptar acircunstâncias emmudança. Neste ponto, você está além do reino do simplescomportamento reflexivo. Para detalhes sobre ação consciente ou gerada porobjetivos,vejaaoCapítulo10.

PuxandoaCarga:CélulasMusculareseseusPotenciaisdeAçãoAté aqui forneci ummonte de informações sobre como o cérebro e amedulaespinhal organizam o controle dos músculos, mas não falei muito sobre osmúsculosemsi—umtópicoqueabordoagora.Músculossãogruposdecélulasmusculares.Elescontraemporqueascélulasmuscularescontraemao longodeseucomprimentoparaleloatéoeixolongodomúsculo.

Seu corpo tem dois tipos principais de músculos: liso e estriado. Discutomúsculoslisos,quesãocontroladospelosistemanervosoautônomo,emdetalhesna seção anterior “Ativando movimentos musculares involuntários”. Osmúsculos voluntários são chamados demúsculos estriados.O sistemanervosocontrolaessesmúsculos.

Célulasmusculares são células excitáveis, assim comoneurônios, significandoquepodemproduzirpotenciaisdeação.Emmúsculosvoluntários,ospotenciaisde ação são produzidos quando terminais de neurôniosmotores pré-sinápticosliberamoneurotransmissoracetilcolina,queseligaaumreceptorpós-sinápticonacélulamuscular.Aregiãodafibramuscularondeosterminaisdeaxôniosdeneurônios motores fazem sinapse é chamada placa terminal ou placa motora

terminal. Praticamente toda neurotransmissão de músculo estriado emvertebradosémediadapelaacetilcolina.Ospassosseguintesesboçamcomoesseprocessofuncionaparacontrolaromovimento:

1. Depois que o terminal pré-sináptico do neurônio motor libera aacetilcolina,liga-seaoreceptorpós-sinápticonacélulamuscular.

Aacetilcolina ligaum receptor chamadode receptornicotínico emcélulasmusculares,queéumreceptorionotrópicoexcitatório(vejaoCapítulo3).

Esse nome não significa que o receptor tem o hábito de fumar cigarros.Significa que a nicotina é um agonista particularmente eficaz para essereceptor.Ouseja,anicotina,umasubstânciaquenãoénormalmenteliberadano receptormuscular, émuitoeficazemproduzirosmesmosefeitosqueoneurotransmissor(ligante)normal,aacetilcolina.

Há normalmente um terminal de axônio de neurônio motor por célulamuscular,emboraumúnicoaxôniodeneurôniomotorpossase ramificareativarmuitascélulasmusculares.

2.Ao ligar a acetilcolina, um canal seletivo para sódio e potássio se abredentrodocomplexoproteicodoreceptor.

Issoproduzoqueéchamadodepotencialdeplacaterminal,queésimilaraopotencialpós-sinápticoproduzidoporconexõesexcitatóriasentreneurônios.

A acetilcolina não fica permanentemente ligada ao receptor da célulamuscular.Seficasse,omúsculonãomaisrelaxariaoucontrairia.(Algumastoxinas se ligam permanentemente ao receptor, causando a ativação ou

inativaçãopermanente,ambasmuito ruins.)O tempocomumde ligaçãodaacetilcolina para o receptor é tecnicamente chamado pelo termoafinidade.Depois que a molécula de acetilcolina sai do receptor, moléculas dedegradação (chamadas colinesterases) na fenda sináptica destroem amoléculadeacetilcolinaparaquenãopossaseligarnovamente.

3.O potencial de despolarização da placa terminal abre canais de sódiodependentesdevoltagemnacélulamuscular,causandoumpotencialdeaçãomuscular.

Essepotencialdeação temumabase iônica similaràqueladopotencialdeaçãoneural,excetoqueduramuitomais,naordemde5a10milissegundos.

4.Opotencialdeaçãoativa canaisde cálciodependentesdevoltagemdotipo L na membrana da célula muscular, fazendo com que umaestruturadentrodacélulamuscularliberecálcio.

Essaestruturaéchamadaderetículosarcoplasmático.

5. Esse aumento no cálcio interno das células musculares faz osmiofilamentosdeactinaemiosinadeslizaremunssobreosoutros(vejaaFigura8-2)paradiminuirsuasobreposição,fazendoacélulacontrairemseucomprimento.

Isso envolve uma interação do cálcio e uma proteína encontrada emmúsculoschamadatroponina.

OprocessodacontraçãomuscularusaATP (trifosfatodeadenosina)comofonte de energia.ATP é a “moeda” universal de energia dentro de célulasparaconduziratividadesmetabólicasquerequeremenergia.

FIGURA8-2:Contraçãomuscularpelodeslizamentodemiofilamentos.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Célulasmuscularessãoestendidas,entãosãochamadasfibrasmusculares,eummúsculo propriamente dito é composto de várias fibras. O número de célulasmuscularescontraídasaolongodeumafibradeterminaseuencurtamento,que,porsuavez,écontroladopelonúmerodecélulasmuscularesativadas(númerodesinapsesativas)esuastaxasdeativação(taxadedisparodoneurôniomotor).A força da contração também é uma função do número de fibras muscularesparalelas. Portanto, o número de neurônios motores ativados e suas taxas deativação podem controlar muito precisamente a força muscular para produzirforçasdecontraçãoprecisamentegraduadas.

DistúrbiosMuscularesedoNeurônioMotorMuscularDistúrbios musculares podem ocorrer devido a danos em qualquer parte docomplexo sistema de controle. Há também doenças que são específicas a

neurôniosmotoresouàjunçãoneuromuscular.

MiasteniagraveMiasteniagraveéumadoençanaqualosreceptoresmuscularesparaacetilcolinanão funcionam adequadamente. Essa doença é caracterizada por fraquezamuscular, fadiga e, finalmente, paralisia. Parece haver formas congênitas eautoimunesdamiasteniagrave,sendoasformasautoimunesasmaiscomuns.

Embora não exista cura para essa doença, agentes anticolinesterásicos queinibemahabilidadedacolinesterasededestruiraacetilcolinapodemfortalecercontrações ao aumentar a ligação da acetilcolina a qualquer receptor. Essestratamentospodemmitigaralgunssintomasdadoença temporariamente,masadoençaéprogressiva,eosremédiosanticolinesterásicosnãoajudammuito.

Doençasviraisdoneurôniomotor:RaivaepoliomeliteQuandoosterminaisdeaxôniosdeneurôniosmotoresreciclamsuasmembranaspara formar vesículas sinápticas, ficam vulneráveis a vírus que pegam noprocesso de reciclagem.Dois exemplos notáveis de vírus que representamumperigoporesseprocessosãopolioeraiva.Elesentramnosterminaisdeaxôniosdeneurôniosmotores eviajamatéo sistemanervosocentral.Ovírusda raivaatacaoutrosneurônios,eadoençaénormalmentefatal,anãoserqueapessoa(ou animal) infectada receba uma vacina que possa estimular a produção deanticorpos.

A polio tende a causar a destruição dos próprios neurônios motores,normalmenteresultandoemparalisia.Dependendodaquantidadededestruição,a reabilitação pode ser capaz de mediar parte da paralisia. Um resultado dereabilitaçãomotora é que omenor número de neurôniosmotores que sobramgeramaisterminaisdeaxônioepode,portanto,inervarmaiscélulasmuscularesparamaiorforçadecontração.Adesvantagemdisso,noentanto,équeamortealeatória de neurôniosmotores que amaioria dos idosos tolera razoavelmentebemé particularmente incapacitante para vítimas de polio, porqueumnúmerototal muito menor de neurônios motores está fazendo todo o trabalho decontraçãomuscular.

LesãodamedulaespinhalDanos a qualquer área de controle motor no sistema nervoso central podemproduzirparalisia,paresia(fraqueza)ouapraxia(faltadehabilidadeoudestrezamotora).Nocérebro,taisdisfunçõesnormalmenteocorremdevidoaderramesoudanos na cabeça. Na espinha, tais deficiências são comumente o resultado dequedas e outros ferimentos. Em casos de transecção da medula espinhal, oresultadoéparalisiatotaldasáreasdocorpoinervadasabaixodo(s)segmento(s)espinhal(is) danificado(s). Várias abordagens para lidar com danos severos namedula espinhal foram testadas. Aqui estão algumas particularmenteinteressantes:

»Axôniosrenováveis:Muitasabordagensbiológicasdecélulasoperaramnapremissadequetransecçõesespinhaisnormalmentecortamaxônioseofuncionamentopoderiaserrecuperadoseosaxôniosaindavivospudessemserincluídospararegenerarporáreastranseccionadasaseusalvosdesaídadeneurôniomotororiginal.

Ummistérioparticularmenteimpressionantenessapesquisaéquenervosperiféricostranseccionadosnormalmentecrescemdevoltadepoisdeseremcortados,masneurônioscentraisnão,pelomenosnãoemmamíferos.Emvertebradosdesanguefrio,comopeixesesalamandras,aténeurônioscentraisregeneramaxôniosdepoisdatransecção.Muitoslaboratóriosestãotrabalhandoatualmentenesseproblema,ealgumprogressotendeaacontecerdentrodealgunsanos.UmfocoébaseadonofatodequeabainhademielinaemvoltadenervosperiféricosédecélulaschamadascélulasdeSchwann,masabainhademielinaemvoltadeaxôniosdosistemanervosocentralédecélulaschamadasoligodendrócitos.

»Estimulandoomovimentomecanicamente:Estaabordagemparaoproblemaéorientadaporengenharia.Umesquemaenvolveimplantarredesdeeletrodosderegistronocórtexmotorprimáriopara“interceptar”oscomandosparamovermúsculos,retransmitindoessessinaisporcabosalémdatransecçãodamedulaespinhaleconduzindoeletronicamenteouoprópriomúsculodirecionandooestímuloelétricoouestimulandoosneurôniosmotoresalfainferiores(vejaoCapítulo2),cujosaxônios

deixamamedulaespinhalefazemsinapsenascélulasmusculares.Pesquisasconsideráveisealgumprogressoestãoacontecendoatualmentecomessaabordagem.

O

Capítulo9CoordenandoMaisasCoisas:AMedulaEspinhaleasViasMedulares

NESTECAPÍTULO

Observandoosdiferentestiposdemovimentosreflexivos

Entendendoahierarquiadacoordenaçãomotora

Examinandoopapeldocerebelonacorreçãodeerrosmotores

reflexomotorilustraabasedahierarquiadofuncionamentodosistemanervoso central. No reflexo motor, a ativação de um receptor faz os

músculos adequados se contraíremcomouma resposta ao sinaldo receptor.Oreflexodeestiramentoclássicoqueseumédicotestaquandobatenoseutendãopatelar comumpequenomartelo de borracha é um exemplo.Nesse reflexo, abatidaativaumreceptordeestiramentocujaatividadenormalmente indicaqueseu joelhoestádobrado.A respostadamedula espinhal a esse sinal é ativaromúsculodoquadríceps para restaurar a posiçãodesejadadomembropara quevocênãocaianochão.

Esse reflexo é a rota direta pela qual o cérebro traduz entradas sensoriais emsaídasmotoras.Nessenívelmaisbaixo,osreflexossãorápidoseestereotipados:odisparodealgunsproprioceptores (umreceptorquesenteocomprimentodomúsculo ou a posição da articulação) faz alguns músculos específicos secontraírem.Emníveissuperiores,maisreceptoresativammaismúsculosemumpadrãomaiscomplexo,queéestendidopeloespaçoetempo.Nonívelmaisalto,movimentosnovosnuncafeitosantespodemsergeradosporcontrolecortical.

Este capítulo explica os diferentes tipos de movimentos reflexivos, do nívelreflexivomaisbaixoaomaisalto(locomoção—sim,andarenvolvereflexos)eexplicadequeformaocerebeloéparteessencialdosistemamotor.Movimentoscomplexosdeváriosmembrosedealtonívelusamviasdecontroledereflexoneuralqueexistememníveismaisbaixos.

OReflexodeRetirada:UmaRespostadeCicloAbertoO reflexo de retirada é o que os engenheiros chamamdeciclo aberto, porquenãoécontroladoparamanterumaposiçãofixa.Seupropósitoéumasaídarápidadaposiçãoatualsemumpontofinalespecífico.Umreflexoderetiradaclássicoocorreseapontadoseudedotocaumasuperfíciequenteeseubraçoépuxadoparatrás.Essereflexoéfeitointeiramentenociclodamedulaespinhale,defato,ocorreantesdevocêficarconscientedele.

Oiníciodoreflexoderetiradatambémpodeserdescritocomosendobalístico,nosentidodeque,umavezlançado,suatrajetórianãoécontrolada(atéofinal,quediscutobrevemente).Porexemplo,sevocêtocaremumapanelaquentenofogão, seu cotovelo pode, sem querer, derrubar a vasilha da salada no balcãopróximo a ele, porque todo o movimento de retirada é executado como umaunidade, semmodificaçãocontínua (comopararquandoseucotoveloentraemcontatocomavasilha).

Embora a porção inicial do reflexo de retirada seja balística, o finalprovavelmente não é. Todos aprendemos ao longo de uma vida derrubandovasilhasdesaladaeoutrascoisasanãoreagirexageradamenteataisestímulos.Vocêpodeobservarfacilmentequea“violência”daretiradaéaproximadamentecalibradapeloquãodoloridoéoestímulo.Lembrandodofatodequeoreflexoocorremais rápido e, portanto, antes da consciência, fica claro que há algumnível baixo de controle sobre o ponto de parada.Esse controle de parada estáprimariamente na medula espinhal, mas pode envolver o tronco cerebral e o

cerebelo para um movimento suficientemente longo (um reflexo de retiradamuitoviolentopodeatéenvolverdarpassosparatrás).Ofinaldeumreflexoderetiradaviolentoenvolveentãoacoordenaçãodeváriosmembrosepadrõesdemovimentosaprendidospormeiodeexperiênciasanteriores.

MantenhasuaPosição!ReflexosdeCicloFechadoUmaformacomumdoreflexoenvolvemanterumtipodehomeostasedinâmica,talcomoquandovocêajustaaforçamuscularparamanterummembroemumaposição específica. Como os músculos só exercem força quando contraem, omovimentodosmembrosnormalmentedependedeativaçãoantagônicadeparesmuscularesopostoschamadosparesextensor-flexor.

Forçasopostas:Paresmuscularesextensor-flexorUm exemplo típico de um par de músculos extensor-flexor é o sistemabícepstrícepsquemoveoantebraçonocotovelo(vejaaFigura9-1).

FIGURA9-1:Oreflexodeooslçãodemembro.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Penseemflexionarseubraçoparaquefiquequaseemumânguloretocomseucotovelo.Quandoseubraçoestánessaposição,massemsemover,oângulodocotoveloéumafunçãodasdiferençasde forçasexercidaspelobícepsversusotríceps(eainfluênciadagravidade,éclaro).Quandoobraçoestásemovendo,forçasadicionaisocorremapartirdaaceleração.

Comovocêpode“comandar”seucotoveloparaficaremqualquerângulo,vocêpode se perguntar como manter seu braço em uma posição específica é umreflexo.Eis a resposta: a não ser quevocê esteja aprendendo a posicionar seucorpodenovasmaneiras(aprendendoaquintaposiçãonobalé,porexemplo,ouaprendendo a manter seus calcanhares para baixo ao andar a cavalo), vocênormalmentenão emite comandos conscientespara seusmembros sobre comomantersuaposição.

Emvezdisso,ocomandodeposiçãovemnaformadodisparodosneurôniosdocórtexmotor primário (superior), cujos axônios descem amedula espinhal atéque chegamao segmento adequado.Lá, fazem sinapse nosneurôniosmotoresalfainferiores,osneurôniosquerealmenteseconectamaosmúsculos.Odisparonos neurônios do córtex motor é, então, traduzido em disparo dos neurôniosmotoresalfa,queétraduzidoemforçadecontraçãonomúsculo.Ofeedbackdos

proprioceptoresajustaodisparodoneurôniomotor alfaparamanter aposiçãorealdomembronaposiçãodecomando.Esse feedbackéo tópicodapróximaseção.

DeterminandoataxadedisparocorretacomocircuitoneuralcomparadorOproblemaparaocérebroéqueeletemquedeterminarqualtaxadedisparonosneurôniosmotoresalfa inferioresérequeridapara levaromembroaumacertaposição.Obter um cálculo preciso é complicado pelo fato de que você talvezestejasegurandoalgo,deixandoseumembromaispesadodoqueonormal,ouseusmúsculos podem estar cansados, o que significa que não produzem tantacontraçãoporpotencialdeaçãoquantoonormal.

Esse problema é muito parecido com o problema enfrentado pela caldeira decalefaçãoqueaqueceascasasnoinverno(especialmentenohemisférionorteeem áreas muito frias). Se caldeiras fossem projetadas para funcionarconstantemente para manter sua casa em uma temperatura específica, elasfuncionariam bem apenas se a temperatura externa nunca variasse. Se atemperatura externa estivesse mais quente ou mais fria do que a temperaturaideal, o calor (ou frio) adicional àquele que a caldeira produzisse deixaria suacasaquente(oufria)demais.

Emvez disso, caldeiras são controladas por termostatos, que são interruptoresquefechamquandoa temperaturacaiabaixoda temperaturaconfigurada,mas,caso contrário, permanecem abertos. Se você configurar o termostato para 22graus, e suacasaestivermais friadoque isso, a caldeira funcionaráatéqueatemperaturade22graussejaalcançada,ointerruptordotermostatoseabre,eacaldeiradesliga.

Oqueissotemavercomcérebros,braçosemúsculos?Asaídadocórtexmotor,como a caldeira, precisa ser controlada para alcançar um ângulo de braçodeterminado,comoa temperatura.Odispositivoparecidocomo termostatonosistema motor é um circuito neural comparador na medula espinhal. Elecomparaocomandodoneurôniodocórtexmotoraumrelatóriodaposiçãoatualdo membro dos proprioceptores na articulação do membro e age como uminterruptor. Se o membro estiver em um ângulo menor que o desejado, ocomparadoragecomoumportãonosneurôniosmotoresalfaparaaumentarosdisparosecolocarmaistensãonotríceps(extensor)emenosnobíceps(flexor).

Seoânguloémaiorqueodesejado,ocomparadorenviamaissaídaaoflexoremenosaoextensor.

Arazãopelaqualoreflexodeposiçãodemembroéemciclofechadoéporqueocircuito do comparador neural usa feedback sensorial do proprioceptor paramanter o membro em uma posição específica. Esse mecanismo de feedbackfuncionaestandoseubraçoquasereto,comocotoveloparacimaouparabaixo,ousevocêestiversegurandoumaxícaraouumpesodecincoquilos.Alémdomais, sequiser fazerummovimentosuavedebraço,digamos,paraarremessarumaboladebeisebol,seusneurôniosdocórtexmotorprecisamapenasenviarasequênciadeposiçõesdesejadas,eocomparadordamedulaespinhalfazoresto.

O circuito do comparador neural funciona aindamelhor que a caldeira de umtermostato, porque termostatos não podem normalmente sermanipulados paraproduzir variações complexas de temperatura em uma casa (só parece quepodemquandoalguémpensaqueestámuitofrioeoutrapessoapensaqueestámuitoquenteeambastêmacessoaotermostato—oquepodeserumproblemanaminhacasa).

Namaioriadascasas,otermostatocontrolanãosóacaldeira,mastambémoar-condicionado,porqueacaldeiraemgeraléusadaparadeixaratemperaturamaisalta, e o ar-condicionado, para deixá-lamais baixa. Isso é como o sistema deciclofechadoparaoparextensor-flexor(tríceps-bíceps),queenvolvemodificaraconduçãoparaambososmúsculos.Aativaçãodoextensorestendeomembro,enquantoqueoflexorreduzoângulodaarticulação.

Naverdade,ambososmúsculosestãosempreparcialmenteativadosaomesmotempo,mesmosendoopostos.Umarazãoparaissoéqueaarticulaçãohumanapode girar, além de rodar sobre seu eixo principal. A quantidade de giro queocorrequandovocêgirasuaarticulaçãoécontroladapelaativaçãodeambososmúsculosopostos,comomúsculomenosativadocontrolandoogiro,enquantoo

maisativadocontrolaadireçãoprincipaldarotação.

Outrarazãoigualmenteimportanteparaativarambososmúsculostemavercomcomeçarepararcomaltavelocidadeeprecisão.Quandovocêmoveseubraçorapidamente,digamos,emextensão,omúsculoflexoragecomoumfreionofimdomovimento, então a ativação relativa vai toda do extensor no começo paraalguma combinação emdireção ao final domovimento, para todo o flexor nofinal,quandovocêpara.Nopontodeparada,oextensoréreativadoparaevitarque você volte para a direção original. Pacientes com tremor, como omal deParkinson,têmsistemasdecontroledelimitecomdefeito,entãoseusmembrososcilamnoquedeveriaseropontofinaldeummovimentoplanejado.

OsReflexosModuladores:EquilíbrioeLocomoçãoOutro tipo de reflexo é o dinâmico. Reflexos dinâmicos são aqueles quemodificamsistematicamenteaposiçãodepontosestabelecidosdomembropararealizarmovimentosequilibradoseordenados—locomoção. Issoenvolvenãosó mudar o comando de posição do ponto estabelecido para um par flexor-extensor controlado por um segmento da medula espinhal, mas tambémcoordenarváriosparesdeflexor-extensoremtodososquatromembros.

Pense nos reflexos em uma hierarquia. No nível inferior está o reflexo deretirada de ciclo aberto, onde disparar um receptor de dor causa uma retiradabalísticadafontededorsemposiçãofinalestabelecida.Nopróximonívelestáoreflexo de feedback de ciclo fechado, em que o córtex envia o comando deposição para a medula espinhal e a sua rede neural modifica a ativação deneurôniosmotoresalfa,queconduzemparesmuscularesparamanteromembronaposiçãoordenadapelocórtex.

Opróximoreflexodenívelmaisaltoéoreflexopostural.Nósnormalmentenãopensamosemficareretoscomoumreflexo,masfazerissorealmenteenvolveacoordenaçãodeciclofechadodeváriosreflexos.Oobjetivo,noentanto,aindaéestático. Para ficar em pé e ereto, você não só precisa manter suas pernasestendidaseexercendoforçaosuficienteparacontrabalançaragravidade,mastambémprecisasecertificardenãocairparaoslados,paraafrenteouparatrás.Comparadoàmaioriadosvertebrados,nós,humanos, complicamosessa tarefa

consideravelmente ao insistir em ficar em duas pernas, em vez de nas quatronormais.Naspróximasseçõesdiscutoo reflexoposturalecomoumcentrodecontrolesuperiorusaessereflexoparaalocomoção.

Mantendooequilíbrio:Oreflexovestíbulo-espinhalImagine que você esteja parado em pé. Seu córtex motor está emitindocomandosparamanterumaposiçãoereta.Masoquerealmenteaconteceéquevocêoscila levementenessaposiçãoàmedidaqueesteouaquelemúsculoficacansado,ou inclina levementeparaum ladoouparaooutro enquantomudaadireção do olhar. Você não só precisa manter articulações específicas emposições específicas, precisa também manter o equilíbrio da esquerda para adireita e da frente para trás, o que pode requerer a compensação em algumasarticulações longe de suas posições normais ao ficar em pé para impedi-lo decair.O feedbackdoequilíbriovemdosistemavisual,quedetectamovimentoscomoobalanço,edoseusistemavestibular.

O sistema vestibular é um conjunto de três canais semicirculares na orelhainterna, próximo da cóclea. Essas cavidades cheias de fluidos têm célulasciliadas, semelhantes àsnoÓrgãodeCorti na cóclea.Masemvezdedetectarsons, essas células ciliadas do canal semicircular detectam movimentos defluidos produzidos pelo movimento da cabeça (veja o Capítulo 6 parainformaçõessobreaorelhainterna;oscanaissemicirculareseacócleatêmumaorigemevolucionáriacomum).Ostrêscanaissemicircularesdetectamarotaçãosobreoeixovertical,oeixohorizontaldetrásparafrenteeoeixohorizontaldeorelha a orelha, respectivamente.Os sinais dos canais semicircularesmedeiamum reflexo de equilíbrio chamado reflexo vestíbulo-espinhal que envolveretransmitir pelo córtex e cerebelo (discutido posteriormente neste capítulo).Sinaisvestibulares são tambémcombinadoscomsinaisdogânglio retinaledecélulas corticais que detectam movimento na mesma direção que o canalsemicirculardetecta.Dessamaneira,ossistemasvisualedocanalsemicirculartrabalham juntos para derivar sua orientação e movimento pelo espaço paracontroledoequilíbrio.

Osistemadecontroledoequilíbriocontrolaosmúsculosdoseutronco.Sevocêcomeça a cair para a direita, por exemplo, pode, além de ativar os músculosextensoresdasuapernadireita, levantarseubraçodireitoparagerarumaforçacontrária para restaurar o equilíbrio. Animais com cauda podem usá-la para

restauraroequilíbriomesmoenquantoestãonoar,porexemplo.

A coordenação do equilíbrio é realizada pelo processamento neural, que édistribuído através da medula espinhal e inclui estruturas do tronco cerebralcomo os núcleos vestibulares na medula e o vestíbulo-cerebelar. O comandocortical“simples”notopodessahierarquiapara“ficarempéparado”érealizadopor um sistema distribuído complexo e multinível que cuida dos detalhes eexecutaalgumasrespostasemcircuitoslocaisrápidos.

FaçaalocomoçãoClaro,amaioriadenósquerfazeralgoalémdeficarempéparadosnavida.Pararealmentesemover,noentanto,outroníveldehierarquiaénecessário,paraquepossagerarumciclode locomoção,oumarcha.Umamaneiradeandaréumarepetição de uma sequência de movimentos de pernas e braços que realiza alocomoção.Caminhar,correr,pularesaltarsãomaneirasdeandardiferentes—sequênciasdemovimentosquesãorepetidosemumciclo.

ObásicodalocomoçãoUmamaneira de entender a locomoção é pensar nela como uma sucessão dereflexos,indodonívelmaisbaixoparaomaisalto:

»Reflexosdereceptoresdearticulaçõesquesentemsuaposição(chamadospropriocepção;vejaoCapítulo8)econtrolamosmúsculosdesuaspernasgeramforçasuficienteparasuportarseupesocorporalemantê-loereto.

»Quandovocêiniciaumpasso,inclina-separaafrenteecomeçaacair.Umreflexoespinhalmoveapernaqueestáapoiandomenospesoparaafrenteparasegurarsuaqueda,evocêdáumpasso.

»Circuitosneuraisnamedulaespinhaltambémcontrolamseusbraçosepernasemcoordenaçãoparaquesuaspernasalternemumacomaoutraeseusbraçosalternememantifasecomsuaspernas,paraqueseubraçoesquerdosemovacomsuapernadireita,eseubraçodireito,comsuapernaesquerda.Outroscircuitosespinhaispermitemquevocêcompensesuperfíciesirregularesescorregadias.

»Emníveissuperioresvocêaindapodeescolhersemoveremuma

variedadedemaneiras.Podetambémaprendernovasmaneiras,comoofoxtrote,comaprática,tornar-seumdançarinoproficiente.

O ajuste do movimento envolve aprender a coordenação de toda a medulaespinhalcomestruturascerebraiscentrais,comoocerebeloeocórtexmotor.

Alternandomaneirasdeandardosmembros:GeradoresdepadrãoespinhaisVocê pode realizar movimento cíclico em um sistema hierárquico de duasmaneiras: você pode controlar centralmente a sequência pré-programada deaçõesqueformamociclodomovimentooupodepré-programarociclointeiro.Paraalgumassequênciasdemovimento,vocêusaambasasestratégias.Quandoestá aprendendo uma nova sequência de movimentos, como dançar o foxtrot,precisa planejar conscientemente cada passo. Se quiser dar um passo à frentecomseupéesquerdo,deveseinclinarparaadireitaeparaafrente,levantarseupé esquerdo e avançá-lo para a frente para evitar sua queda. Seu comandocorticalmotorprimeiromomentaneamentesubstituiseupontodeequilíbriopararealizar a inclinação e, então, restaura o equilíbrio ao avançar sua pernaesquerda,sustentandoseucorpo.Aoaprenderadançar,cadapassoéexecutadodemaneirasimilar,masseulobofrontalcontrolaasequência.

Algomuitodiferenteocorre commaneirasde andarpadrãoquevocê realiza avidainteira,enquantocaminha,correouatépula.Nessescasos,opadrãointeirofoi aprendido.O local dospadrões aprendidospara amaioria dasmaneiras deandar básicas, caminhar e correr, está na própriamedula espinhal (talvez comuma pequena ajuda do tronco cerebral e do cerebelo), distribuído entre ossegmentosdocervicalaotorácicoquecontrolamosbraçoseaspernas.

LOCOMOVENDO-SECOMMOVIMENTOALTERNADODEMEMBROSOpadrãodemododecaminharaprendidonamedulaespinhalébaseadonoqueos pesquisadores chamam de gerador de padrão central, que alterna as duaspernaseosdoisbraçosunscomosoutroseaspernaseosbraçosemcontrafase(pernaesquerdaebraçodireitosemovememfrentejuntos,assimcomoapernadireita e o braço esquerdo), o que é comum tanto para caminhar quanto paracorrer. Como o “conhecimento” de como fazer isso está embutido namedulaespinhal,océrebrosóprecisacomandarqualmododecaminharédesejado,eamedula espinhal toma conta dos detalhes. Isso permite que você faça coisas

comomastigarchicleteecaminharaomesmotempo.

MUDANDOORITMO:ANDANDO,CORRENDO,PULANDOETROTANDOManeiras de andar são muito mais eficientes quando controladas por umahierarquia na qual os níveis mais baixos cuidam dos detalhes de níveis maisbaixos comciclos de feedback rápido e os níveismais altos cuidamde coisascomo selecionar omodo de andar e a velocidade sem ter que programar cadacontraçãomuscular.

Essadivisãode trabalho funcionaporqueamaioriadas contraçõesmuscularesnecessáriasparalocomoçãoérelativamentecomumentreosmodose,portanto,podesercontroladaporníveismaisbaixosnahierarquia.Essesistematambémpermiteajustes rápidosparaerros, taiscomoquandovocêestácorrendoepisaem um buraco. Pelos circuitos de locomoção da medula espinhal, seu corpoautomaticamente compensa o choque súbitomais rápido do que você poderiapensarsobreoquefazer.

CorrigindoErrossemFeedback:OCerebeloTodos nós ouvimos que a prática leva à perfeição. Isso não é estritamenteverdade,masapráticatende,sim,amelhoraraperformance.Entãoaperguntaé:comoarepetiçãonos tornamelhoresemfazeralgumacoisa?Oprocessogeraldemelhoriadeperformanceenvolvedoispassos:

»Passo1:Reconhecendoou“marcando”erros»Passo2:Mudandoalgumaspectodasequência(comootempo)emrespostaaoerro

O processo de melhoria de performance baseado na repetição é normalmentechamadodeaprendizadomotoredependedocórtexmotornolobofrontaledaestruturacerebralinferiorchamadacerebelo(quesignifica“pequenocérebro”).

O cerebelo é evolucionariamente antigo, existindo em vertebrados nãomamíferos como peixes e anfíbios. É complexo, de acordo com alguns

pesquisadores contendo tantos neurônios quanto o resto do sistema nervosocentral(algocomo100bilhões).Emboraospesquisadoresnãoentendambemosdetalhesdecomoocircuitoneuralmedeiaacorreçãodeerromotor,estáclaroque o cerebelo é o centro do aprendizado e da coordenação motora. Lesõescerebelares resultam em diminuição do tônus muscular, movimentosdesajeitadoseanormaiseperdadoequilíbrio.

ObservandoossistemascerebelaresO cerebelo é um computador de erro de sequência que compara o estadodesejado ou programado em qualquer ponto de uma sequênciamotora com oestado real do corpo na execução da sequência. Partes diferentes do cerebelorecebem informações somatossensoriais de todo o corpo, mais entradasvestibulares, visuais e até auditivas. As entradas são recebidas quaseexclusivamentenomantoexternodocerebelo,chamadodecórtexcerebelar,queentão projeta para os núcleos cerebelares profundos cujas projeções sãoorganizadasemtrêssistemasprincipais,mostradosnaFigura9-2:

»Neocerebelo:Projeta(viatálamoventrolateral)paraáreaspré-motoras,comoocórtexmotorsuplementareocórtexpré-motor,paramonitoramentodecorreçãodeerrosdeplanosgerais.Ouseja,coordenaoplanejamentodemovimentosqueestãoprestesaocorreràluzdeaprendizadosanterioressobresequênciasdemovimentossimilares.Porexemplo,sevocêestáprestesabateremumaboladetênis,seucerebeloteminformaçõesdesucesso/fracassoarmazenadassobreasequênciainteirademovimentosnecessários,dapreparaçãodaraqueteparaacompanhar.

»Espinocerebelo:Projetaparaocórtexmotorprimárioeparabaixo,descendoporcaminhosmotoresparaamedulaespinhalparaacorreçãodeerrodedetalhesprecisosdomovimento.

»Vestíbulo-cerebelo:Projetaparaosistemaoculomotorparacontrolarmovimentosdosolhoseparazonasreceptorasvestibularesparaacorreçãodemecanismosdeequilíbrio.

FIGURA9-2:Anatomiaefunçãodasdivisõesdocerebelo(vistatraseira).

©JohnWiley&Sons,Inc.

Aseparaçãoanatômicaentreoneocerebeloeoespinocerebelotambémreforçaaideiadeumahierarquianocontrolemotor.Oneocerebelo(aparteevolucionáriamaisnova)interagecomoplanejamentoeaorganizaçãodeáreasdocórtexpré-motor, enquanto o espinocerebelo mais antigo interage com áreas decoordenaçãodocórtexmotorprimárioedamedulaespinhalparaacorreçãodeerrosemumníveldecontrolemaisbaixo.

Pense destamaneira: ao ir a um destino que você frequenta, às vezes pega aestrada alta, e às vezes a estradabaixa.Seu caminho espinocerebelar fazvocêcorrer mais rápido e com mais segurança sobre os obstáculos em ambas asestradas,enquantoseucaminhoneocerebelarlheavisaqueaestradabaixa,nesta

situaçãoespecífica,podelevá-lomaisrápido.

Umfatointeressante:estudosdeimagemrecentesmostramumrelacionamentopróximoentreo aprendizadomotornocerebeloe a atividadecognitivaque sepensavaserbemabstrata,comojogarxadrez.Quandojogadoresexperientesdexadrezestãocontemplandojogadasespecíficasnojogo,seucerebeloéativado,sugerindo que parte do conhecimento abstrato de como as peças semovem érealmenterepresentadacomosequênciasdemovimentonocerebelo.

PrevendoalocalizaçãodomembroduranteomovimentoPara o cerebelo realizar suas funções refinadas de controle motor, ele devemanter“modelos”neuraisdecomoosmúsculosdocorpomovemosmembrosem tempo real. Isso significa que o cerebelo realiza uma associação neural naqual prevê onde os membros e outras partes do corpo estarão durante umasequênciademovimentos.Sevocêestivercorrendo,porexemplo,etropeçaremumaraiz,umerroéenviadoaocerebeloindicandoaposiçãodasuaperna,enãoondeeladeveriaestar,emecanismoscompensatóriosmultinívelsãodisparadosparamanterseuequilíbrioerecuperarapassada.

Essafunçãodeprevisãoéachavedecomoocerebelopermitequevocêmelhorecomaprática.Considereumjogadordebasquetequeconseguelançarumabolaatravés de um aro apenas levementemaior que a bola amais de 6metros dedistância.Apráticapermitequeocerebelodojogador“calibre”aforçamuscularnecessária. Em qualquer arremesso específico, embora o pulo não sejaexatamente do mesmo lugar em qualquer arremesso feito antes, a distânciamedida pelo sistema visual é traduzida para omodelo cerebelar, que ajusta asaídadoprogramamotorvindodocórtexpara fazeros trêspontos.Algunsdenóspodemrealizarfaçanhascomoessamelhorqueoutros,claro.Aperguntaé:isso épossível por causadapráticaoudeumcerebelomelhor?Pesquisadoresqueremsaber!

FocandoemcontroledomovimentocorticaletroncoencefálicoO córtexmotor controla omovimento via caminhos diretos e indiretos, comomostradonaFigura9-3.Nocontroledireto,osneurôniosmotoressuperioresnocórtexmotor primário projetam diretamente a neurôniosmotores inferiores namedula espinhal que conduzem o músculo adequado. Essa projeção controlamovimentosvoluntárioscomplexos,comoosrequeridosparatocarumpiano.Osaxôniosdeneurôniosnessecaminhocruzam(interceptam)paraooutroladodocorponamedulaepassamparadentrodasubstânciabrancadamedulaespinhal.Elestendemaselocalizarempartesmaislateraisdostratosdesubstânciabrancaexterna na medula espinhal. O córtex motor primário recebe entradasproprioceptivasdohomúnculosomatossensoriallogoemfrentedosulcocentral.Também recebe entradas significantes de áreas pré-motoras do lobo frontal,tálamoecerebelo.

FIGURA9-3:Projeçõesdeneurôniosmotoressuperioresparaamedulaespinhaletroncocerebral.

IlustraçãoporFrankAmthor

Neurônios motores superiores também projetam para os núcleos do tronco

cerebral, particularmente namedula,mas também nomesencéfalo e na ponte.Essesnúcleosrecebementradasdamedulaespinhaledeoutrasáreascerebrais,tais como os canais semicirculares no sistema vestibular e no sistema visual.Essesnúcleosdotroncocerebral,porsuavez,projetamviapartesmaismediaisdostratosdesubstânciabrancaespinhalparaneurôniosmotoresinferioresparaconduzir músculos, normalmente para movimentos controlados maisautomaticamente,comoandarecorrer.

Otroncocerebralconstituientãoopróximonívelnahierarquiaacimadamedulaespinhal,comocórtexmotorprimárioeáreaspré-motorasdolobofrontalacimadisso.Ocontrolecorticaldemovimento,porsuavez,dependedeinteraçõesdolobofrontalcomosgângliosbasaiseocerebelo.

T

Capítulo10PlanejandoeExecutandoAções

NESTECAPÍTULO

Entendendoacomplexidadedeaçõesgeradaspormetas

Observandoasáreascerebraisenvolvidasnoplanejamentoexecutivo

Examinandoteoriassobreneurônios-espelhoevonEconomo

Explorandodisfunçõesmotorasrelacionadasaosgângliosbasais

odosnósfazemoscoisasporváriasrazões.Deumlado,reflexossimplescomo puxar sua mão para longe de um fogão quente acontecem tão

rapidamentequeocorremantesdapercepçãoconsciente.Nooutroextremo,umato— como dizer “Sim”— pode ser planejado com grande deliberação poranos. Todos nós também fazemos coisas que não queremos fazer e, às vezes,maistardedesejamosnãoterfeito.

Descobertasdepesquisasdeneurociênciapodemnosdizermuitosobrereflexos,porquepraticamentetodososanimaisostêmeporquepodemosestudarreflexosemanimaisqueagemessencialmentedamesmamaneiraqueemhumanos.Massociedadeshumanasnãooperamexclusivamenteporreflexo.Elasoperamcombasenahabilidadehumanadeescolhercursosdeaçãobaseadosempensamentoe racionalidade. Então qual localização cerebral, sistema ou processo únicosexistememhumanosqueapoiamesse“livrearbítrio”enosdistinguemdeoutrosanimais?

Paraganharumimpulsonessaáreanebulosa,considerequeocomportamentoécontrolado por um sistema hierárquico. Pense em cada nível do sistema comoum regulador quemantémum atributo—por exemplo, postura— em algumpontodeterminado.Onívelnosistemaquecontrolaessepontodeterminadotem

algumelementodeescolhacomrelaçãoaonívelinferior,quenãotem.

Asquestõesentãosãoestas:oqueestánonívelsuperior?Erealmenteháalgumaescolha?Os humanos têmumnível neural único que outros animais não têm,algumaáreacerebralespecialouumconjuntode“neurôniosdeconsciência”,oshipotéticos (muitas vezes de forma satírica) neurônios especiais únicos dehumanos cuja atividade criaou apoia a consciência?Aconsciência emergedeapenas terumcérebrograndeo suficiente?Ouaconsciêncianãoé real,nãoéuma causa de nada, mas um resultado, uma ilusão que segue o fluxo comatividade cerebral complexa, o que alguns filósofos chamam de epifenômeno?Estecapítuloconsideraalgunsdosdadosmaisrelevantes.

TransformandooMovimentodeReflexosaConscientes,ouAçãoGeradaporObjetivoComooCapítulo8explica,tiposdiferentesdemovimentossãocontroladospordiferentes tiposdecircuitosneurais.Aanalogiausadafoideaviõescomerciaisvoandonopilotoautomático.Opilotoautomáticotemumconjuntodeobjetivos,como curso e altitude, e um conjunto de entradas, como leituras de bússola ealtímetro. O piloto automático ajusta sua saída de motor, as superfícies decontrole de voo, como o leme e o elevador, paramanter essas configurações.Essecontrole lembrao tipode reflexosque lhepermitempermanecereretoaoandaratémesmoemterrenoirregular.

Movimentos relativamente complexos como caminhar envolvem açõesreflexivas de baixo nível, com os músculos sendo controlados pela medulaespinhal. Você pode decidir se quer caminhar pela cozinha para pegar umaxícaradecafé,mas,alémdisso,quantotempovocêpassapensandosobrecadapassoquedáouatémesmocomosegurarumaxícaradecafé?Nomovimentoreflexivo, um programa motor é executado, no qual o estado atual do corpo

chamaopróximoestado.

Noentanto,nemtodomovimentoéreflexivo.Océrebropodeassumircontrolediretodosmúsculosapartirdamedulaespinhal,efazissopormeiodeprojeçõesdocórtexmotorprimário,aporçãomaisposteriordolobofrontalimediatamenteanterior ao sulco central (veja a Figura 10-1). Os axônios dos neurônios nocórtexmotorprimárioviajampelamedulaespinhalefazemsinapsenosmesmosneurôniosmotoresquemedeiamosreflexosdiscutidosnoCapítulo8.

No entanto, esse controle direto permite muito mais flexibilidade eadaptabilidadedoquepodeocorrercomreflexos.Voltandoàanalogiadopilotoautomático, quando o cérebro assume o controlemuscular, é como desligar opiloto automático.Mas, depois de fazê-lo, você precisa saber conscientementecomopilotaroavião.Ondeficaesseconhecimentoecomoelechegoulá?

FIGURA10-1:Asáreasdecontrolemotordocórtexpré–frontal.

©JohnWiley&Sons,Inc.

ComooslóbulosfrontaisfuncionamO córtexmotor primário, na áreamais posterior do lobo frontal, é a saída dosistemadecontrolemotorcortical.Neurôniosmotoresnocórtexmotorprimário(chamados neurônios motores superiores) enviam seus axônios pela medulaespinhal e inervam neurônios motores alfa (inferiores), que conduzem osmúsculos do tronco. (Para controle dos músculos da cabeça, os axônios deneurôniosmotoresprimáriosdeixamocérebrovianervoscranianos.)

EnviandomensagensdocórtexmotorprimárioparaosmúsculosPesquisadores sabem a partir de experimentos de estimulação, como aquelesfeitos pelo neurocirurgião mundialmente famoso Wilder Penfiel, queestimulaçãoelétricadelocaisdiscretosnocórtexmotorprimáriocausacontraçãode músculos discretos no corpo de acordo com um mapa ordenado, referidocomohomúnculomotor(muitosimilaraodaáreasomatossensorialprimáriadoCapítulo4).

Os mapas motor e somatossensorial são parecidos porque onde há densainervação neural de músculos no corpo, como na ponta dos dedos e lábios,tambémhá,normalmente,discriminaçãoprecisadetoquequepermitefeedbackparaaprendizadoemonitoramentodeperformance.Arepresentaçãosensorialdocorpo fornece feedback para áreas de controle motor correspondentes paraaquelapartedocorpopormeiodosulcocentral.

O sistemade controlemotor cortical permite flexibilidade e adaptabilidade nocomportamentomotorqueseriaimpossívelcomapenasprocessadoresdepilotoautomático da medula espinhal de baixo nível. Você não evoluiu com acapacidadededançarofoxtrotoudedigitaremumteclado,maspodeaprenderafazer essas coisas de formamuito rápida e precisa. No lobo frontal há váriosníveis de controle hierárquico. A hierarquia procede mais ou menos da parte

mais anterior do lobo frontal, no topo da hierarquia, para o córtex motorprimário na extremidade posterior do lobo frontal, no nívelmais baixo, o queformaasaídadolobofrontal.

EstabelecendometasdeatividademotoraAlgo precisa dizer aos neurônios do córtex motor primário quando devemdisparar e emqual ordem. Isso envolve estabelecermetasde atividademotora(aonde você quer ir?), determinar a estratégia (como quer chegar lá?) e,finalmente,executaroplano(pilotaroaviãomanipulandoailerons,elevadoreseoleme).

Apartemaisanteriordoneocórtexéocórtexpré-frontal(umnomequechocaamaioriadosestudantesporqueocórtexpré-frontalenglobacercademetadedetodo o córtex frontal). Como a hierarquia motora do córtex frontal funciona?Suponha que você esteja em uma festa e decida perguntar a alguém do outroladodasalaseessapessoaoencontrarianopátioparaconversarsobrealgo.Essameta é abstrata, e você pode realizá-la de várias maneiras. Poderia gritar seupedido para o outro lado da sala. Poderia andar até a pessoa e anunciar seupedido em uma voz normal. Poderia enviar umamensagem de texto. Poderiausargestosparadeixarseupedidoclaro.

Agora, a maioria dessas abordagens é incompatível ou, no mínimo, temcomponentes incompatíveis: você não pode fazer gestos amplos e mandar amensagem de texto. Você provavelmente não quer andar até lá e então gritarcom a pessoa. Dada a meta selecionada, você deve, então, selecionar umamaneira (programamotor) para alcançá-la.Cadamétodopara alcançar ametaenvolvediferentesmúsculosemumasequênciadiferente.Depoisdeselecionarummétodo—digamos,andaratélá—,vocêdeve,então,programarsuaprópriasequênciamuscularpararealizarisso.

Mas se a pessoa semover enquanto você escolhe seu caminho pelamultidãopara chegar lá, você pode ter quemudar seu plano, alterando o programa oumudando para outro diferente. É aqui que ter um cérebro, principalmente umcórtexfrontalgrande,érealmenteútil.Apróximaseçãopassapelosdetalhes.

Planejando,corrigindo,aprendendo:Córtexpré-frontaleprocessadores

subcorticaisDeondevêmasmetasdoprogramamotor?Organismoscomplexos,comovocê,têmmetasqueexistememumahierarquiadesubmetas.DigamosquevocêgostedeouvirgravaçõesdeBeethoveneouçaumanovaversãodaSinfonian°gquegostariade ter.Vocêalcançaessameta indoauma lojaecomprandoumCD.Buscaressametarequerquevocêsaibaondeháumalojaequeéprovávelqueela tenha a gravação que quer. Ameta de ir até a loja poderia ser alcançadadirigindoseucarrooupegandoumônibus.Quandocheganaloja,precisadeummeioparapagarpeloCDeumjeitodevoltarparacasa.

Qualquerumpoderiaelaboraressecenárioporváriosparágrafos.Emborafazê-loprovavelmenteenvolveriadezenasdepassoscomváriasalternativas,nenhumhumano normal teria problemas para compreender como executar esse planodescrito. Nenhum animal não humano possivelmente compreenderia ouexecutariaumplanotãocomplexo,anãoserquefosse treinadoexplicitamentede maneira rigorosa, flexível e passo a passo (eu falo sobre esse tipo deaprendizadosequencialnadiscussãodocerebelonoCapítulo9).

Hierarquias de metas complexas e flexíveis vivem no córtex pré-frontal. Umcórtex pré-frontal grande permite planos multinível e complexidade em cadanível.Planoscomplexosrequeremmemóriasdelongoprazoquepossamacessarsubplanoscomoaformadeencontraruma loja,comodirigirumcarroecomopagarporumCDdeBeethoven.Elestambémrequeremmemóriaoperacionaledecurtoprazo(osseteitens,maisoumenos,quevocêpodemanternamemóriaao mesmo tempo) para formar o conjunto relevante de subplanos em umaestruturaquerealizeametageral.

Memóriaoperacional(oudetrabalho)Amaioriadenóstendeapensarnamemóriacomoumlocaldearmazenamentodedados.Entretanto,amemóriaoperacionalnocérebroébemdiferentedisso.Émais como a manutenção temporária de um padrão dinâmico de disparosneurais.Cada ideiademeta,comoobtera9adeBeethoven,éumconjuntoderepresentações neurais relacionadas espalhadas pelo cérebro (Beethoven,música,n°9,gravação,CDplayer,eassimpordiante).Amemóriaoperacionaléacriaçãonolobopré-frontaldeumcircuito temporárionoqual todasas ideiasrelacionadas a essa gravação são ativadas em um ciclo recorrente, etiquetadascomoumconceito.Enquantotodasasideiasrelacionadasforemcontinuamente

ativadas,aideiaficanamemória.

Pense na memória operacional como um malabarista ou um time demalabaristas.Enquantoasbolas(ositensdememóriadiscreta)permanecemnoar e são jogadasdemãoemmãocomsucesso, o showcontinua.Masparedefazermalabarismoseasbolascaemnochão(comoopadrãodinâmicodeideiasnocérebro).Oshowacaba.

Amemóriaoperacionalpodeguardaratéseteconceitos,ouseja,humanos têmcerca de sete malabaristas à sua disposição. Enquanto o primeiro malabaristaestácomoconceitoda9adeBeethoven,eleocasionalmentejogaumadasbolas,digamos,abola“obtergravação”,paraumsegundomalabarista,quecomeçaaconstruiroconceitodalojadeCDsclássicosmaispróximaemantémessasbolasno ar. Quando esses dois “malabaristas” estão estabelecidos, podem trocar debolascomumterceiro,quepegaamensagem“dirigiratéaavenidaSãoJoão,nalojadeCDs”.

De modo interessante, humanos parecem não ter uma oferta muito maior de“malabaristas”damemóriaoperacionaldoqueváriosoutrosanimais.Corvosepássaros, por exemplo, podemdiferenciar entre conjuntos de cinco contra seis“itens”.Noentanto,acomplexidadedositensqueoshumanospodemmanternamemória (que os pesquisadores chamamdepedaços) émuitomaior, demodoqueumitemdecadamalabaristahumanopodecontervárioscomponentes,cadaqualdeixariaexaustostodososmalabaristasemumanimalnãohumano.

O processo demalabarismo neural quemantém itens ou pedaços namemóriaoperacional envolve interações de neurônios corticais pré-frontais e estruturassubcorticais,comoohipocampoeaamígdala.Emespecial,ainteraçãodocórtexpré-frontallateraledohipocampomantémamaioriadasassociaçõesgenéricas(Beethoven,n°9,CD,gravação,eassimpordiante)quecodificaedefine itensrelevantesàsituaçãopresente.Ocórtexorbitofrontal(aparteanteriordoslobosfrontais sobre os olhos) interage com a amígdala para codificar os riscos e

benefíciosdospedaçosdesubplanosparaametaconsiderada,porexemplo,sealojadeCDséemumavizinhançaperigosaeiratéládepoisdeescurecertalveznãosejaumaboaideia.

Iniciandoações:GângliosbasaisDadoqueexistemriscoserecompensasparacadaação,incluindoasmaneirasdeusar e partir para a ação, onde a escolha é feita?Ocórtexpré-frontal tambéminterage com outro conjunto de estruturas subcorticais chamadas gângliosbasais. Essa interação é crucial para realmente iniciar ações adequadas parametas.

A interação dos gânglios basais com o lobo pré-frontal envolve dois aspectosdiferentesdebuscarmetas:seleçãoetroca.

»Seleção:Comoosgângliosbasaisfuncionamcomoumcircuitoéumadasáreasmenosentendidasdeneurociênciadosistema,apesardesuaimportânciaemdoençascomoParkinsoneHuntington(explicadasnaseçãoposterior“QuandoTiramosasRodinhas:DistúrbiosMotores”).Amaioriadosmodelossugerequeexecutemumafunção“outudoounada”entremetasesubmetasalternativascorticaisemcompetição,quesãosimultaneamenteativadasemqualquerdadasituação.VocêpodequereroCDdoBeethoven,maspodeestarcansadooucomfomeoucommedodeiràlojaànoite.Emcadaníveldahierarquiadasubmeta,ainteraçãoentreaatividadepré-frontaleosgângliosbasaisfazemumametaserselecionada,easoutras,inibidas.

»Troca:Sevocê,porumacaso,estánocaminhoparaalojaparacompraroCDdoBeethoveneencontraumbandodecãesselvagens,suasmetasimediatasprovavelmentemudarãoconsideravelmente.Amudançaemsuasmetasimediatasrequermudançasemtodasassuassubmetas,alémde,nestecaso,aativaçãodasrespostasautônomasdelutaroufugir.Osgângliosbasaistambémcontrolamessetipodetrocademeta.Pelomenospartedessecontroleérealizadopormeiodaconexãodosgângliosbasaisaotálamo.

Os gânglios basais são estruturas filogeneticamente antigas que existem emvertebrados nãomamíferos.Animais como sapos e lagartos tambémescolhementremetas,mas suas escolhas sãomuitomais contidas pelas oportunidades eperigos imediatos. Mamíferos em geral, e primatas e humanos em particular,podem se engajar emmetas complexas de longo prazo, commuitos passos edecisõeseocorrendopordias,mesesouatéanos.Essacapacidadeépermitidapelo córtex pré-frontal, que adiciona sutileza, complexidade, adaptabilidade eperseverança(emperíodosdetempomaioresquedias)nabuscademetasparaosistemadegângliosbasaismaisinstintivoefilogeneticamentemaisantigo.

Osgângliosbasaissãoumsistemadenúcleosembutidosemumsistemamaiorde áreas corticais e subcorticais quemedeiamo controlemotor (veja a Figura10-2).Entradasdemuitasáreasdoneocórtexedo tálamoentramnosgângliosbasaispelaretransmissãoporestruturasdosgângliosbasaischamadascaudadoeputâmen, que juntas são chamadas de corpo estriado, que projeta para trêsnúcleos interconectados dentro do centro dos gânglios basais, chamados deglobopálido,núcleosubtalâmicoesubstâncianegra(nomesencéfalo).Asaídadesses três núcleos, particularmente do globo pálido, inibe áreas motoras pormeiodotálamo.

FIGURA10-2:Osgângliosbasaiseestruturascerebraisrelacionadas.

IlustraçãoporFrankAmthor

A principal função do complexo dos gânglios basais é monitorar o status demuitossistemasdeplanejamentomotorcorticaleinibirtodos,excetooprincipalaserexecutado.Porexemplo,vocênormalmentenãocoçariaonarizenquantofaz um forehand no tênis. Em geral, amaioria de nós só consegue fazer umacoisadecadavezque requeira supervisãoconscientecontínua.Aexecuçãodetarefas duplas se deve ao fato de que uma ou ambas as tarefas são tãoautomáticasoupraticadasquepodemserfeitascompoucoesforçoconsciente.

Emmuitoscasos,nossahabilidadedemultitarefaaparenteérealmenteumcasodecompartilhamentocíclicode tempo.Penseemdirigireseenvolveremuma

conversa complexa. Você ouve ou fala por alguns segundos, então prestaatenção na estrada e volta à conversa. Você pode fazer isso automaticamentemudando de uma tarefa para a outra em um intervalo de tempo de algunssegundosoupodefazerissoaodeixarumatarefadominareinterromperaoutrapor breves períodos de tempo. Os gânglios basais são um dos principaiscontroladoresdessetipodeatividade.

Nomeiodascoisas:Áreassuplementaresepré-motorasEntreo córtexmotorprimário eo córtexpré-frontal estãoduas áreas corticaisquemedeiamosequenciamentodemovimentos.Amaismedialéaáreamotorasuplementar(AMS);lateralaelaestáocórtexpré-motor(CPM);vejaaFigura10-1paravisualizaressasáreas.

Ocórtexpré-motor:AprendendoafazerdireitoO trabalho do córtex pré-motor é monitorar conscientemente sequências demovimentousandofeedbacksensorial.Depoisqueosgângliosbasaiseocórtexpré-frontal selecionaram a meta, o córtex pré-motor coordena os passos paraalcançaressameta.Aatividadenocórtexpré-motorlheajudaaaprendernoqueprestaratençãoenquantorealizaumasequênciamotoracomplicadaeoquefazerquandoficarpresoemumpontoespecífico.

Lembre-se de quando você aprendeu a escrever seu nome pela primeira vezquando criança. Cada letra era difícil, então você trabalhava arduamente paraescrever cada letra, verificando sua forma enquanto seguia. Você tambémprovavelmentetinhaqueverificarondeestavanonome,qualletraeraapróximae quanto espaço deixar entre as letras. Todo esse monitoramento requeriafeedbacksensorialconsideráveldeseusistemavisualeatémesmodesuamãoededos.Emboraseucerebeloajudasseumpoucoenquantopraticava,nocomeçoaescritarequeriaconcentraçãoconscienteemonitoramentoconsiderável—etudoissoocorrianocórtexpré-motor.

Ocórtexmotorsuplementar:PassandodiretoAgora compare assinar um recibo de cartão de crédito hoje com aquelaexperiênciadeescreverseunomena infância.Umavezquevocêdecidecomoescreversuaassinatura,realizaatarefaquaseinconscientementeecomrapidez.

Naverdade,sepensarsobreasletrasindividuaisqueestáescrevendoenquantoassina, provavelmente parará ou cometerá um erro.Anos de prática fazendo amesmaassinaturafizeramcomqueasequência inteirafossearmazenadacomoum único pedaço executável de movimentos. Esse pedaço é amplamentearmazenadonaáreamotorasuplementar.

Ocerebelo:OndevocêcoordenaeaprendemovimentosMaisumaestruturasubcorticalmerecesermencionada:ocerebelo.Ocerebelorecebe entrada sensorial de receptores periféricos, assim como de áreas pré–frontaiseoutrasassociaçõescorticais,eprojetaparaocórtexmotorprimário.

O cerebelo é uma área de aprendizado e coordenação motora de alto nível.Quandovocêtentafazeralgodifícilpelaprimeiravez,comoandardebicicleta,cometevários errosnão sónoque faz,mas tambémnavelocidadecomqueofaz.Aomonitorarseuserrosecompará-loscomosobjetivosqueestabeleceu,ocerebelopermitequevocêmelhorecomaprática.Eletambémpermitequevocêintegreoquevê (comoa rotadabolade tênis)comoque faz (amecânicadeumabatidaespecíficaadequadaparaenviarabolaparaondevocêquerqueelavá).

Embora o cerebelo pareça como um único “órgão” cerebral, consiste, naverdade,detrêsáreasbemdiferentescomconexõesdiferentes:

»Naparteinferior,ovestíbulo-cerebeloexecutacorreçãodeerroseaprendizadomotorparaequilíbrio,usandoentradasdoscanaissemicircularesedosistemavisual.

»Ocerebelomedialintermediário,tambémchamadodeespinocerebelo,coordenaotempodelocomoçãoeaatividadedotronco.

»Oneocerebelolateralinteragecomaáreapré-frontaleoutrasáreascorticaisparaaprendersequênciasgeraisdoplano.

VejaoCapítulo9paramaisdetalhessobreessaestruturacerebral.

Juntandotudo

Sevocêcolocaralguémemumaparelhoderessonânciamagnéticaepedirqueessapessoaexecuteumasériedemovimentosdededosquenãopraticoumuito,verá a ativação de várias áreas pré-frontais, do córtex pré-motor e do córtexmotorprimário.Sepedirqueosujeitomovaseusdedosdeumamaneiraquejápraticou (como um praticante de LIBRAS soletrando uma palavra comum), aáreamotorsuplementar,enãoocórtexpré-motor,seriaativadaprimariamente.

AFigura10-3éumdiagramadosistemadecontrolemotordocérebro.Pensenosubsistema gânglios basais/cerebelo intermediário/córtexmotor primário comoestandoumnívelhierárquicoacimadaespinha.Aáreamotorasuplementareocórtex pré-motor são o próximo nível. Finalmente, o córtex pré-frontal e ocircuito do cerebelo lateral formam mais um nível de controle. Lembre-setambémdequeocórtexpré-frontaléumagrandeáreacomváriassubdivisões,entãoarealidadeémuitomaiscomplicadaqueessaimagem.

FIGURA10-3:Osistemadecontrolemotordocérebro.

©JohnWiley&Sons,Inc.

OndeEstãoosNeurôniosdeVontadePrópria?

Nocomeçodestecapítuloeumencionoasdiferençasentreaçõesreflexivasquenormalmentenãopodemoscontrolareaçõesmediadaspornosso livrearbítrio.Comotodasasaçõessão,porfim,executadaspelodisparodeumasequênciadeneurôniosmotores,muitaspessoasachamquequalquerentidadequeestivernonívelmaisaltodahierarquiadeveserapersonificaçãodaseleçãoconsciente.Aperguntaé:nóspodemosidentificaressaentidade?

Oquevemprimeiro:Opensamentoouaação?Dr.BenjaminLibet, umneurocientista naUniversidade daCalifórnia, emSãoFrancisco(USCF),conduziuumafamosasériedeexperimentossobreoassuntonadécadade1980.Essesexperimentoseramcontroversosnaépoca,eaindaosão.Neles, Libet pedia que os sujeitos sentassem calmamente observando umrelógioespeciale,semprequeelesprópriosdecidissem,movessemumpoucoamão enquanto notavam a posição do ponteiro do relógio.Ou seja, os sujeitosdeveriam registrar o tempo quando decidissem mover as mãos. Enquantorealizavam a tarefa, Libet fazia registros elétricos de suas atividades cerebrais(EEGs).

Libet analisouosdados sobrepondoaposiçãodo relógioaos traçosdosEEGspara que pudesse comparar os EEGs aos momentos exatos em que osparticipantes diziam que tinham tomado a decisão demover suasmãos. Eis oque os dados nos mostraram com segurança: desvios dos traços do EEGocorreram tipicamente meio segundo antes de os sujeitos indicarem quedecidirammoversuasmãos (essedesvioénormalmentechamadodepotencialdeprontidãoeémaisfortesobreaáreamotorsuplementar).

Emoutraspalavras,aoobservarotraçodoEEG,Libetpodiadizermeiosegundoantes que seus sujeitos fizessem a decisão de mover suas mãos que eles“livremente”tomaramadecisãodemoversuamão.

ContemplandoosresultadosdoestudoOsdadosdeLibetmostraramqueaatividadecerebralprecediaaconsciênciadossujeitosdesuadecisãodemover.Oqueesseresultadosignifica?

O que não significa é que Libet estava controlando a mente dos sujeitos do

experimento. Ele estava apenas registrando sua atividade cerebral. Algunssugeriramqueoexperimentomostraqueocérebroémeramenteumamáquinaeque o livre arbítrio é uma ilusão ou epifenómeno (um efeito colateral, comoassumirqueobarulhoqueumcarrofazénaverdadeoqueofazsemover).

OqueopróprioLibetachoudesseresultado?Suainterpretaçãocitadacommaisfrequênciaéadequeoprocessodedecidirrealizarumaação,comomoversuamão, deve começar inconscientemente, mas um ponto de “veto” é alcançado,sobreoqual você temcontrole consciente.Ou seja, umamisturade ações empotencialborbulhaemseucórtexatéque,emummomento,osgângliosbasaisinibem todas as ações, exceto uma. Essa única ação recebe, então, todo oprocessamentocorticale,cercademeiosegundodepois,chegaaoconsciente.

Para os sujeitos no experimento, os potenciais de ação borbulhando em seuscórtices incluíam uma variedade de ações possíveis, como mover suas mãos,levantar e ir embora, olhar pela janela, e assim por diante. Então os gângliosbasais inibiam todas as ações, exceto mover a mão, que recebia todo oprocessamento cortical e chegava à consciência,momento em que tomavam adecisãodemoverasmãosemarcarotempo.

Ninguém acredita que esse experimento coloque a consciência nos gângliosbasais ou no córtexmotor suplementar (onde o potencial de prontidão émaisforte).Oqueamaioriadosneurocientistasacreditaéqueapercepçãocomumdeumahierarquialineardadecisãoconscientededispararneurôniosmotoresnãoéconvincente.Somostodosumamassadeimpulsoseinibiçõesquesãoprodutosdenossasconstituiçõeseexperiências.

Vocêaindaéresponsável!Se nenhum controlador central consciente controla o que fazemos, comopodemosterresponsabilidadepornossasações?

A responsabilidade decorre do fato de que o momento de decisão conscienteantes da ação conjura memórias e processos de pensamento racionais queenvolvem todo o cérebro e nos permitem fazer alguma previsão dasconsequênciasdoqueestamosprestesafazer.Comoessaracionalidadepreditivaderivadenosso cérebro comoum sistema, é robusta e envolvenossosvaloresmoraiseculturais.

Mas então o processo de veto— quando os gânglios basais inibem todas asaçõesexcetoaque tomaremos—érealmenteconsciente?Semtentardefinira

própriaconsciência,oqueospesquisadoresdizeméqueoprocessodevetoativagrandes áreas cerebrais e quevocê está conscientedisso.Comoessa atividadecontínuaalcançasuaconsciência,a“escolha”—ouseja,aaçãonãoinibida—éinformadapeloseuhistórico,queincluisuasexperiências,suasmemóriaseseusvalores.Sóissonãosignificaquequalquerdecisãoquevocêfaçasejarealmente“livre”,maséumaescolhainformada,emvezdesubconscienteoureflexiva,naqualvocêpesaalternativaseseuscustosebenefícios.

Vocêaindapode ignorar impulsivamenteoscustosdecertasescolhasou fazermás escolhas, apesar de estar totalmente consciente das consequências. Masvocêpelomenosestágeralmenteconscientedisso,epraticaraautodisciplinaeaintrospecção claramente melhora sua habilidade de fazer boas escolhas. Deforma interessante, anormalidades no lobo frontal, particularmente no córtexorbitofrontal, parecem reduzir a capacidade de uma pessoa de fazer escolhasinteligentes sem reduzir a capacidade de fazer cálculos mentais dos custos ebenefíciosdelas.

DescobrindoNeurôniosNovosUmdosprincípiosfundamentaisdaneurociênciaéadoutrinaneuronal.Eladizoseguinte:

»Neurôniossãoasunidadesestruturaisdocérebro.»Neurônios,emboraespecializadosemalgunscasos,operamporprincípiosbiofísicoscomuns.

»Opoderdocérebrodepensarecontrolarocomportamentoéprincipalmenteumapropriedadedecircuitodasinterconexõesdentrodosistemanervoso.

Umaverdadeóbviadadoutrinaneuronaléadequevocênãodeveesperarqueos cérebros sejamprimariamente distintos por ter tipos únicos de células,maspor ter diferentes circuitos. Em geral, isso é verdadeiro: os tipos neuronaisbásicossãobemantigosevolucionalmente.Naretina,porexemplo,asmesmascinco classes básicas de células existem em espécies vertebradas, de sapos ahumanos.

Noentanto,houvedescobertasdeneurôniosque,emboranãoúnicosahumanos,aparecemapenasemanimaiscomcérebrosgrandes,comohumanos,macacose,

em alguns casos, baleias. As seções seguintes discutem dois tipos neuronais“estranhos”:neurônios-espelhoeneurôniosvonEconomo.

Neurônios-espelhoUmadasdescobertasneuraismaisanimadorasdasúltimasduasdécadaséadosneurônios-espelho.Elessãoneurôniosvisuaisquedisparamnãosóquandoummacaco está realizando uma tarefa que requer feedback visual, mas tambémquandoeleobservaumhumanoououtromacacorealizandoamesmatarefa.

Pesquisadores registraram neurônios-espelho em macacos na área motorasuplementar(AMS)enocórtexpré-motor(CPM),assimcomonoloboparietalanterior. Esses neurônios ficaram ativos quando os macacos realizarammanipulação manual de tarefas que exigiam feedback visual (a área motorsuplementareocórtexpré-motorestãoclaramenteenvolvidosemcoordenaçãomotora).Oquechocouospesquisadoresfoiqueessesneurônioseramativadosnãosóquandoosmacacosrealizavamatarefaparaaqualforamtreinados,mastambémquandoassistiamaopesquisadorrealizara tarefanotreinamento(umadescobertaquefoifeitaacidentalmenteporRizzolattiecolegasnaUniversidadedeParma,naItália).

As propriedades básicas de neurônios-espelho foram replicadas em muitoslaboratórios e foram estendidas para o domínio do áudio (neurônios-espelhorespondemaosomde tarefasespecíficasquefazembarulho,comooperarumamanivelademoagem).Experimentosdeimagemcerebralemhumanostambémmostrarampadrõesdeativaçãofazer-e-vernasmesmasáreasqueosregistrosdecélulaindividualemmacacos.

Afunçãodosneurônios-espelhoéincerta,masestassãoalgumashipóteses:

»Elespodemauxiliarnoaprendizadodetarefas,fornecendoumsubstratocomoqualumprimatapodeaprenderpelaimitação.

»Podemparticiparemumcircuitoneuralpeloqualummacaco(ouhumano)podeentenderopropósitodaaçãodooutro.Essasugestãoérelacionadaàideiadeumateoriadamentepelaqualhumanos(etalvezprimatassuperiores)entendamasaçõesdosoutroscomosendointencionaisecompropósito,oupsicológicas,emvezdeumresultadodafísicacomum.Estaideialevouacertaespeculaçãodequealgumadeficiêncianessesistemadoneurônio-

espelhopoderiaestarassociadacomatendênciaautísticadafaltadeempatia,detratarosoutroscomosefossemobjetosinanimados,emvezdeentidadessimilaresàprópria,cujossentimentospodemserferidos,easmetas,frustradas—umaideiaqueaindaécontroversa.Algumastentativasforamfeitaspara“tratar”pessoascomautismoaoestimularáreascerebraisonderesidemosneurônios-espelhousandotécnicascomoaestimulaçãomagnéticatranscraniana(EMT:usodeumcampomagnéticopulsadoefocadogeradoforadacabeçaparaafetaraatividadecerebralemáreasespecíficas).

»Osistemadoneurônio-espelhopodeestarenvolvidonoaprendizadodalinguagem,duranteoqual,aolongodosanos,ascriançasimitamconstantementeafalaqueouvemaoseuredor.Algunscientistaspostulamqueosistemadoneurônio-espelhopermitiualinguagemhumanaaofornecerumarepresentaçãosuficientedecomportamentocomplexo(linguagem)quepoderiaserimitadoe,então,dominado.

Como os neurônios-espelho são encontrados em várias áreas cerebrais e,portanto,quasenuncasãoeliminadosporumaúnicalesão,confirmarourefutarquaisquer dessas funções sugeridas é muito difícil. (Se existissem em apenasumaárea,ospesquisadorespoderiamestudarmaisfacilmenteseodanoàquelaáreaafetounegativamentequalquerumadessascapacidades.)

NeurôniosvonEconomoOs tipos neuronais básicos encontrados em cérebros de mamíferos sãoevolucionariamente antigos.Uma seção do córtexmotor do rato parecemuitocom uma seção do córtex auditivo humano, por exemplo. Neuroanatomistasgeralmentenão encontraramdiferenças emcérebrosdemamíferosnonível detiposcelularesúnicos.

MasentãoháosneurôniosvonEconomo(VENs).

OndeessesneurôniossãoencontradosEssesneurônios,nomeadosemhomenagemaoneurologistaromenoConstantinvonEconomo,tambémsãochamadosdecélulasfuso.Elesparecemsercélulaspiramidais corticais grandes demais que têm uma árvore dendríticaexcepcionalmenteescassa(ouseja,têmrelativamentepoucasramificações),mastêmconexõesaxoniaisextensaspelocérebro.Eisaparteinteressante:

»Essesneurôniossãoencontradosapenasemhumanosegrandesmacacos(chimpanzés,gorilaseorangotangos),algumasbaleiasegolfinhos,eelefantes.Sãomaiscomunsemhumanosdoqueemqualqueroutraespécie.

»Sãoencontradosapenasemduasregiõesdocérebro:nocórtexcinguladoanterior(acredita-seserumaáreadecontroleexecutivoemrelaçãoaoutrasáreascorticais)enocórtexinsularfrontalepré-frontaldorsolateral,quesãotambémáreasdecontroleexecutivo.

EspeculaçãosobreoqueessesneurôniosfazemUmaespeculaçãoconsiderávelocorreusobreseosneurôniosvonEconomosãosimplesmenteumavarianteestruturalextremadascélulaspiramidaisnormais(aprincipalclassecelularcorticalenvolvidaemconexõesdelongadistância;vejaoCapítulo 2) necessitadas por cérebros de tamanho grande, ou se têm algumafunção e fisiologia únicas. Sua função é desconhecida. Algumas evidênciasindiretas indicam que são particularmente comprometidos noAlzheimer e emoutrostiposdedemência,masissopodeserumefeito,enãoumacausa.

Algunspesquisadoresespeculamque,dadasprojeçõesextensivas,neurôniosvonEconomo ligamvárias áreas corticais.Avantagemde fazer isso comalgumascélulasespecializadas,emvezdevárias(comoénormal),poderiaseradequeospotenciaisdeaçãodealgunsneurôniosvonEconomoseriamsincronizadosemdiferentes áreas corticaisporque surgiramdeumaúnicacélula.Disparoneuralsincronizado foi implicado como um mecanismo de atenção, porque ospotenciaisdeaçãochegandoemalvospós-sinápticossãomuitomaiseficazesseocorreremaomesmotempo,emvezdequandoestãoforadefase.Aideiabásicaé a de que, entre todo esse disparo de fundo no cérebro, aqueles neurôniosconduzidosporneurôniosvonEconomodisparandosincronizadamenteformemumconjuntoautorreforçadorquesurjaacimadoruídoealcanceaatenção.

Se a função e fisiologia de neurônios vonEconomo possibilitaram de alguma

formaúnicaaautoconsciência,porexemplo, issoproduziriauma revoluçãonaneurociência. Também poderia mudar profundamente a maneira pela qual aspessoasveemoutrasespéciesemqueesseneurônioéencontrado.O juriaindanãotomouumadecisãosobreisso.

QuandoTiramosasRodinhas:DistúrbiosMotoresNossahabilidadedenosmoverpodesercomprometidapordanooudoençaqueafete qualquer neurônio na cadeia de controle do córtex pré-frontal até osneurônios-motoralfaquesaemdaraizventraldamedulaespinhaleestimulammúsculos.

MiasteniagraveAmiasteniagrave(MG)éumadoençaautoimunequeocorrequandoanticorposbloqueiamreceptoresdeacetilcolinanaextremidadedaplacamotoradajunçãoneuromuscular, interferindo com a ligação da acetilcolina aos receptores e,eventualmente, os destruindo. Os sintomas iniciais de MG incluem fraquezamuscularefadiga,enormalmenteenvolvemmúsculosquecontrolamoolhoeomovimentodepálpebras,expressõesfaciais,mastigação,deglutiçãoegeraçãodefala.Depoisafetamúsculosrespiratóriosemúsculosquecontrolammovimentosdosmembrosedopescoço.

ImunossupressoresàsvezessãousadosparareduzirarespostaimuneemMG.Aremoçãodaglândulatimotambémaliviasintomasaoreduzirrespostasimunes.

DanosàmedulaespinhaleaocérebroOtipomaiscomumdeparalisiaderivadodanonamedulaespinhalqueserveosaxôniosdosneurôniosmotoressuperioresprimáriosindodocórtexàsinapsenosneurônios motores alfa inferiores que conduzem os músculos. Neurôniossensoriais vindo dessas áreas do corpo ao cérebro também são similarmenteafetados. Se o dano na medula espinhal é abaixo dos segmentos espinhaiscervicais, o resultado típico é a paraplegia, em que o controle das pernas éperdido,mas o controle dos braços emãos permanece.Danos emníveismais

altos podem produzir tetraplegia, perda do controle dos quatro membros.Quandoessesaxôniossãorompidosporumdano,elesnãocrescemdevolta,eum grande segmento de toda a pesquisa em neurociência hoje está tentandoentenderoporquê.

Dano central pode produzir efeitos mais sutis, mas igualmente debilitantes.Danos a áreas do lobo frontal que controlamomovimentopodem resultar emparalisiaparcialouparesia (fraqueza,emvezdeparalisia total).Danoao loboparietal pode resultar em apraxia, a inabilidade de executar movimentosespecializados,enquantoalgunscontrolespermanecem,emboradesajeitados.

DegeneraçãodosgângliosbasaisDeficiências motoras podem também resultar da degeneração nos gângliosbasais.DuasdegeneraçõesrelativamentecomunsebemconhecidassãoomaldeParkinsonedeHuntington.

MaldeParkinsonA degeneração (especificamente a perda das células dopaminérgicas) dasubstância negra causa omal deParkinson (veja a Figura 10-2).A substâncianegraépartedosistemadegângliosbasais (vejaaseçãoanterior“Planejando,corrigindo, aprendendo: Córtex pré-frontal e processadores subcorticais” parasaber mais sobre o papel dos gânglios basais no movimento). Essa doença écaracterizada por uma rigidez postural encurvada e dificuldade de iniciarmovimentosoumudaramaneiradeandar.

TentativasnametadedoséculoXXforamfeitaspara trataradoença injetandodopaminanaquelescomomal,masessaopçãodetratamentofoiineficazporquea dopamina não cruza a barreira hematoencefálica. No entanto, o precursormetabólico na produção celular da dopamina, L-dopa, cruza essa barreira efornecealívioconsiderável,masapenastemporário,dossintomas.

Tratamentos comL-dopa eventualmente paramde funcionar porque as célulasque convertem L-dopa em dopamina param de funcionar ou morrem. Nasúltimasduasdécadas,sucessoconsiderávelfoialcançadoemaliviarossintomasdomaldeParkinsoncomumatécnicachamadaestimulaçãocerebralprofunda(ECP).AECPparecesermaiseficazquandooeletrododeestímuloécolocadononúcleosubtalâmico,emvezdenasubstâncianegra.Pesquisadoresaindanãotêmcertezadoporquêdeessa localizaçãosermelhor,eessa incertezaenfatiza

uma faltadacompreensão totaldocomplexodocircuitodosgângliosbasais esuarelaçãocomsuasconexõesparaotálamoeneocórtex.

DoençadeHuntingtonA doença de Huntington envolve a degeneração de células no corpo estriado(caudado e putâmen, os núcleos de entrada para os gânglios basais). Éhereditária,deiníciotardioe,dealgumasmaneiras,temsintomasopostosaosdomaldeParkinson.

EnquantoopacientecomParkinsontemproblemasparainiciarmovimentosousequências de movimentos, os pacientes de Huntington exibem movimentosincontroláveis,comocontorçõesegiros.Otermocoreianonomeoriginaldessadoença (coreia de Huntington) é relacionado à palavra “dança”, descrevendomovimentosincontroláveisecontínuosparecidoscomumadançaempacientescomHuntington.

E

Capítulo11AçõesInconscientescomGrandesImplicações

NESTECAPÍTULO

Entendendoopapeldosistemanervosoautônomo

Entrandonosdetalhesdossubsistemassimpáticoeparassimpático

Examinandoritmoscircadianos,ciclosdesonoeosdiferentesestágiosdosono

Abordandodistúrbiosdosonoedistúrbiosdosistemanervosoautônomo

mbora todos estejamos familiarizados com nossos sentidos da visão,audição, tato, paladar e olfato, que nos contam sobre omundo à nossa

volta,tambémtemossentidosmenosconhecidosquenoscontamsobreomundodentrodenós.Essessentidosdetectameregulamcoisascomonossatemperaturacorporal, batimento cardíaco, sede, fome e estado de vigília. Muitas dessasfunções reguladas internamente são parte do que é chamado homeostase, amanutençãoativadeváriosaspectosdoestadointernodenossocorpo.

As funções homeostáticas do sistema nervoso surgiram antes de todas ashabilidades cognitivas superiores que foram ativadas pelo cérebro. Atéinvertebrados, como moluscos, vermes e insetos, têm sistemas nervosos queregulam processosmetabólicos como a digestão. Essas funções homeostáticassão necessárias para as células do corpo viverem. Até disfunções pequenasnessesmecanismosreguladorespodemcomprometerrapidamenteasaúdee,se

qualquerumfalhar,amortenormalmentevemrápido.

Amaioria dessas funções émediada pelo sistema nervoso autônomo, que emvertebradosédistintodossistemasnervososcentralouperiférico.Estecapítuloexamina como o sistema nervoso autônomo funciona, incluindo seuenvolvimento na regulação do sono, uma função homeostática altamentenecessária,maspoucocompreendida.

TrabalhandonosBastidores:OSistemaNervosoAutônomoEmboratendamosapensarqueocérebroéumórgãoqueproduzpensamentoeinteligência, ele também controla vários aspectos do metabolismo corporal,como frequência cardíaca, respiração, temperatura e ritmos circadianos.Geralmente não estamos conscientes das ações desses processos regulatórios.Em animais primitivos, como invertebrados, essas funções regulatórias sãomediadas por cooperação de coleções de neurônios chamados gânglios. Emanimais muito cerebrais, como mamíferos, essas funções regulatórias sãomediadasporpartesinferiores(caudais)docérebro,comootroncocerebraleamedulaespinhal.

Oscomponentesregulatóriosdosistemanervosocentralinteragemcomoqueéessencialmente outro sistema nervoso, o sistema nervoso autônomo. Ele é, naverdade, um sistema duplo, porque tem dois componentes, chamados ramossimpático e parassimpático, que agem em oposição um ao outro. As seçõesseguintesexplicamoqueéosistemanervosoautônomo,oqueelefazecomofunciona.

EntendendoasfunçõesdosistemanervosoautônomoSeucorpofazmuitascoisasdasquaisvocêgeralmentenãoestáciente.Eisaquiapenas alguns exemplos; há muitos processos mais, quase numerosos demaisparamencionar:

»Seucoraçãobombeiasangueporsuavasculatura(avastaredede

vasossanguíneoscorrendopeloseucorpoeórgãos),carregandooxigênioenutrientesparaláeretirandodetritosdavizinhançadecadacélulavivaemseucorpo.

»Vocêtranspiraemumdiaquenteouquandoseexercita.»Seusistemadigestivoprocessacomidaparaextrairnutrientese,então,paraeliminarosdetritosquenãopodemserusados.Seusrinsfiltramoutrosdetritos.

CombinandoosníveisdeatividadedeórgãosdiferentesPor todo o corpo, vários órgãos produzem, filtram e circulam substânciasessenciais que, no fim, são consumidas ou liberadas por células para seremremovidas. Para funcionar eficientemente, os órgãos devem funcionarcooperativamente.Porexemplo,quandovocêtranspiraparaeliminaroexcessodecalor,seusrinsdevemacompanharaperdadeáguaparamanterseusfluidoscorporaisemequilíbrio.Ovolumedefluxosanguíneoprecisasersuficienteparacircularqualquernutrienteedetritoconformeanecessidade.

Assim, uma função do sistema nervoso autônomo é combinar os níveis deatividade de diferentes órgãos para equilibrar várias planilhas de balanço deentrada/saída para consumíveis e detritos de células. Essas demandas sãocomplexas o suficiente, mas não são a única coisa que o sistema nervosoautônomofaz.

Deixando-nosmudarentreestadoscalmoseativosAvidaconsisteemmaisdoqueadigestão.Precisamosnosmover,àsvezesbemrapidamente.Commovimentosrápidos,omáximodesanguepossívelprecisairaos músculos, e a frequência cardíaca e a respiração precisam acelerar paracombinar com as exigências de metabólitos dos músculos, não as do sistemadigestivo.

Você pode pensar sobre a dualidade dentro do sistema autônomo comocorrespondendoaonossocorpoestandoemdoisestadosprincipais:

»Umestadohomeostáticotranquilonoqualconservamosrecursosenergéticosealocamosedistribuímoseficientementeenergia,nutrientesedetritos.

»Umestadocompetitivoativonoqualsuprimimosahomeostaseealocamostodososrecursosquepudermosparaaatividadeenergéticaparaganharouevitarperderalgumacompetição,mesmoseficarmosesgotadosetivermosque“compensar”aenergiaeorompimentodomecanismohomeostáticomaistarde.

Nossocorpomudadoestadodemanutençãohomeostática,queexistequandoascoisas estão calmas, para o estado competitivo, ativo quando estamos sobameaçaoubuscandocomidaouumcompanheiro.

Dividindoeconquistando:SubsistemassimpáticoeparassimpáticoO sistema nervoso autônomo é dividido em subsistemas simpático eparassimpático (veja a Figura 11-1). Como você pode ver na Figura 11-1,muitos efeitos do subsistema simpático parecem ser o oposto dos efeitos doparassimpático.Considereestesexemplos:

Subsistemaparassimpático SubsistemasimpáticoContraiapupila DilataapupilaEstimulaasalivação InibeasalivaçãoEstimulaadigestão InibeadigestãoContraiabexiga RelaxaabexigaEassimpordiante… Eassimpordiante…

FIGURA11-1:Ossubsistemassimpáticoeparassimpáticodosistemanervosoautônomo.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Por que o sistema nervoso autônomo tem essa estrutura de oposição dupla?Imagineque,comoseusancestrais,vocêtivessequeperseguirseualmoçoantesde comê-lo. O sistema simpático “lutar ou correr” aumentaria a frequênciacardíacaea respiração(entreoutrascoisas)edesviariaofluxosanguíneoparalongedosistemadigestivoparaosmúsculosesqueléticosparapermitirquevocêestejamuitoativo.Depoisdepegarsuarefeição,seriahoradesesentarecomê-la.Osistemaparassimpáticodiminuiriaseumetabolismogeraledirecionariaofluxosanguíneoparaseusistemadigestivo,permitindoqueextraiaosnutrientesdequeprecisadasuacaçabem-sucedida.Todososanimaisvertebradostêmumaversãosimilardessesistemadual.

Ambosossubsistemasenvolvemneurôniosemsegmentosespinhaisespecíficos

ouemnervoscranianosqueusamaacetilcolinacomoneurotransmissor.

Osubsistemasimpático:LutaroucorrerRespostasdelutaroucorrersãoumaterminologiadeabreviaçãoparaqualqueratividade que requeira atividade muscular voluntária de alto metabolismo. Anecessidade percebida de se engajar em tal atividade, como ver um urso seaproximando,ativaadivisãosimpáticadosistemanervosoautônomo.

Essadivisãoconsistedeneurônioslocalizadosnossegmentostorácicoelombarda medula espinhal (veja a Figura 11-1). Esses neurônios colinérgicos(neurônios que usam acetilcolina como neurotransmissor) fazem sinapse emneurônios nos gânglios simpáticos, um sistema de neurônios fora da medulaespinhal correndo quase emparalelo a ela.Neurônios nos gânglios simpáticosfazem sinapse em órgãos-alvo, como o coração, pulmões, vasos sanguíneos etrato digestivo. Esses neurônios de segunda ordem usam a noradrenalina(norepinefrina)comoneurotransmissor.

Umalvosimpáticoadicionaléamedulaadrenal.Neurôniospós-sinápticosdeláliberam uma pequena quantidade de epinefrina e norepinefrina na correntesanguínea.Aliberaçãodenorepinefrinaproduzefeitosmuitorápidos,demodoque apenas uma pequena quantidade de epinefrina precisar ser liberada paraequilibrarosistema.

Osubsistemaparassimpático:Estátudobem!Adivisãoparassimpáticaconsistedeneurônioslocalizadosnotroncocerebralena medula espinhal sacral, que também usam acetilcolina comoneurotransmissor.Essesneurôniosfazemsinapsediretamenteemneurôniosemvários gânglios perto dos órgãos-alvo, como o coração. Esses neurôniosganglionares também usam acetilcolina como neurotransmissor. Os receptoresdoórgão–alvoparaessesgângliosparassimpáticostêmreceptoresmuscarínicos,umtipodereceptormetabotrópicoparaacetilcolina(vejaoCapítulo3).

ControlandoosistemanervosoautônomoAmbas as divisões do sistema nervoso autônomo têm feedback sensorial dosórgãos-alvo.Esse feedbackneural éusadoemcircuitosde controledamedula

espinhal local. O controle geral do sistema autônomo, particularmente oequilíbrioentreasdivisõessimpáticaeparassimpática,vemdeníveissuperioresque incluem o hipotálamo e a glândula pituitária, também chamada hipófise,assimcomootroncocerebral.

Obtendofeedbacksensorialdeórgãos-alvoAssimcomotemosreceptoresparacoisasforadocorpo,comodetectoresdeluz(fotorreceptores)naretina,temossensoresdentrodocorpoquedetectamcoisascomo pressão sanguínea, temperatura e níveis de dióxido de carbono. Essainformaçãoéusadaparamanterahomeostase.

A artéria carótida no pescoço, por exemplo, tem receptores (chamadosbarorreceptores, no seio carotideo) que sentem a pressão sanguínea. Essesreceptoresenviamsinaisdepressãoaltaatravésdonervovagoparaonúcleodotratosolitário(NTS)nameduladotroncocerebral.ONTSprojetalocalmenteaonúcleoambíguoeaonúcleovagal,queliberaacetilcolinacomopartedosistemaparassimpáticoparadesacelerarocoração.

Outro exemplo é a regulaçãode temperatura.Termorreceptores nohipotálamorespondem a temperaturas baixas ou altas do corpo enviando sinais paraneurôniosmotoresautônomosparaproduzirrespostascomotremoresousuor.Ohipotálamo também recebe entrada sensorial de temperatura de receptores detemperaturanapele,cujaatividadeéretransmitidapelamedulaespinhalparaohipotálamo.

Ohipotálamo:ControlandoossubsistemassimpáticoeparassimpáticoUmcontroladorimportantedosistemanervosoautônomoéohipotálamo.Eleé,naverdade,umconjuntodenúcleosqueficamabaixodotálamo.Ohipotálamoestáenvolvidonocontroledefunçõescorporais,comofome,sede,temperaturacorporal,fadigaeritmoscircadianos.

ATIVANDOOHIPOTÁLAMOO hipotálamo é controlado ou ativado por projeções de áreas cerebraisabrangentes,incluindoasseguintes:

»Medula:Entradasdamedulaventrolateralcarregaminformaçõesdoestômagoedocoração.

»Amígdalaehipocampo:Entradasdaamígdalasãonormalmenteassociadasamemóriasdeeventosaterrorizantesqueativamadivisãonervosasimpáticadosistemaautônomoviahipocampo.Háumagrandeentradadohipocampoparaocorpomamilardohipotálamo,quepermitequeoutroscomponentesdamemóriaomodulem,incluindolembrançasdecheiros.

»Núcleodotratosolitário:Comunicaentradasvisceraisedepaladarquecontrolamocomportamentoalimentar.

»Lócuscoeruleus,oucerúleo:Éoprodutorprincipaldenorepinefrinanocérebro.Ohipotálamoprojetaparaolócuscoeruleus,oucerúleo,umlocaldeliberaçãodenorepinefrina,ereceberetornodeprojeçõesdolócuscoeruleussobreoníveldesecreçãodenorepinefrina(quetambémémoduladaporoutrasentradas).

»Córtexorbitofrontal:Aentradaorbitofrontaléassociadacomreaçõesfisiológicaspararecompensaepunição.

Algunsdesses sinais sãosubconscientes,masvocêéconscientedeoutros.Porexemplo,seficacommedoaoassistiraumfilmedeterror,vocêestáconscientedarespostadelutaroucorrersendoativada:vocêficatenso,seucoraçãoacelera,evocêpodecomeçarasuar.

Aativaçãoprovavelmenteocorreemvárioscircuitosneuraisdebaixonível,eétãorápida,quearespostadelutaroucorrerentraemaçãoantesdevocênotá–la.Um grande psicólogo americano,William James (1842-1910), apontou que aordemdosfatoresnãoéverumurso,ficarcommedoecorrer,mas,sim,verumurso, correr e depois ficar com medo. No entanto, algumas hipóteses atuaisdefendemqueasreaçõescognitivaeautônomaocorremsimultaneamente.

LIBERANDONEURO-HORMÔNIOSComojámencionado,paraqueohipotálamoe,porsuavez,osistemanervosoautônomo sejam ativados adequadamente, precisa ocorrer uma integraçãocomplexadesinaisdosistemanervosocentral.

Porexemplo,aoverumurso,osistemasimpáticodeveserativadocombaseemcoisas como seumedo de urso,memória do abrigomais próximo para o qualpode correr e armas em potencial que possa usar. O sistema simpático deve,então,aumentaroscomponentesinteragentesassociadoscomofluxosanguíneo,comofrequênciacardíacaedilataçãovascular,ecombinarasaídadopulmãoaomaior fluxo sanguíneo, aumentando a respiração e dilatando os brônquios.Enquanto isso,amaioriadossistemasaumentadospelosistemaparassimpáticodeve ser inibida, como o digestivo, e funções do fígado e da vesícula biliar.Duranteotempoemquevocêestácorrendo,suatemperaturacorporalaumenta,e isso é compensado pelo suor. Se correr por um longo período, consome amaioriadaglicosedisponívelemsuacorrentesanguíneaecomeçaametabolizarlactato.

Umamaneirapelaqualosnúcleosdohipotálamoexercitamessecontroleépelasecreçãodeneuro-hormônios(liberaçãohipotalâmicadehormônios),queagemna glândula pituitária, ou hipófise, na base do cérebro, para liberar hormôniospituitários específicos. Alguns dos numerosos hormônios secretados pelohipotálamoincluemosseguintes:

»Vasopressina:Umhormôniopeptídeo,avasopressinacontrolaapermeabilidadedostúbulosrenaisparaajudarareabsorvereconservarsubstânciasnecessáriasnosangue,particularmenteágua,aoconcentraraurina.Tambémcontraiavasculaturaperiférica,aumentandoapressãosanguíneaarterial.

»Somatostatina:Hádoispeptídeosdasomatostatina,ambosagemnointeriordolobodapituitária.Essespeptídeosinibemaliberaçãodehormôniosestimulantesdatireoideedecrescimentoquandoseusníveisestãomuitoaltos.Asomatostatinatambémreduzascontraçõesdomúsculolisonointestinoesuprimealiberaçãodehormôniospancreáticos.

»Oxitocina:Foiconhecidaprimeiroporseupapelnareproduçãofeminina,disparandoadistensãodocérvixedoúteroeestimulandoaamamentação.Aoxitocinasintética(Pitocina)àsvezeséadministradaduranteopartoparaaceleraroprocessodenascimento.Níveiscirculantesdeoxitocinatambémafetamcomportamentosmaternaiscomoreconhecimentosocial,afinidadesdepareseoorgasmofeminino.DarPitocinaahomenstambémmostrouaumentarocomportamentosocialmentecooperativo.

»Hormôniosreguladoresdocrescimento:Ohipotálamotambémcontrolaaliberaçãodevárioshormôniosreguladoresdocrescimento,algunsdosquaistambémsãocontroladospelaliberaçãodasomatostatina.Hormôniosdocrescimentocomoasomatotropinatêmefeitosdiretosnareduçãodaabsorçãodelipídios(gordura)porcélulaseefeitosindiretosnapromoçãodocrescimentodeossos.

Sinaisdecruzamento:QuandoosistemanervosoautônomoerraRespostas simpáticas de lutar ou correr desviam os recursos corporais demecanismoshomeostáticosnecessários, comoadigestão,parapermitir esforçomuscularvoluntáriorápidoeprolongado.Entretanto,seessedesvioéconstantee excessivo, há um preço a pagar. Estresse crônico é um nome normalmentedado à superativação contínua do sistema simpático. Os efeitos fisiológicosespecíficos da superativação do sistema nervoso simpático do estresse crônicoincluem:

»Supressãodosistemaimunológico»Reduçãodocrescimento(devidoàsupressãodoshormôniosdocrescimento)

»Problemasparadormir»Disfunçãodememória

Muitosdessessintomasestãoassociadoscomaltosníveiscirculantesdecortisol,liberadopelaglândulaadrenal.

A resposta ao estresse crônico, tanto em forma quanto em quantidade, podediferenciar consideravelmente entre indivíduos. Em mulheres, o acúmulo degordura em volta da cintura frequentemente acompanha o estresse crônico,enquanto que homens experimentam uma redução na libido e o risco dedisfunção erétil. Ambos os sexos podem experienciar depressão, queda decabelo,doençacardíaca,ganhodepesoeúlceras.Atéalcoolismoefibromialgiaforam ligados ao estresse crônico. Esses problemas podem ocorrer mesmo senenhumaameaça real estiverpresentenoambiente.Luzoubarulhoexcessivo,sentimentosdeaprisionamentoesubordinaçãosocialpodeminduziraoestresse.

Eletambémpodeadicionarproblemasdesonoeoutrosproblemasdesaúde.

A partir dos problemas causados pelo estresse crônico, não conclua que todoestresseéruim.Abaixaestimulaçãoemumambientepobree tediosomostrouter efeitos negativos no aprendizado e desenvolvimento, e alguns estudosrecentesatésugeriramqueambientesintensosdiminuemoritmodecrescimentodetumorescancerígenos.

De muitas maneiras, o estresse psicológico é como o exercício. Exercíciomoderado ajuda os músculos a se adaptarem, ficando mais fortes. Quando oexercício é severo demais ou um tempo inadequado é reservado para arecuperação, podem ocorrer inflamação e danos duradouros para articulações,ligamentosetendões.Oestressefuncionadomesmojeito.Humanos(etodososanimais) evoluíram para lidar e responder adequadamente a uma quantidademoderadadeincertezaemseusambientes.

BonsSonhos:OSonoeosRitmosouCiclosCircadianosTodos os animais com cérebro avançado, como todos os vertebrados e atécordadoscomotubarões,dormem.Vocêpodepensarquedormiréumtempodeficarconfortávelcomseutravesseirofavoritoecobertorconfortável,masdormiré, na verdade, um estado do cérebro e do corpo em que a consciência ficaausenteouseveramentereduzida,masaatividadecerebralpermanece.Nãoéomesmoqueahibernaçãoouocoma.

Emboratodososmamíferoseamaioriadospeixes,répteiseanfíbiosdurmam,ninguém sabe realmente por quê. Hipóteses variam de uma necessidade deconservarenergiaaalgumavantagememficarescondidoeparadoànoiteparaevitarpredadores.Enenhumateoriaparaafunçãodosonoquefoipropostaestápróximadouniversalmenteaceitável.

Apesardafaltadeumaexplicaçãoclaraparaumapropostaprimáriaparaosono,

éclaroquecoisasimportantesacontecemduranteeste.Tambéméclaroquehádiferentestiposdesono(estágios)equeaprivaçãodesteproduzefeitosnocivos,comodisfunçãocognitiva.Asseçõesaseguirtêmosdetalhes.

SincronizandoorelógiobiológicocomexposiçãoàluzUmacoisasobreosonoqueoscientistasentendemrelativamentebemécomoeleécontrolado.Ociclosono-vigíliaéumritmoouciclocircadianobaseadonasincronizaçãoentreum“relógio”biológicointrínsecoeaexposiçãoàluzdodia.

Orelógioconsistedeumconjuntodecélulasinterconectadasemumnúcleodohipotálamo chamado núcleo supraquiasmático (NSQ), que significa “núcleoacimadoquiasma”.Emboraaatividadedessascélulascontroleoritmoouciclocircadiano geral em humanos e todos os outros vertebrados, essas célulastambémexistememorganismosprimitivoseementidadesunicelulares,comoasalgas.

Uma função de tais ritmos ou ciclos em organismos unicelulares é evitar areplicaçãodeDNAdurantealtaexposiçãoàluzultravioletaduranteodia.Outrapodeserganharumavantagemsobreoutrosorganismos,tornando-semaisativologoantesdoamanhecer,emvezdeesperarpelaluzemsi.

Ciclosouritmoscircadianosemcélulassãocontroladosporumaredegenética.UmjogadorcrucialnaredeéaproteínaPER,cujosníveisvariamemumciclode24horas.AexpressãodePERealgumasoutrasproteínasdorelógio,comoCRY, é controlada por outra proteína, chamadaCLOCK-BMAL.No ciclo ouritmocircadiano,osníveisdePERsobem,eemseguidaseupromotorCLOCK-BMALéinibido,eentãoosníveisdePERdiminuem.Otempoparaocicloouritmocircadianodeconcentraçãoédeaproximadamente24horas,eocorreempraticamente todas as células corporais em todas as formas de vida na Terra,incluindoorganismosunicelulares.

Temposdeciclointrínsecoversusreal

Otempodociclooudoritmocircadianonarededonúcleosupraquiasmáticoeem qualquer outro lugar do corpo é de aproximadamente 24 horas, masraramente exato. Pessoas diferentes têm tempos de ciclo intrínseco diferentes,quepode terumavariaçãodehorasemrelaçãoaocicloestimadode24horas.Na verdade, amaioria das pessoas tem tempos de ciclo de cerca de 25 horas.Nossos ciclos intrínsecos são sincronizados com o ciclo de 24 domundo realatravésdaexposiçãoàluz,especialmentealuzdosolnoiníciododia.

Cientistasdescobriramorelacionamentoentreostemposdeciclointrínsecoeosdociclodomundorealporexperimentosemqueosvoluntáriosviviamemsalasfechadassemdicasexternassobreotemporeal.Essesvoluntárioscomeçarama“funcionarlivremente”,deacordocomseuprópriotempodeciclointrínseco,ese tornaram cada vezmais defasados do tempo real quantomais ficavam emisolamento. Muitas pessoas cegas também funcionam livremente e têmdificuldade em lidar com planejamentos do tempo real porque tendem a ficardefasadas. (Evidências recentes indicam que a luz fraca constante mantidadurante esses experimentos afetavao tempode ciclo intrínseco aparente equemanter os sujeitos em escuridão total dá uma resposta mais próxima de 24horas.)

OpapeldascélulasganglionaresdaretinaO mecanismo para a sincronização do relógio intrínseco com a luz externaenvolve as atividades deuma classe especial de células ganglionares da retinachamadas células ganglionares intrinsecamente fotossensíveis, que projetamparaonúcleosupraquiasmático.

Essas células sãoúnicas, pois têmseuprópriopigmentovisualque aspermiteresponder diretamente à luz. Em outras palavras, não são conduzidas porfotorreceptoresdaretinapelarededeprocessamentoretinalnormaldaluz(vejao Capítulo 5 para saber mais sobre a retina). Embora as células ganglionaresintrinsecamente fotossensíveis também tenham essa entrada “normal” dofotorreceptor,essanãoéaentradaquecontrolaosritmoscircadianos.

Os cientistas sabem disso porque algumas doenças degenerativas defotorreceptores retinais em humanos e animais resultam namorte de todos osfotorreceptores, e ainda assim esses humanos e animais podem se sincronizarcom a luz. Por outro lado, doenças (como o glaucoma) que matam todas ascélulasganglionaresretinaiseliminamahabilidadedesincronização.

Alguns vertebrados de sangue frio, como sapos e salamandras, têm o que échamadode “terceiro olho” ou “olho parietal”, que emana da glândula pineal.Esse olho não “vê” no sentido tradicional, mas neurônios intrinsecamentefotossensíveis nesse olho recebem estímulos luminosos suficientes passandopelofinocrâniodessesanimaisparasincronizarseusritmoscircadianos.

ObservandoosdiferentesestágiosdosonoPoucoésabidosobrequalquerdiferençanafunçãodasquatrofasesdosono.Oqueos pesquisadores sabeméqueo sono, que é induzidopelo ritmoou ciclocircadiano, faz ciclos por vários estágios característicos, cada qual com suaspropriedadesúnicas.

Se você observar alguém dormindo, uma das diferenças mais óbvias é se osolhosestãosemovendo.Durantealgunsestágiosdosono,osolhosdapessoasemovem rápida e quase continuamente, enquanto em outros estágios os olhosparecemsemovermuitopouco.Issodistingueosonodomovimentorápidodosolhos(REM,doinglêsrapideyemovement)dosononãoREM(NREM).OsonoNREMéaindamaisdivididoemfasesdistintas,denominadasN1,N2,N3eN4(algumas fontes não incluem um quarto estágio NREM). Os estágios NREMocorrememordemascendenteoudescendente,comtransiçõesocasionaisdeN2paraREM.

SonoNREMAsfases iniciaisdosonoconsistemna transiçãodavigíliaparasonoprofundoatravésdasfasesNREM,chamadasN1,N2,N3e,àsvezes,N4.

A Figura 11-2 mostra um registro das fases de sono de uma típica noite,chamado hipnograma. (Note que o sono REM está mais próximo da fase devigília.) Normalmente a pessoa desce para N1, depois N2, N3, e assim pordiante,emordem(emboranemsemprealcanceN4noprimeirociclo).Apessoaentão oscila de volta pelas fases N até REM (cerca de 90minutos depois de

dormir), e desce novamente.Mais tarde da noite, as fases são cada vezmaisrasas, às vezes não alcançandoN3 ouN4.Ocasionalmente há também brevestransições de REM para vigília momentânea. (Nota: Essa figura ilustra umamédia“típica”doconjuntodeciclos.Pessoasdiferentestêmpadrõesdiferentes,eopadrãodamesmapessoapodevariarconsideravelmentedenoiteanoite.)

FIGURA11-2:Hipnogramamostrandoosestágiosdosono.

©JohnWiley&Sons,Inc.

AsfasesNREMsãocaracterizadaspormudançasdistintasnospadrõesEEG.AFigura11-3mostratípicasformasdeondadeEEGregistradasduranteestágiosdesonoREMeNREM.

FIGURA11-3:PadrõesdeEEGtípicosemdiferentesestágiosdosono.

©JohnWiley&Sons,Inc.

OestadodevigílianormaléassociadocomumapredominânciaderitmosbetanoEEG,enquantoorelaxamentoacordado,comoduranteameditação,mudaosritmos do EEG de beta para alfa. No primeiro estágio do sono há lentosmovimentos dos olhos característicos tecnicamente chamados de movimentoslentos dos olhos (SREMs,do inglês slow rolling eye movements). Nessa hora,ondasalfaquasedesaparecemdoEEGeondas tetacomeçamapredominar.OestágioN2tambémédominadoporondasteta,masmudamparaondasdeltaemN3eN4.N4éoestágiomaisprofundodosono,doqualémaisdifícilacordar.

SonoREMOsonoREMéafaseemqueamaioriadossonhosocorre.Esseestágioocupacercadeumquartodotempototaldesonoeécaracterizadoporaltasfrequênciasno EEG. A atividade de alta frequência no EEG reflete o fato de que asatividadesmotoras que ocorrem nos sonhos, como correr, estão associadas àsatividadesno lobofrontalnasáreasdesequenciamentomotor,massuasaídaébloqueadanamedulaespinhalparaquemovimentosreaissejaminibidos,apesardaatividadenasáreascerebraisdecontroledemovimentoinicial.

SONOREMEOAPRENDIZADOPesquisas recentesmostraramqueosonoREMé importanteparaconsolidaroaprendizado.DuranteosonoREM,oquefoiaprendidonaquelediaecolocadona memória de curto prazo é transferido para a memória de longo prazo.Pesquisadores acreditam que a memória de curto prazo envolve sinapses nohipocampo que foram transitoriamente reforçadas pela experiência viapotencialização em longo prazo. Essas são as sinapses que receberam entradacoincidentedeváriasáreasdocórtexqueerampartedarepresentaçãosensorialdo que foi aprendido (cores e padrões, por exemplo). Durante o sono, essassinapseshipocampais ativadas realimentameativamasáreasdocórtexqueasativaram(vejaoCapítulo15parasabermaissobrememóriaehipocampo).Issocausa a existência de um tipo de circuito cortical “ressonante” para aquelarepresentação. Pesquisadores também postulam que sinapses que sãopotenciadas durante atividades em vigília são pareadas de volta para que océrebro esteja pronto para crescimento sináptico renovado durante oaprendizado.

Eisumexemplodecomoohipocampo transferememóriasparao longoprazodurante o sono. Experimentos em que ratos eram treinados a navegar porlabirintos mostraram que sequências de atividade nas células de localhipocampal,quecodificamalocalizaçãoemlabirinto,“repassavam”asequênciade navegação do labirinto durante o sono do rato. A privação do sono,especificamentedosonoREM,rompiaessareproduçãoeahabilidadedosratosdereteroaprendizadoqueocorriadurantesuaspráticasduranteodia.

OsonoREMtambémpareceserimportantesemnenhumaoutrarazãoquenãoaprivaçãodosonolevaràcompensaçãodesproporcionaldocomponenteREMdosono. Pesquisas em humanos mostram que quando somos privados de nossosono,passamosproporcionalmentemaistempoemsonoREMdoqueemfasesNREM.Criançastambémnãosódormemmaisdoqueadultos,maspassamumagrandeproporçãodosonoemREM.

UMMUNDODESONHADORESPesquisadoresacreditamquetodososmamíferoseamaioria,senão

Pesquisadoresacreditamquetodososmamíferoseamaioria,senãotodos,dosvertebradosdormem.Emboranãopossamossaberdiretamenteseanimaisnãohumanossonhamduranteosonoouqualseriaoconteúdodessessonhos,éclaroquemuitosanimaisexibemcaracterísticasEEGdesonoREMquesãoacompanhadaspelosonhoemhumanos.Seanimaissãoprivadosdosono,elestambém,quandopodemdormir,entramemREMmaisrapidamenteepassammaistempodormindoemREM.

VocêpodenotarfacilmenteosonoREMnoscãesaoobservarosmovimentosdosolhosatravésdaspálpebrasfechadaseosmovimentossuprimidoseasvocalizaçõesquemarcamesseperíododeoutrosestágiosnãoREMmaisprofundas.

SONHEUMPOUCOCOMIGOSonhos normalmente ocorremdurante o sonoREMe são lembrados demodomaisvívidoseapessoaacordarduranteoulogodepoisdoestágioREM.Sonhosenvolvem imagens e sequências de eventos, como voar, que são literalmente“fantásticas”—ouseja,desobedecemleisnormaisdafísica.

Emmuitas tradições religiosas se acredita queos sonhos conectama pessoa aumarealidadealternativaquepressagiaofuturoou informaapessoapormeiode processos extranormais. Do ponto de vista da neurociência, no entanto,sonhos são um fenômeno cognitivo que acompanha o sono REM, e aneurociência tempoucoadizer sobreo significadodo conteúdocognitivodossonhos. Como o aspecto fantástico dos sonhos se assemelha a pensamentospsicóticos, eles podem representar atividades cerebrais que talvez ocorram emtodas as pessoas e que não são controladas por restrições racionais durante oprocessodosonho.

Dopontodevistaevolucionário,aquaseuniversalidadedosonharemhumanoseevidênciasdequesonhartambémocorreemoutrosmamíferossugeremqueossonhos têm alguma função.O contra-argumento é o de que o sonoREM temuma função, mas os sonhos em si, que só acontecem no sono REM, porcoincidência,sãoinsignificantes.Atualmentenãoháconsensocientíficosobreoassunto.

Associaçõesfuncionaisdosritmos

cerebraisOEEG é um registro feito por eletrodos colocados no couro cabeludo. Esseseletrodos mostram atividade cerebral constante, esteja o sujeito acordado oudormindo. As frequências presentes no EEG refletem aspectos do estadocerebral,comoafasedosonoouoestadodealertaenquantoacordado.OstiposdeondaspresentesnoEEGsãofrequentementedescritoscomoritmoserecebemnomesdoalfabetogrego,comoalfa,beta,gama,deltae teta.Aforçadecadaritmoéaquantidadedeamplitudenabandadefrequênciaparaaqueleritmo.

TipodeRitmo FrequênciaAlfa 8-13Hz(ciclosporsegundo)Beta 13-30HzGama 30-100HzDelta 0-4HzTeta 4-8Hz

AFigura 11-4mostra como ficaria um intervalo de4 segundosdominadoporcada um desses ritmos. (Nota: Na vida real, vários ritmos são ativadossimultaneamente,eafrequênciaexatadecadaritmomudaao longodotempo,então traçosdeEEGreais teriamumaaparênciamuitomais turbulentadoqueessesexemplos.)

FIGURA11-4:RitmosEEGemumintervalode4segundos.

©JohnWiley&Sons,Inc.

UmadasprincipaisfunçõesderegistrosEEGédetectarasondulaçõesdefusoouictaisquecorrememEEGsdepacientescomepilepsia.UmpequenonúmerodetaisfusosénormalmenteproduzidonosonoN2,comoostrêspicosbifásicosdeamplitudealtanaFigura11-3.

RitmosalfaRitmosalfasãonormalmenteassociadosaestadoscerebraiscomoameditaçãoesãomaisfortescomosolhosfechados.

Um movimento popular nas décadas de 1960 e 1970 usou monitoramentoeletrônicodeondasalfaembiofeedbackparaaumentaraatividadedeondasalfacomo meio de aprofundar ou melhorar o estado meditativo. Pessoas, e atéanimaiscomogatos,podemrealmenteaumentaraproduçãodeondasalfacombiofeedback. Investigar se a produção aumentada de ondas alfa leva à funçãocognitivaemumplanosuperioréalgoalémdoescopodestadiscussão,maséclaroqueameditação(eaoração)podemreduziraansiedade.

OndasbetaAssociadasàvigília,emaisproeminentesemlobosfrontais.Ocorremduranteopensamentoconcentradoouopensamentoassociadocomesforçomental.

OndasgamaOndasgama foram relacionadas aoprocessamentode informaçõesno cérebro,particularmente em “ligar” diferentes regiões do cérebro pormeio de disparossincronizados (veja o Capítulo 14 para uma discussão sobre a hipótese damemória de curto prazo como uma interação das ondas de EEG teta e gamaembutidas). A atividade consciente de vigília é normalmente associada aodomíniodeondasbetaegamanoEEG,emborahajavariaçãoconsiderávelentresujeitosenomesmosujeito,dependendodohumor,exigênciasdatarefaeoutrosfatores.

OndasdeltaOndas delta são quase sempre características de sono profundo com baixaondulação (N3 e N4, discutidos antes). Elas parecem se originar de maneiracoordenada em interações do tálamo, do córtex e da formação reticular sobcontroledemecanismosdesonohipotalâmicos.

TetaOndas teta são frequentemente associadas à inibição que ocorre no cérebro,comoquandoumarespostanormalmenteautomáticaaumestímuloésuprimida.Acredita-sequetambémsãoassociadascomamemóriadecurtoprazo.

ControlandoosciclosdosonoOcontrole do sonogeral é a parte do ritmoou ciclo circadianomediadopelonúcleosupraquiasmático,quesincronizatodoocorpoaumúnicorelógio.Esserelógioé“configurado”pelaexposiçãoàluzdoiníciododiadevidoàsaçõesdascélulasganglionaresretinaisintrinsecamentefotossensíveisqueprojetamparaonúcleosupraquiasmáticoviatratoretino-hipotalâmico.

O controle de ciclos do sono específicos, como oREM, ocorre pela atividadedos neurônios no tronco cerebral, especialmente os que são chamados célulassleep-on na área do tegmento pontino do sistema ativador reticular (uma“estrutura” difusa que se estende da medula espinhal pelo tronco cerebral eincluiáreasemváriasestruturassubcorticais).REMtambéméassociadocomaliberaçãoreduzidadeneurotransmissoresserotonina,norepinefrinaehistamina,masaltaliberaçãodeacetilcolinaedopamina.

EntreasfasesnãoREMdosono,osestágios3e4sãoosdesonoprofundo.Sãochamados,àsvezes,desonodebaixaondulaçãodevidoàdominaçãodoEEGpor ondas delta (veja as figuras 11-3 e 11-4). O sono de baixa ondulação éconhecidoporserprolongadoseaduraçãodoestadodevigíliaqueoantecedefor maior que o normal. No entanto, paradoxalmente, alguns sonhos ocorremduranteosonodebaixaondulação,emboramuitomenosdoqueduranteREM.Isso foi verificado ao acordar sujeitos nesta fase (enquanto monitorados porregistrosEEG).

Embora os níveis de acetilcolina sejam elevados em outras fases do sono, secomparadoscomavigília,elesdiminuemnosonodebaixaondulação.Cientistas

supõemque níveis altos de acetilcolina em sonoREMmantenhamo fluxo deinformações do neocórtex para o hipocampo, enquanto baixos níveis deacetilcolina no sono de baixa ondulação permitem a transferência deinformações do hipocampo de volta para o neocórtex, como parte deconsolidaçãodamemória.

Sonhosnãotãobons:CombatendoosdistúrbiosdosonoEm2012,aOMSdivulgouque40%dapopulaçãomundialapresentaalgumtipodedistúrbioousíndromedosono.NoBrasil,43%dapopulaçãonãoconseguedormir da maneira correta. Além disso, distúrbios do sono podem serextremamenteperigososemprofissõescomoademotoristadecaminhãoeemempregosde alto risco em fábricas.Até semqualquer problema subjacentedesono em circunstâncias normais, a falta de sono suficiente, como durante acriaçãodosfilhosouemturnosrotativos,podecausarsériosdistúrbios.Muitosdistúrbios do sono também podem causar uma gama de problemas até parapessoas que têm a oportunidade adequada e apropriada para dormir. Veja aseguiralgunsexemploscomunsdosdistúrbiosdosono.

»Insôniaprimária:Ainsônia(inabilidadededormir)éprimáriaquandohádificuldadecrônicadedormiroucontinuardormindo,semumacausaconhecida(comodor).Podeaparecerquandoessainabilidadeinduzidadoestressesetornacrônicamesmoqueoestressesejaremovido.Elatambémpoderesultardeumalesãooudanonoscentrosdecontrolehipotalâmicosdosono,comoonúcleosupraquiasmáticoouumadiminuiçãonaliberaçãodemelatonina,comosepensaocorrercomoenvelhecimento.

»Narcolepsia:Atendênciadedormirduranteodiaemhorasinadequadaséchamadanarcolepsia.Elaéàsvezesacompanhadaporcataplexia,fraquezamuscularrepentinainduzidaporemoçõesfortes.Sabe-sequeanarcolepsiaécausadapormutaçõesgenéticas.Váriasraçasdelabradoresedobermanscomnarcolepsiagenéticaforamcriadasparaestudoscientíficos.

»Síndromedaspernasinquietas:Quasetodomovimentomuscularvoluntárioésuprimidoduranteosono.Noentanto,pessoascomasíndromedapernainquieta(SPI)experimentammovimentosde

membrosduranteosono,incluindopuxões,principalmentenaspernas,masmuitasvezesnosbraçoseaténotronco.ASPIpodevariardecasosmuitolevesaseverososuficienteparacausarperdasignificantedesono.Podepiorarprogressivamenteoupararderepente.AlgumasSPIssãogenéticasemuitoscasossãoassociadoscomdeficiênciasdeferroedopamina.

ExisteumaassociaçãoentreomaldeParkinson,aperdadecélulasdopaminérgicasnasubstâncianegra(vejaoCapítulo10parasabermaissobreosgângliosbasais)eaSPI.AgravidezealgumasmedicaçõesantipsicóticasaumentamossintomasdeSPI.

»Sonambulismo:Osonambulismoenvolveseengajarematividadesnormalmenteassociadasàvigíliaduranteosonodebaixaondulação.Emborasuacausaexatasejadesconhecida,pareceterumcomponentegenéticodevidoaoagrupamentoemfamíliasafetadas.Osonambulismonormalmentecomeçanainfância,masdiminuicomotempo,oquereforçaateoriadeestarassociadoaalgumatrasonamaturação.Éàsvezesaumentadoporantidepressivoscomobenzodiazepinas.

Aspessoasquasenuncatêmconsciênciaduranteosonambulismoepodemnãosósemachucar,mascometeratosviolentos.Essefenômenoapresentanãosódesafiosasistemasjudiciais,quedevemdeterminaraculpaportaisatos,mastambémoportunidadesparaautoresdenovelas.

»Jetlag:Cicloscircadianossereduzemfuncionalmenteaciclosdeluz-escuridãoocorrendoemumritmocontínuodeaproximadamente24horasdeduraçãoaocorrerlivremente.Noentanto,seociclodeluzémodificado(“luzdodia”—sejanaturalouartificial—aumentadaoureduzida),mudaroritmopodeprecisardeváriosciclos.Nossosancestraisnuncaexperimentaramessademandanomundonatural,éclaro,masviagensdeaviãoemudançasdeturnoemtrabalhosartificialmenteiluminadospodem,emumdia,mudarociclodeluzaoqualhumanossãoexpostos.Talmudançacausaumproblemadesono,conhecidocomojetlagnocasodeviagens,emqueseucorpopermanecenociclocircadiano

anterior,apesardeestarfisicamenteemumdiferente.Problemasdotipojetlagsãofrequentementeexperimentadosportrabalhadoresquemudamdeturnocomfrequência.

Recentementeotratamentodojetlagcommelatoninatemobtidosucesso.Amelatoninaéumhormônioproduzidopelaglândulapituitária,ouhipófise,duranteaescuridãoeinterrompidaaoprimeirosinaldeluz.Tomarmelatoninanahoraquevocêdeveriadormirnonovohorário,emalgunscasos,ajudaainduzirosono.Aexposiçãoàluzmuitoclarapelamanhãnonovohoráriotambéméútil.

»Apneiadosono:Écaracterizadaporpausasanormaisnarespiraçãoduranteosono,muitasvezesindicadapeloronco.Naapneiadosonocentral,arespiraçãoéinterrompidaporesforçorespiratórioinsuficiente,enquantoaapneiadosonoobstrutivasedeveaobloqueiofísicodapassagemdear,normalmenteacompanhadapeloronco.Essaúltima,emhomens,éconhecidacomoumacausasignificativadeperdadosonoemmulheres.

4Inteligência:OCérebroPensanteeaConsciência

Nestaparte…

Descubraqueainteligênciaémultifacetadae,apesardodr.Spock,incluiemoçõescomoumcomponenteessencial.

Vejacomoeondeospensamentossãoprocessadosnocérebrodaentradasensorialàconsciência.

Descubraqualpartedocérebroéresponsávelpelorestodele,onívelexecutivodofuncionamento.

Vejaoquerealmenteacontecenocérebroquandoaprendemoselembramosdecoisasouatéesquecemosoqueaprendemos.

Descubracomoocérebromudasuaestruturaduranteodesenvolvimentoeaprendizado.

Vejaoquedáerradonocérebroemdisfunçõesneurológicas,doençaspsiquiátricaseanormalidadescongênitas,assimcomoquandodrogassãoingeridas.

C

Capítulo12EntendendoaInteligência,aConsciênciaeasEmoções

NESTECAPÍTULO

Observandoostiposeanaturezadainteligência

Entendendoopapeldasemoçõesnacognição

Processandoemoçõespormeiodosistemalímbico

Ficandoconscientedosdetalhessobreconsciência

omo os humanos precisam fazer muitos tipos diferentes de coisascomplexas, há muitos tipos diferentes de inteligência. A inteligência

requerida para fazer e usar ferramentas, por exemplo, é muito diferente dadaquelanecessáriaparaentenderquesuasaçõesestãoirritandoalguémquepodemachucá-lo. Não só existem vários tipos de inteligência (habilidades delinguagemversusespaciais,paracitarapenasduas),masainteligênciatambémexiste em vários níveis. Uma pessoa pode exibir inteligência excepcional emescolher vencedores prováveis em uma corrida de cavalos, mas não terinteligênciaparasaberqueapostaremcavalosprovavelmentenãoforneceumafontederendaseguraedelongoprazo.

O tipode inteligênciaqueaprendemosnaescolaéprincipalmentebaseadoemregras(seessascircunstânciasexistem,entãoissoacontece…)eexprimívelemlinguagem.Emcontraste ao pensamento baseado em regras estão as emoções.Emoçõessãosentimentos,muitasvezesnãoexprimíveisempalavras,trazidasàtona por circunstâncias. Embora sejam pensadas como o oposto da razão, asemoções são uma parte útil e necessária da cognição. Elas não só medeiam

aspectos instintivamente controlados do comportamento, como evitar gafessociais,mastambémpermitemoaprendizadoeocomportamentoadaptativoquenãoébaseadoemregras.Danosapartesespecíficasdocérebro,comoocórtexorbitofrontal,podemproduzirindivíduoscomQIsnormais,masprocessamentoemocionaldefeituosoqueéseveramentedisfuncionalemsituaçõesreais.

Este capítulo mergulha na inteligência, emoção e consciência, a percepçãoexplícita de nossos próprios pensamentos e experiências, que é a máximamanifestaçãodainteligência.

DefinindoInteligênciaInteligênciaéalgoqueamaioriadenósdefinereferenciandoexemplos,emvezde qualquer regra específica. A inteligência é exibida em comportamentoadaptativo, ou seja, adequadamente responsivo a circunstâncias, especialmentequando elas são complexas e em mutação. Um aspecto importante dainteligência é a habilidade de fazer previsões. Essa habilidade é normalmenteativadapeloaprendizadoe seu resultado,amemória.Aonotarnuvensnocéu,por exemplo, pode ser inteligente levar um guarda-chuva ao cinema, porquepoderáestarchovendoquandovocêsair,mesmoquenãoestejachovendoagora.

Algumpoderdeprevisão,semdúvida,existeemnossosgenes.Ainteligênciafoiselecionada por mecanismos evolucionários porque produzia comportamentoadaptativo,ahabilidadedeselecionarmetasmaiscomplexasebuscá-lasemumambientemaiscomplexo.

Entendendoanaturezadainteligência:Geralouespecializada?O ambiente em que nós, humanos, estamos é mais complexo do que o dequalquerespécie,porquenósconstruímosmuitodele.Humanosmodificamseuambientefísicoesocialatéopontodecriarváriosmicroambientesquerequeremhabilidades bem diferentes: manipulação física de coisas como canetas eteclados, habilidades sociais para lidar com relacionamentos, habilidades delinguagemparacomunicação,habilidadesmatemáticaeespacialparalermapasenavegação,emuitasoutras.

TIPOSDEINTELIGÊNCIAVocêpodedelinearquaissãooschamadostiposdeinteligênciademuitasmaneiras.Examespadrãoparaentraremumafaculdadenormalmentetêmseçõesdelínguasematemática(e,àsvezes,analíticas),enquantoqueoconhecidofatordeanálisedainteligênciadeJ.P.Guilfordtinhaaté150fatoresemtrêsdimensões(conteúdos,produtoseoperações).UmcritériorelativamenterecenteaceitosãoosoitotiposdeinteligênciadeHowardGardner,mostradosaqui.

Inteligência AptidãoparaouCompetênciaem…

Linguística Compreensãoeusodalinguagem

Lógico-matemática RaciocínioquantitativoelógicoEspacial Navegação,geometriaepadrõesInterpessoal InteraçõessociaisIntrapessoal Seusprópriospontosfortese

fracos,sabedoriaCorporal-cinestésica Esportes,dança,atletismoe

controlemotorrefinadoMusical Cantar,instrumentosmusicais,

composiçãoNaturalista Entenderpadrõesnanaturezae

sobreviveremumambientenaturalnãofeitopelohomem

Enquanto sistemas mais antigos para analisar inteligênciaconcentravamemfatorescorrelacionadoscomsucessonaescolaeasociedade industrial ocidental em geral, os tipos de inteligência deGardnerincluemváriascategoriasnãoacadêmicasdistintas.

Umadascontroversasmaisduradourasnapsicologiaenaciênciacognitivaéseainteligênciaéunitáriaoudivisívelemsub-habilidadesdistintas.

De um lado está a tradição da psicologia comportamental, que considera océrebro como um dispositivo de propósito geral de aprendizado cuja estruturainternanão temsignificânciaementenderoaprendizadoouocomportamento.

Dooutro ladoestavamos frenólogos, queacreditavamqueodesenvolvimentode traços intelectuais específicos era associado como crescimento do cérebro,que literalmente fazia o crânio crescer naquela parte específica. Ao examinarpessoasqueacreditavamterhabilidadealtaoubaixaemváriostraçoseassociaressashabilidades(ouafaltadelas)comaalturarelativadeváriasáreasemseucrânio,osfrenologistascriarammapaselaboradosque identificavamolocaldedúziasdetraços,variandodehabilidadematemáticaàcautela(vejaaFigura12-1).

FIGURA12-1:Mapafrenológicodocérebro.

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Apremissa fundamental da frenologia é agora totalmente descreditada.Certasáreas do cérebro nãomapeiam especificamente ou unicamente certos tipos deinteligência. Nem áreas locais do cérebro (neocórtex) crescem e formamprotuberânciaparaforadocérebrodeacordocomodesenvolvimentodetraçosespecíficos,comocautelaousecretividade.

Poroutro lado,océrebro tambémnãoéumamassadifusanãodiferenciadadeformaçãoporassociação,comoasseçõesseguintesexplicam.

CaminhossensoriaisparaáreasespecíficasdocérebroEntradas sensoriais e saídas motoras seguem caminhos específicos e sãoprocessadas principalmente em áreas específicas, embora a maioria dashabilidadesenvolvaváriasáreascerebrais.Ocórtexpré-frontal,porexemplo,écrucial para o desempenho de quase todas as habilidades que requereminteligência.

Danos a algumas áreas específicas do cérebro podem diminuir muito certashabilidades,comoacompreensãoouproduçãodalinguagem,enquantodeixamoutrashabilidadesrelativamenteintactas.Alémdalinguagem,habilidadescomoentender arranjos espaciais e como manipular ferramentas e objetos tambémparecemserparticularmenteafetadasporlesõesemáreasespecíficasdocérebro.Essesfatosparecemindicarqueainteligênciaéespecializada.

AFigura12-2mostraalgunscasosnosquais traçosespecíficosde inteligênciaparecem ser particularmente comprometidos por danos cerebrais locais. Oscientistas sabem, por exemplo, que habilidades espaciais como navegação ereconhecimentodepadrãosãoaltamentedependentesdocórtexparietaldireito(imagemsuperior naFigura12-2), enquanto a linguagemdependede áreasdeBrocaedeWernicke,doladoesquerdodocérebro(explicadasnoCapítulo13),comomostradonaimageminferiordaFigura12-2.

FIGURA12-2:Algumasáreasdocérebroassociadasàperdadehabilidadesespecíficasquandodanificadas.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Umasíndrome interessantequeparece ser relativamente localizadaéaamusiaadquirida, a perda da habilidade de reconhecer melodias musicais mesmoquando a linguagem e outras habilidades auditivas permanecem intactas. Aamusiaéassociadacomdanounilateraloubilateralaocórtexauditivodeordemsuperior no lobo temporal posterior. Pode resultar de dano em qualquer doslados,masémaiscomumentevistacomdanoemambosos ladoscausadoporinterrupçãodofluxosanguíneonasartériascerebraiscentrais.

Localização,plasticidadeerecuperaçãodedanocerebralPessoaspodemserecuperardedanoscerebraissignificativoscomooscausadosporderrames.Essarecuperaçãoépossívelporqueoutrasáreascerebrais,localeglobalmente,assumemafunçãodasáreascerebraiscomprometidas:

»Recuperaçãolocal:Aáreacerebraldanificadaeaáreaimediatamenteaoseuredorsereorganizampararestaurarpartedafunçãoperdida.

»Recuperaçãoglobal:Essetipoderecuperaçãoémaiscomplicadoporquepodeenvolverusardiferentesáreasdocérebroecaminhospararealizaramesmatarefadamesmamaneira,ouaprendermaneirasalternativasdefazerascoisas.Pessoasquesofreramdanosnocórtexmotorquecontrolaamãoeobraçodireito,porexemplo,podemaprenderausaramãoesquerdademaneiradiferenteparapegarobjetosoupodemusarmaisamãoesquerda(nãoafetada).

VocêpodelermaissobreplasticidadenoCapítulo16.

ComponentesdainteligênciaApesar do resultado do debate sobre quantos fatores distintos de inteligênciaexistem, na maioria das tarefas da vida real a inteligência depende de váriashabilidades. Isso inclui a habilidade de prestar atenção, memória de curto elongoprazo,ahabilidadedevisualizar,amotivaçãoeexpectativas.

Uma tarefa que exige bastante da inteligência é a tomada de decisão, que

depende do conhecimento, visualização, planejamento e pensamento abstrato.Essescomponentesnormalmentecruzamfronteirasentrealinguística,alógicaetiposdeinteligênciaespaciais.Acriatividade,especificamente,éauxiliadapelainteligência, mas não é necessariamente um produto direto dela. Algumaspessoas muito criativas pontuam pouco em testes de inteligência, e algumaspessoas muito inteligentes parecem ser incapazes de “pensar fora da caixa”,comocostumamosdizer.

Uma das motivações para tentar identificar os fatores que dão suporte àinteligência geral é a esperança de que, com a melhoria desses fatores, vocêpossamodificarainteligência.Outraéaesperançadequeidentificarosfatoresdeterminantesdainteligênciaajudariamoscientistasacompreendê-la.

VariaçõesbiológicasAotentardeterminaroefeitoqueasvariaçõesbiológicastêmnainteligência,oscientistasobservamdiferençasentrehumanoseoutrosanimais.Nessesestudos,sedescobriuumaligaçãoentreainteligênciaearazãoentreotamanhocerebraleotamanhocorporal,eentreinteligênciaeaporcentagemrelativadocórtexpré-frontal.

Diferenças entre humanos também foram estudadas,mas você não pode dizermuito sobre inteligência fazendo comparações entre humanos. Uma dasdificuldades é que, embora exista uma ligação estatística entre inteligência etamanhocerebral,umtamanhopequenopodeseroresultadodeumapatologiagenéticaespecíficaouefeitosambientais,comománutriçãopré-natalouabusode drogas materno. Como fatores como esses também afetam a inteligência,relacionardiretamenteotamanhodocérebroaoseupoderéimpossível.

A inteligência parece estar correlacionada com o tamanho da memóriaoperacionalecomacomplexidadedasondulaçõesEEGe,emhomens,masnãoemmulheres,comavelocidadedoprocessamentomentalmedidoportemposdereaçãoespecíficos.Noentanto,comooutrascorrelaçõescomportamentais,nãoéclaroseessesfenômenossãoacausadainteligênciaouoresultadodela.

CriaçãoQuantoacriaçãoafetaainteligência?Umamaneiradeabordaressaperguntaéobservar gêmeos idênticos criados separadamente para ver se sua formaçãogenéticafezsuainteligênciaserquaseamesma,apesardacriaçãodiferente.Seagenética fosse tudo, o QI de ambos os gêmeos seria exatamente igual. No

entanto,oestudodegêmeoscriadosseparadamentedemonstraraumacorrelaçãode apenas cerca de 70% estatisticamente, sugerindo uma influência ambientalconsideráveltambém.

Noentanto,essetipoderesultadopodeetemsidomalinterpretado.Assituaçõesemquegêmeosforamcriadosseparadamentenãosãoexatamenteexperimentoscontroladoscomseleçãoaleatória.Quandoasfamíliasadotivas,porexemplo,seassemelhamaospaisbiológicos,essassimilaridadesderesultadoaparentamsergenéticas.Alémdisso, 50%da determinação genética de inteligência deixa osoutros 50% para o ambiente. Mais importante, mesmo que o componenteambiental em estudos típicos seja muito pequeno, não significa que algumaintervençãoanormal,comoumnovométododeensino,nãopossateropotencialdefazerumadiferençamuitomaior.

A maioria dos cientistas acredita que a maneira adequada de encarar ocomponentegenéticodainteligênciaéacapacidade.Hálimitesbiológicosparaotamanho da memória operacional, a rapidez do processamento neural e ainformaçãoquepodesertransmitidaportratosdefibraaxonalespecíficos.Essascapacidadesnãoparecemvariarmuitoentreindivíduos,masahabilidadedeusá-laseficazmentevariabastante.Pequenasdiferençasemherançagenéticapodemserampliadaspelaexperiência.Porexemplo,seumacriançalêbem,elatenderáa lermais, e seu vocabulário e conhecimento demundo serãomaiores, assimcomo seus poderes de concentração e paciência. Ela farámais das coisas queresultam emmaior inteligência e as farámelhor durante sua educação do queoutracriançacomapenasumalevediminuiçãonacapacidadebrutadeleitura.

SAVANTSQualquerumquepenserealmenteentenderainteligênciaprecisaserhumilhadopelossavants,pessoascomcapacidadesmentaisinexplicavelmenteextraordináriasnormalmenteemumdomínioespecífico:multiplicardoisnúmerosdequatrodígitosmentalmente,calcularinstantaneamenteodiadasemanadeumadatahistóricaespecíficaouexibirmemóriasquasefotográficasouenciclopédicas,porexemplo.

Neurocientistasnãotêmexplicaçãoprontaparacomoossavantsconseguemfazeressascoisaseporqueorestodenósnão.Algunsdelestêmestruturascerebraisanormais(oirmãomaisvelhonofilmeRainMan,de1988,estreladoporDustinHoffmaneTomCruise,porexemplo,nãotinhacorpocalosoconectandoosdoishemisférioscerebrais),masoutrostêmumcérebroqueparecenormalnaarquiteturabásica.

Pessoascomhabilidadesdesavantnãodesfrutamdesucessooufelicidadeparticularmentegrande.Muitossãooprimidosporsuamemóriaououtrashabilidadesesãoincapazesdedesligá-laseseconcentraremproblemasnormaisdavida.Frequentemente,ashabilidadesdesavantparecemsercontrabalançadasporincompetênciaemmuitasoutrasáreasnecessáriasparaosucessonavida.Muitos,masnãotodos,savantssãoautistas,porexemplo.

Sevocêpensarnadotaçãogenéticahumanaparaainteligênciacomoumacapacidade,entãosavantsparecemindicarqueouamaioriadenósnãoestánempertodenossacapacidaderealouháalgummecanismoouestruturanocérebro,cujaidentidadenãoétotalmentecompreendida,queproduzhabilidadesdesavantempouquíssimaspessoas.

AinteligênciacomoumcomportamentoadaptativoO centro da inteligência tem a ver com comportamento adaptativo amplo eflexível, bem como profundo. Embora savants, por exemplo, pontuem muitobememalguns testesdeQI, sua faltade sucessogeralnavida, eatéem lidarcom a vida normal, sugere que testes de QI não captam uma característicafundamental da inteligência. Considere os paralelos entre savants que, porexemplo,podeminstantaneamentedizerqueoNatalnoanode1221foiemumaquarta-feira,masnãoconseguemsevestirapropriadamente,epessoascomdanonolobofrontal,quenormalmentepontuammaisaltoqueamédiaemtestesdeQI,masnãoconseguemlidarcomasdemandasdavidanormal,especialmentequandoemsituaçõesmutáveis.

OqueostestesdeQIparecemmediréalgumacombinaçãononíveldealgumashabilidades intrínsecas e os resultados da aplicação dessas habilidades que semanifestam como habilidades específicas adquiridas em qualquer idade. Os

testes não medem coisas como julgamento, sabedoria e autocontrole, quetambémsãonecessáriosparaosucessonavida.Habilidadessão importantesepodemrealizarcoisasquasemiraculosas,àsvezes,masnãosãotudo.

ObservandoosdiferentesníveisdeinteligênciaAlémdeainteligênciaserincorporadaemdiferentesdomínios,comolinguagemversus manipulação espacial, parece também existir em diferentes níveis decompetência. O nível mais baixo de competência associado à inteligência éaquele incorporado nas formas de vida inferiores, organismos unicelulares; onívelmaisaltoqueconhecemoséaconsciênciahumana.

»Homeostasenasformasdevidamaisprimitivas,comoprocariontes:Organismosunicelularessãoaprimeiragrandedivisãoentreavidaeanãovida.Procariontes(célulassemnúcleodistinto),comoasbactérias,mantêmahomeostaseregulandoomovimentodesubstânciasatravésdesuasparedescelulares.Sistemasinternosdeenzimasconstroemestruturasintracelulares,regulamoconsumodeenergiaealiberaçãodedetritos,epermitemareproduçãopordivisão.Essasfunçõesregulatóriaspoderiamserconsideradasaformamaisprimitivadeinteligência.

»Especializaçãocelularemeucariontes:Eucariontes(célulascomnúcleosdistintos)têmorganelasinternascomonúcleoemitocôndria.Comotal,sãoorganismosmulticomponentes,aténonívelcelular.Organismosmulticeluladosabrangemcélulaseucarióticasqueseespecializamindividualmenteparafuncionardentrodeumaorganizaçãomaior.Essadiferenciaçãocelularinternaeexternaaumentamuitoopoderdeadaptaçãodoorganismo.

»Consciênciaemvertebradose,possivelmente,cefalópodes:Entreanimaismulticelulares,osvertebrados(etalvezpolvoselulas)parecemdemonstrarconsciência.Aconsciênciaenvolvetermodelosinternosquepermitemestratégiasdeperseguiçãodemetasdeváriospassos,masnãoinstintiva.Emmamíferos,muitodessacapacidadesedeveaosistemalímbicoesuainteraçãocom

oneocórtex.Atualmente,cientistasnãoforamcapazesdedescobrirquaisprocessospermitemquepolvosexibamumcomportamentoadaptativocomplexocomumcérebropequenoeorganizado,deformacompletamentediferentedaqueladocérebrohumano.

»Consciência:Amanifestaçãomáximadainteligênciaestánaconsciência,apercepçãoexplícitadenossosprópriospensamentoseexperiências.Aconsciênciaemhumanostendeaserassociadacomalinguagem,quenospermitenomearecategorizaroqueacontecenomundo.Aconsciência,derivadadalinguagem,dependeempartedotamanhocerebral,daorganizaçãocerebraledehabilidadesespeciaiscomoalinguagemúnicaahumanos.Aconsciênciaexisteemformasrudimentaresdeprimatas,masexistecompletamentesomenteemhumanos.

»Metacognição:Ametacogniçãorefleteonívelmaisaltoemaisabstratodacompetênciamentalnaconsciência.Éassociadacomaconsciênciadosefeitosdasaçõesdealguémedahabilidadedemanipularrepresentaçõesabstratas.Ametacogniçãoenvolvemonitoraralguémesuasaçõescomoumobservadorquaseimparcialeexterno.Certostiposdemeditaçãoeoraçãosãoexemplosdetentativasdeentrarnoestadometacognitivo.

InteligênciaEmocionalUmaspectocomumentemalcompreendidodainteligênciaéseurelacionamentocoma emoção.Oequívoco é expressadonadicotomiadeque a inteligência éracional e baseada em regras, enquanto a emoção é instintiva, animalística eirracional.

No entanto, emoções podem ser vistas de duasmaneiras que indicamque sãointrinsecamenteinferioresaoraciocíniobaseadoemregras:

»Emoçõessãocruciaisparamediarinteraçõessociais,quesãoumdosambientesmaiscomplexosemqueoshumanosexistem.Pelaespécieanimal,osanimaismaisinteligentestendemasersociaisoudescenderdeespéciessociais.Aemoçãoéamoedapelaqualinteraçõescomplicadas,comoopapelem

hierarquiassociais,ocorre.

»Aemoçãoéumamaneirapelaqualocérebropodecomunicarasaídadeumaassociaçãoneuralparacontrolarocomportamentoquenãoéexprimívelcomoumaregra.Porexemplo,amaioriadosanimais,incluindohumanos,temmedoinatodecobras.Quandoencontramosalgoparecidocomumacobraquandocrianças,muitoantesdesaberoqueéumacobraouadiferençaentretiposvenenososounão,temosmedoinstintivamenteeaevitamos.

Sistemascognitivossuperioressequestramaaproximação/retraçãodosistemaemocionalparasituaçõesmuitomaiscomplexasqueresultamdoaprendizado.Depoisqueaprendemosadirigir,porexemplo,passamosaentenderqueumcarrovindoemnossadireçãoprovavelmenteestásendodirigidoporalguémquenãoestáprestandoatençãoouqueestámentalmentecomprometidodealgumamaneira,e,sentindomedo,saímosdocaminhomesmoantesdeestarmosconscientesdefazê-lo.

Certos centros cerebrais impactam a emoção. As áreas de processamento deemoções do cérebro são filogeneticamente antigas, como as estruturassubcorticais incluídas do sistema límbico (como amígdala, septo, fórnix enúcleostalâmicosanteriores;vejaaseçãomaisadiante“Emocionando-secomosistema límbico” para detalhes sobre essas estruturas). Os mamíferos, eparticularmente os primatas, adicionam interações corticais entre os sistemasemocionaisantigoseáreasmaisnovascomoocórtexorbitofrontal.

Ocórtexorbitofrontaldá alta resoluçãoao sistemade resposta emocional.Emvez de apenas ficar com medo dos perigos programados por instintos, comoaranhas e cobras, podemos ficar com medo e aprender a evitar situaçõescomplexasperigosas,comoinsultarnossochefeoucomprarumcarrousadosemquealguémotenhainspecionadoprimeiro.

LidandocommemóriasdereaçõesemocionaisfortesOsistemacórtexorbitofrontal-amígdalaédifícildeserentendidocomoumtipode inteligência porque sua saída é criar um sentimento apreensivo sobre uma

situação que não é exprimível em palavras. Essa ideia foi formalizada porAntonioDamasio, daUniversidade doSul daCalifórnia, como ahipótese dosmarcadoressomáticos.Suponha,porexemplo,queseucarrofiquesemgasolinaemumlocalespecíficonaestradapelaqualvocêsempreviaja.Ainconveniênciaeoperigoempotencialdasituaçãocriamumaexperiênciaemocionalnahora.Diasdepois,aodirigirpelamesmaárea,vocêprovavelmenteteráumsentimentodeinquietaçãoquenãoentenderacionalmenteequeofazverificaromedidordegasolina.

Evidências indicam que as memórias criadas no sistema córtex orbitofrontal–amígdalasãomuitoestáveis.Ouseja,praticamentequalquersituaçãoquevocêtenha experimentado e que tenha tido consequências desagradáveis produziráuma memória que é ativada em situações similares. A parte racional do seucérebrosubstituiossentimentosdeinquietaçãoquandonecessário.Porexemplo,se você esteve em um acidente de carro, pode, pelo resto de sua vida,experimentarinquietaçãoquandoestiveremumcarro,masvocêpassaporcimadesse sentimento porque precisa dirigir. Continuar a dirigir pode extinguirparcialmentea forçadosentimento,masa inquietaçãopodenuncadesaparecercompletamente.

Emocionando-secomosistemalímbicoO sistema límbico é um conjunto de núcleos cerebrais subcorticais e suasinterconexões que se pensou um dia serem um sistema evolucionário quemediavaocomportamentoinstintivoprimitivo.

Estruturas cerebrais tipicamente enumeradas no sistema límbico incluemamígdala,fórnix,hipotálamo,hipocampo,tálamoegirocingulado(vejaaFigura12-3).Enquantoastrêsprimeirasestruturasestãoenvolvidasnoprocessamentodeestímulosemocionalmentesalientes,comopularparalongedeumacobra,ohipocampo e o tálamo estão envolvidos em muitos circuitos corticais, comomemória e processamento sensorial, que não têm uma relação óbvia comrespostas instintivas. O hipotálamo está envolvido em funções “reptilianas”inferiores,comoregulaçãodetemperaturaefluido.

FIGURA12-3:Osistemalímbico.

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OCÉREBROTRIUNODEMACLEANUmdosesquemasmaiscomumenteconhecidossobreaorganizaçãodocérebroéocérebrotriuno,postuladopeloneurocientistaPaulMacLeannadécadade1960epopularizadonofimdadécadade1970pelolivroOsDragõesdoÉden:Especulaçõessobreaevoluçãodainteligênciahumana(Gradiva),deCarlSagan.Aideiabásicadocérebrotriunoéadequeocérebrotemumaestruturahierárquicadetrêsníveisnaqualosdoisprimeirosníveissedesenvolvemumdepoisdooutrosobreonívelreptilianoinferior.DeacordocomateoriadeMacLean:

Onívelinferior“reptiliano”(exibidoporlagartosecobras)temosgângliosbasaiscomoonívelorganizacionalmaisalto(acimadotronco cerebral e da medula espinhal vista na maioria dos

vertebrados primitivos e até em alguns invertebrados). Osgânglios basais medeiam comportamentos instintivos comorespostas de lutar ou correr, fome, defesa de território eperseguiçãosexual.

Opróximoníveladicionadosobreocérebroreptilianoéosistemalímbico, proposto para conter amígdala, hipotálamo, septo,hipocampo, complexo hipocampal e córtex cingulado. Essasestruturas surgiram nos primeiros mamíferos e permitiramsentimentos, que habilitaram comportamentos mais complexos,como cuidados parentais e participação em hierarquias dedominânciasocial.

Onívelfinaléocomplexoprimárioneomamíferoassociadocomo grande neocórtex, que alcançou seu pico nos primatas,particularmenteemhumanos.Essenívelpermitecomportamentosocialcomplexo,inteligência,grausvariadosdepercepçãoe,porfim,consciência.

A hipótese do cérebro triuno foi influente e continha muitas ideiasvaliosas.Noentanto,temsidodifícilidentificarolimiteentreosníveislímbicoeneomamífero.

OhipocampoO hipocampo é a estrutura mais importante na mediação da transferência deinformações da memória de curto prazo para a de longo prazo. Ele recebeconexões de praticamente todo o neocórtex; essas conexões sãomapeadas emsinapses cuja força pode mudar se várias entradas estão ativadassimultaneamente.Porexemplo,seumaáreadetectoradecordocórtexsinalizar“cinza”,outraáreasinalizar“grande”eoutraáreasinalizar“temumatromba”,oneurônionohipocampoparaoqualostrêsneurôniosprojetampoderiaserpartede um detector de elefantes. Neurônios no hipocampo projetam de volta aoneocórtex, ativando exatamente as mesmas áreas sensoriais que enviaram ossinaisoriginaisefazendoissodemaneiraqueumarepresentaçãomentaldeumelefanteéformada.

Ohipocampoestáenvolvidoemmuitosaspectosdiferentesdamemória,nãosóaquelesquetêmaltasaliênciaemocional(quepareceserafunçãodaamígdala,logoemfrenteaohipocampo).Pesquisasextensivassobreohipocampoemratos

feitas por John O’Keefe e colegas da Universidade do Arizona indicam quemuito do hipocampo é dedicado à navegação nessa espécie. Pesquisadoresconjecturamqueamemóriaparanavegaçãopodetersidoafunçãoevolucionáriaoriginaldohipocampo,depoisdaqualseenvolveuemoutrostiposdememória,incluindo especificamente a memória episódica (veja o Capítulo 13 parainformaçõessobreadiferençaentrememóriaepisódicaesemântica).

AamígdalaAamígdalapareceserpartedeumcircuitodememóriadiferente.Temalgumassimilaridadesaohipocampo,massuasentradasesaídassãoassociadascomosestímulosque têm saliência emocional.Muitasdas entradaspara a amígdala aalcançamporumarotaderesoluçãobaixaerápida,comodiretamentedotálamo,bulboolfatórioououtras estruturas subcorticais.A saídada amígdalavai paravárias estruturas subcorticais, como o hipotálamo, bem como para o córtexorbitofrontal.

O circuito neural envolvendo a amígdala permite não só as respostas típicas einatas de evitar, como para cobras, mas também a habilidade de aprendercontextos associados com o perigo ou a dor. Esse é o mesmo circuito, naverdade,quefuncionamalemcérebrosdequasetodoheróiouheroínadefilmesdeterror.

OcórtexcinguladoanteriorO giro cingulado é uma áreamesocortical (mais antiga, não neocortical) logoacimadocorpocaloso(ograndetratodefibrasqueconectaosdoishemisférioscerebrais).Omesocórtexéfilogeneticamentemaisantigoqueoneocórtex.

Descobertas recentes sobre a porção anterior dessa áreamesocortical sugeremqueelatemumpapeldemonitoramentoimportantenoqualintegraatividadeemmuitas outras áreas cerebrais. Especificamente, o córtex cingulado anterior éativadoemtarefasnasquaisocorremadetecçãodeerroeomonitoramentodeconflitos,comoatarefadeStroop.

NatarefadeStroop,oparticipantedeverelataracordas letrasqueformamosnomes das cores, com algumas dessas cores diferentes da tinta das letras. Ouseja, as letras que formam a palavraazul são de outra cor que não azul, e ossujeitos do teste devem relatar essa outra cor. Praticamente todos os sujeitosrealizandoessatarefatêmproblemas;elesleemapalavra,emvezdedizeracordas letras, apesardaprática.A implicaçãoéqueoprocessode lerpalavras se

tornou tão automático em pessoas normais que ultrapassa até tentativasconscientesderelataracordasletras.

Ocórtexcinguladoanteriortambéméativadopelaexpectativadereceberdoreparece ocupar uma posição crucial em mecanismos neurais associados comcontingentederecompensasepuniçãosobreocomportamento.Porexemplo,sevocê bate em uma bola de tênis inadequadamente e ela não passa a rede, seucórtexcinguladoanterioréativadodesdeomomentoemquevocêbateuerradonabolaatéomomentoemqueabolarealmentebatenarede.

Aativaçãodocórtexcinguladoanteriortambémpareceserdependentedoníveldepercepçãodaqualidadedaperformanceemváriastarefas.Sevocêseviremumaposiçãodifícilemumjogodexadrez,porexemplo,seucinguladoanteriorseráativadomesmoquevocêesteja inconscientedequalquermovimento ruimespecífico. Em tal situação, age como um executivo para convocar recursos,como melhor concentração, para lidar com o fato de que você está tendodificuldadescomatarefa.

OcórtexorbitofrontalOcórtexorbitofrontal(tambémchamadodecórtexpré-frontalventromedial)éaparteanterioremedialdocórtexpré-frontal.Ocórtexorbitofrontaléessencialpara avaliação de risco e recompensa e para o que pode ser chamado de“julgamento moral”. Pacientes com danos nessa área podem ter inteligêncianormalousuperioravaliadaemtestes,mastêmfaltadeumconceitorudimentardeboasmaneirasouaçõesadequadasemcontextossociais;elestambémperdemquase todaaaversãoao risco, apesardoconhecimentoclarodeconsequênciasruins.

Opapeldessaáreaficoufamosoporumincidentenoqualumdanoextensivoaela ocorreu em um trabalhador de ferrovia chamado Phineas Gage. Enquantousava uma barra de ferro para colocar a carga explosiva, a carga disparou elançou a barra de ferro, que atravessou o córtex orbitofrontal de Gage. Eleperdeu a consciência apenas brevemente e pareceu se recuperar quaseimediatamente.Depoisdeváriosdiasdetratamentoparalidarcomumapossívelinfecção, ele voltou ao trabalho. Depois do acidente, Gage parecia ser tãointeligente quanto antes, mas não era o mesmo homem. Ele ficou impulsivo,abusivoe irresponsável,umcontraste totalcomsuapersonalidadeanterior.Eletambémdesperdiçavasuarendaemváriosinvestimentosinsensatosealtamenteespeculativos,e,porfim,foidespedido.

Ocórtex orbitofrontal e a amígdala formamum sistema de aprendizado sobrecomportamento adequado e evasivo com consequências ruins, em parte aoexperimentar medo dessas consequências. Muitos incidentes similares ao deGage,assimcomoestudosde imagenscerebrais, corroborama importânciadocórtex orbitofrontal para o aprendizado e para ser capaz de exibircomportamentoadequado.

EntendendoaConsciênciaOsneurocientistascostumavamser relutantesemdiscutiraconsciênciaporqueninguémpodiadefini-laeporquenãohaviaesperançaemdeterminarumabaseneural para a falta de consciência em um cachorro versus sua existência emhumanos.Issomudouconsideravelmenteporestasrazões:

»Estudosdeimagenscerebraismostramdiferençassignificativasemcontingentesdepadrõesdeativaçãonaconsciência.

»Aneurociênciacognitivaeainteligênciaartificialentenderamoqueéapercepçãoecomoeladifere,masapoia,aconsciência.Umadasideias-chaveéadiferençaentreestarconscienteeestarconscientedequevocêestáconsciente.

AnalisandosuposiçõessobreaconsciênciaA seguir há algumas percepções interessantes que as pessoas têm sobreconsciênciaeumaavaliaçãosobreseessasideiassãoprecisas:

»Umdossentimentosmaisuniversalmenteexpressadossobreofenômenodaconsciênciaésuaunidade.Cadaumdenóssentequeéumserconsciente,únicoeindivisívelquesempresabeoquesabeenãosabeoquenãosabe.

Aindaassim,ilusõesperceptivasnosdizemquenossavisãodarealidadepodeestardistorcida.Oesquecimentotransitórioquetodosnósexperimentamosindicaquenossocérebronãoéumbancodedadosnoqualpodemossempreacessarconfiavelmenteumamemóriaespecífica.Eàsvezesnósmudamosdeideianaausênciadequalquerinformaçãorelevante.

»Tambémtendemosasentirque,emboraimpulsosedesejospossamsurgiremnossamentedevezemquando,umaconsciênciacentralessencialtemaescolhafinaloupoderdevetosobrenossasações.

Opoderdevetosobreimpulsosécentralparaconceitoslegaissobreculpaeoqueconstituiopecadoemmuitastradiçõesreligiosas.Noentanto,atosimpulsivosdosquaisnosarrependemosracionalmentemaistardedesmentemofatodequenossaconsciênciaésempresoberana.Todosjátivemosaquelesmomentos“oqueéqueeuestavapensando”,quedeveriamnosconvencerdequenossaconsciêncianãoésólidaeinvariável,masdependentedeforçasinvisíveisinternaseexternas,dasquaisnãosomosconscientes.Hábitosqueoaproximamdoperigopodemfazervocêperderocontrole,apesardesuacrençaracionalemseupróprioautocontrole.

»Amaioriadenóssenteque,nãoimportaoquãointeligenteumamáquinapossaparecer(penseemcomputadoresqueforamcriadosparajogarxadrezouoWatsonjogandoJeopardy!),elanãopodeteressaconsciênciacentral,mesmoemteoria.

Praticamenteninguémacreditaquequalquercomputadorsejaconscienteoumesmopróximodisso.Alémdisso,hádoiscamposamplos.Umdizquenenhumamáquinaeletrônicajamaisseráconscientesimplesmenteporquenãosãofeitasdomaterialadequado.Ooutroconsideraafaltadeconsciênciaemmáquinascomoadiferençaentrehumanosconscientesechimpanzéscientes,masinconscientes:ouseja,éumaquestãodepodercerebralsuficientequeaindanãofoialcançadoartificialmente.Quandocomputadoresficarempoderosososuficienteparaseequipararemaocérebrohumanoemalgunssentidosdeinstruçõesexecutadas

porsegundo,serãoconscientes.

OfuturistaeempreendedorRayKurzweilcalculouqueessepontodehabilidadecomputacional(a“singularidade”)deveseralcançadoantesde2030,entãoamaioriadaspessoasvivashojeveráseesseresultadorealmenteseráocaso.

TiposdeconsciênciaAanálisedeconsciênciamaiscomumenteaceitadelineiaentreapercepçãopuraeaconsciência:

»Ciência:Implicaemumníveldepercepçãoquepodedeterminarocomportamentoesersentidacomoumaexperiência.Oquefaltanaciência,emrelaçãoàconsciência,éprincipalmentealinguagem,pelaqualaexperiênciaéinterpretadanoesquemaracional.Algumastradiçõesmeditativas,porexemplo,tentamalcançarnamenteoestadodeciênciasemqualquercamadadeinterpretaçãooureação.

»Consciência:Éprincipalmenteassociadacomalinguagem,naqualomecanismodalínguacatalogaerelacionaaexperiênciacriadapelaciênciaemumesquemageralracionalligadoàmemória.GeraldEdelman,vencedordoNobelquetrocousuapesquisadebiologiamolecularpelaneurociência,sereferiuàconsciênciacomo“opresentelembrado”.Essalembrançaligaaexperiênciaatualcomconceitosanterioresquesãoincorporadosnalinguagem.

EstudandoaconsciênciaEmbora neurocientistas umdia tenham evitado discussões sobre a consciênciacomosendoumdomíniodafilosofia,agora tiposdiferentesdeconsciênciasãoconsiderados como estando, pelomenos parcialmente, associados a diferençasematividadesneuraisquesãomensuráveis,pelomenosemteoria.Aquestãoé,

então, como pesquisar algo que é uma experiência intrinsecamente privada.Neurocientistas usamduas abordagensprincipais, quepodem ser chamadasde“dividireconquistar”e“esgueirar-se”:

»Aabordagem“dividireconquistar”:Envolvedistinguirentrealgumestadocerebralemqueumapessoaestáconscientedoequivalentemaispróximonoqualelanãoestá,como:dormirversusacordar,comaversusparalisia,edanoaocérebroquenãoeliminaaconsciênciaversusdanoqueelimina.

»Aabordagem“esgueirar-se”:Nela,ospesquisadoresnormalmentecomparamsituaçõesdiferentesqueresultamemgrandesdiferençasnaconsciência.Geralmenteoquedásuporteaessaideiaéqueháalgumtipodecontinuidadedanãopercepçãoparaapercepçãoatéaconsciênciatotal.

Há implicações profundas associadas com diferentes modelos para a naturezaessencial da consciência. Se a consciência é um contínuo possibilitado pelotamanhodocérebro,entãoanimaiscomcérebrogrande,comochimpanzés,têmalguma consciência, como presumivelmente terão os computadores em umfuturo próximo. Se a consciência é o resultado da linguagem, então qual é ostatusdeumhumanoqueperdeuafunçãodalinguagem(nãosóahabilidadedefalar, mas a habilidade de ter pensamentos verbais)? Se um circuito neuralespecíficoouatéumtipodecélulaneuralénecessárioparaaconsciência,entãoseriainteressantesabersequalqueroutroanimaltemessecircuitoouneurônio,se algumhumano não o temou se eles realmente poderiam ser simulados emmáquinas.

Atéagora,osmelhoresdadosqueospesquisadorestêmsobrehumanosvêmdacomparaçãoentreestadoscerebraissemelhantesaconscienteenãoconsciente.

DormirversusacordarEstado de vigília e de sono são caracterizados por diferentes ritmos EEG.Navigília,océrebrofazciclosporritmosalfa,beta,gamaeteta.NosononãoREM,ondasdeltae tetapredominam(vejaoCapítulo11paramaissobreosestágiosdosono).

Durante o sono REM (movimentos rápidos dos olhos), que é o sono em queocorremossonhos,osritmosEEGsãomuitomaissemelhantesaosritmosqueocorremduranteoestadodevigília.Entãoaperguntaé:osonhotemmaisaver

comaconsciênciadoquecomosononãoREM?

A maioria dos neurocientistas provavelmente concordaria que sim, sugerindoqueosritmosEEGemsonoREMeavigíliaestãoligadosporalgunsaspectosdaatividadecerebralemqueaconsciênciaestáoupodeestarbaseada.Afinaldecontas,épossívellembrardosonhonosonoREM.Elecontémimagens,ações,enredos,diálogoseoutrosprocessosmentaisqueocorremduranteaconsciênciaem vigília. Se acordadas durante o sonoREM, as pessoas podem dizer o queestava acontecendo em seu sonho, como se tivessem sido interrompidas nacondutadeumaatividadeconscientenormal.

Então, no esquema de contraste de sono, o sono REM tem característicasexperimentais parecidas com a consciência em vigília e similares aos ritmosEEG.OsononãoREMnãotemnenhuma.

Neurocientistas também descobriram que o sono REM exibe mais padrõescoerentesdeatividadesincronizadaqueenvolveinteraçãoentreoslobosfrontale outros corticais do que o sono não REM. A conclusão, que é apoiada poroutrosdados,éadequeaconsciênciaéparticularmentedependentedeatividadeinterativaentreosloboscerebraisfrontaleoutros.

ComaversusparalisiaDanosaocérebropodemproduzirumagamadeefeitos—daparalisiaàperdatotaldeconsciência.Aparalisiapodeocorrercomousemperdadeconsciência.Há muitos casos de paralisia, por exemplo, no qual o único movimentovoluntário que pode ser feito pelo paciente é piscar. Embora superficialmentetaispacientessejamfrequentementetratadoscomoseestivesseminconscientes,tentativas de comunicação (“Pisque uma vez para sim, duas para não”, porexemplo), foram frequentemente bem-sucedidas. Pacientes com falta até dahabilidade de piscar são quase sempre considerados emum estado vegetativo,mas as imagens cerebrais e outras técnicas mostraram que até alguns dessespacientesestãocientesdoqueaconteceaoseuredor.

Umahipóteseduradourasobrequaisregiõesdocérebrosuportamaconsciênciaé às vezes chamada de hipótese do triângulo de Cotterill. Ela sugere que aconsciênciadealtonívelrequeroenvolvimentodasáreasdocórtexsensorial,talcomooloboparietalouoccipital;oslobosfrontais,particularmenteasáreaspré-motoras;eotálamo.

Um estudo recente envolvendo pacientes em estados vegetativos ou

aparentemente vegetativos parece apoiar essa ideia. No estudo, músicasfamiliareseramtocadasparapacientessemrespostaenquantoospesquisadoresfaziamimagensdocérebrodecadaumdeles.Asprimeirasáreassensoriaisdocérebroemcomaedepessoasanestesiadasnormalmenterespondiamaentradassensoriais.Essaentradaénormalmente tambémretransmitidapelo tálamoparaoslobosfrontais.Noentanto,pesquisadoresforamcapazesdedistinguirentreocoma verdadeiro e os pacientes “aprisionados” não responsivos, porque, noúltimo,umsinaldefeedbackvoltavadoslobosfrontaisparaasáreassensoriaisdocórtex;talsinalnãoocorreuempacientesverdadeiramentevegetativos.

ANESTESIAECONSCIÊNCIAEmborapessoasnormalmentedescrevamestaranestesiadascomoser“colocadaparadormir”ou“estarapagada”,estaranestesiadonãoéamesmacoisaquedormir.Opropósitodaanestesiaécriarumestadoartificialdeinconsciênciaemquenãosónãohajarespostaaestímulosdedor,comoocortecirúrgico,mastambémnãohajaconsciênciaoumemóriasubsequentedosestímulos.Anestésicosnãosuprimemtodasasatividadescerebrais,apenasaatividadeassociadacomaconsciência.

Umdosgrandesmistériospersistentesnaneurociênciaéqueninguémsabedeverdadeemdetalhescomooanestésicorealmentefunciona.Alguns,comooisofluranoeoóxidonitroso,sãogasesrelativamenteinertes,enquantooutros,comoacetaminaebarbitúricos,sãoagonistasparareceptoresdeneurotransmissoresespecíficos(receptoresdeglutamatoNMDA,porexemplo),interferindocomsinaisque,casocontrário,disparariamumaresposta.

Umacoisaquemuitosagentesanestésicostêmemcomuméasolubilidadelipídica(emgordura),sugerindoqueessesanestésicosinterferemcomatransmissãoneuralporinfusãonabainhademielinaquecercaváriosaxônios,ounamembrananeuralemsi.Noentanto,omecanismoparasuaseletividadecomrelaçãoàalteraçãodaconsciênciaépoucocompreendido.Omesmovaleparaintoxicantescomooálcool.

Odebatesobreosníveisdeconsciênciaeanestesiaproduziramalgumasramificaçõesmuitopráticasparapaiscomfilhosquerequeremalgumtipodecirurgia(comoacircuncisão)logodepoisdo

requeremalgumtipodecirurgia(comoacircuncisão)logodepoisdonascimento.Médicoscostumavamrotineiramentenegaraanestesianessassituaçõesporqueargumentavamque(1)aanestesiaéperigosapararecém-nascidostantopeloriscodemortequantopelopotencialdedanosaosistemanervoso,e(2)bebêsnãosãoseresrealmenteconscientesdequalquermaneiraenãoteriammemóriadenenhumacirurgiacomousemanestesia.Amaréparecetermudadoemdireçãoaousodoanestésico,embora,aparentemente,essamudançanãotenhaocorridodevidoaumadescobertaespecíficadaneurociência.

DanocerebralDanosa áreas cerebrais superiores comoocórtexpodem resultar emperdadealgunsaspectosespecíficosdaconsciênciaouperdatotaldela.Enquantodanossérios ao tronco cerebral tendem a ser rapidamente fatais (essa área cerebralcontrola mecanismos homeostáticos básicos, como pressão sanguínea,frequênciacardíacaerespiração),danosaocórtextendemaproduzirperdasmaisespecíficas.Considereestesexemplos:

»Danosaolobotemporaloupré-frontalpodeminterromperamemóriadecurtoprazoefunçõesdeaprendizadosemafetaramemóriadelongoprazo.

»Aisquemiageneralizada(perdadofluxosanguíneoe,portanto,oxigenação)podeproduziramnésiatemporária.

»DanoàáreadeWernickenajunçãoentreoslobosparietaletemporal(vejaoCapítulo6)produzumainabilidadedeentenderalinguagem,semumaperdageraldeconsciência.Éclaro,nãoentenderalinguagemmudasignificantementeaqualidadedessaconsciência.

Doiscamposeummeio-termoA ligação entre a linguageme a consciência é umadas áreasmais fortementedebatidasdaneurociência.Aspessoastendemaseenquadraremdoiscampos:odaquelesquepensamquea linguageméconsciência,eodaquelesquepensamqueformasnãolinguísticasdeconsciênciasãopossíveis.

Alguns sugerem que, como humanos pensam em palavras, a linguagem dopensamentoéaconsciência.Ofatodepoucosdenóslembrarmosqualquercoisade nossa vida antes dos 2 anos de idade pode ser resultado da reorganizaçãoprofundadenossocérebroqueocorredepoisqueaprendemosalinguagem,queem si é pensada como sendo a fundação da consciência. Além disso, emboraanimais como chimpanzés possam aprender a usar a linguagemde sinais paraobjetos, eles não usam gramática e, assim, não têm linguagem; portanto, pordefinição, não são conscientes. Isso também implicaria, como mencioneianteriormente, que humanos que não possuem linguagem interna (não só ahabilidadedefalar)nãoseriamconsideradosconscientes.

UmdoscasosdetesteacidentalmaisfamosodelinguagemeconsciênciaéodeHelen Keller, que era normal até cerca dos 19 meses, quando uma infecçãodesconhecidadestruiusuavisãoeaudição.Elaviveuemumaexistênciaquaseanimal, até que Ann Sullivan (recomendada por Alexander Graham Bell, umpesquisadordasurdezeo inventordo telefone) foiaoAlabamaparaensinaralínguadossinaisparaHelen.Osescritosdaprópriasrta.Kellersobreatransiçãosugeremqueelalevavaumaexistênciaanimalquaseinconsciente,atéqueteveacessoàlinguagemeàhabilidadedesecomunicar.

Outros apontam para o pensamento visioespacial e para as imagens comoexemplosdeformasnãolinguísticasdeconsciência.Umarquitetopodeprojetarum prédio complicado emmuitos detalhes usando imagens mentais, mas nãofalar consigo mesmo em palavras durante todo o processo. Será realmentepossível projetar um prédio, usando conhecimento obtido na escola, semconsciência?

Ummeio-termoquesugiroéoseguinte.Aimagemmentalsemlinguagempodeserconsciente,masnãoésustentávelmaisdoqueporalgumashoras.Quaisquerpensamentosqueocorramduranteoestadode imagemnãoverbalizadadevemsertraduzidosempalavrasparaquesejamlembradosemumaformautilizável.Podesertambémque,duranteosupostoestadodevisualizaçãodeimagemnãovocalizada,asubvocalizaçãoestejaocorrendo,massuamemóriasejasuprimida.

A consciência parece depender da habilidade de comunicação de diversasformas,de conversas entrepessoas amensagenspassadasdo lobo frontalparaoutraspartesdocérebro.

INTELIGÊNCIADEMÁQUINAOdebatesobresemáquinasalgumdiaexibirãoconsciênciacontinua.Masoqueconstituiaprendizado,inteligênciaeconsciênciaéumalvomóvel.Cinquentaanosatrás,computadoresrudimentarespodiamserprogramadosparajogarojogodavelha.Maistardepodiamjogardamasdemaneirarazoáveledepoiscomperfeição,maspessoasquerefutavamessaideiaargumentaramquenuncapoderiamdominarumjogoaltamentecriativocomooxadrez.EntãoocomputadorDeepBlue,daIBM,ganhoudocampeãomundialdexadrez,GarryKasparov,em1997.

ComputadoresdaGoogleagoradirigemcarros,talvezmelhordoquehumanos.MasquandoumcientistadaGooglefoiquestionadocomoocomputadordocarropoderiadecidirentrebateremumamulhergrávidaouemduaspessoas,suaresposta,resumida,foiadequeocomputadorsóvêborrões.Seelenãopuderdesviardetodososborrões,provavelmentebateránomenor.Ouseja,computadoressãocapazesdelidarcomsituaçõesporcódigo(sejaprogramaçãoaprendidaouexplícita)noqualnãohácompreensãodomundoalémdatarefadeclassificaçãoprogramada.

Umatendênciarecenteempsicologiacognitivafoireconhecerqueainteligênciaestá“situada”emalgumaformaespecífica.Muitodainteligênciahumanaeanimalsobreomundoecomoaspessoaseobjetosinteragemvemdeexperiênciadiretanomundo.Équaseinconcebívelquequalquersistemabaseadoemregrassemtalexperiênciapoderiaseaproximardainteligênciahumanaedaconsciênciaquesurgedela.Poderíamoscriarumrobôcomoumfilho?Deveríamos?Quaisdireitosedeveresamáquinateria?

Processamentoinconsciente:Visãocega,negligênciaeoutrosfenômenosA maioria das pessoas tende a pensar que nossa consciência central estácomandandooshoweescolheemqualaspectodascoisasacontecendoemnossocérebroprestaratenção.Masumadasrealizaçõesmaisimportantesdasúltimasváriasdécadasemneurociênciafoiacompreensãodequeaquilodequesomosconscientes abrange apenas uma pequena fração do que acontece em nossocérebro.Amaioriadonossoprocessamentoneuraléfeitoinconscientementeaofundoesóalcançaaconsciênciaemcircunstânciasbemespecíficas.

Porexemplo,lembrobemdistintamentedodiaemquemeuirmãomaisnovomeperguntou como fazer um nó de gravata, algo que eu fazia uma vez por dia,cincodiaspor semana,porváriosanos.Eu fiquei totalmenteconfuso tentandomostrar a ele como fazer, e nesse dia fui incapaz de fazer ummeiowindsor.Váriosanosantes,eutinhapassadoconscientementepelospassosdeaprenderafazeraquelenóespecífico.Aprenderaquelasequênciacertamenteexigiuesforçoconscientee,paraumchimpanzé,teriasidodedifícilaimpossível.Desdeaquelaépoca, no entanto, aquilo se tornou automatizado ou processual para mim.Minhaúnicaatençãoconscienteaoprocessodetentarfazeronóeraadecisãodecomeçar,depoisqueescolhiaagravataquequeriausar.

Umaideiacomumsobreconsciênciaéadequenósvemos,ouvimosecheiramoso que estamos prestando atenção (mas reconhecidamente a atenção pode serdesviadadeumacoisaemrazãodeumestímulonovoousaliente).Acorrelaçãocomumdessaideiaéadequeoestímuloqueignoramosnãochegaàmemória.Ouseja,paravere lembrardealgo,devemosestarconscientesdisso;orestoéignoradoeesquecido.Comooscenáriosnasseçõesseguintesmostram,estenãoénecessariamenteocaso.

Asituaçãodo“coquetel”Um exemplo clássico de processamento inconsciente ocorre na situação do“coquetel”. Você está em uma discussão com alguém, mas existem pessoas

próximas envolvidas em outras discussões. Em geral, você bloqueia as outrasconversas, e, se questionado mais tarde, não seria capaz de lembrar de nadasobre elas.Mas se alguémnaquelas conversasmencionar seu nome, você ficainstantaneamente consciente e provavelmente poderia lembrar de toda a frase,anteriormentedeixadadelado,naqualseunomeacaboudeocorrer.

SurpreendidopelavisãocegaUmadescobertaclínicanotávelquemostraadissociaçãoentreahabilidadedocérebroderegistrarumeventoeapercepçãoconscientedaqueleeventoestánofenômeno chamado visão cega. Nela, um sujeito é capaz de relatar algunsdetalhessobreumestímulosempercepçãoconscientedoestímuloapresentado.

ESTUDOSSOBREVISÃOCEGAA visão cega foi documentada extensivamente primeiro por LawrenceWeiskrantz, umpsicólogobritânico, agora emérito professor dePsicologia emOxford.Weiskrantzinvestigouashabilidadesdevisãodeumpacientequetinhapraticamente toda a área visual primáriaV1 destruída emum lado do cérebro(veja os capítulos 2 e 5 para áreas cerebrais que medeiam a visão). Como ocaminho principal para processamento da visão cortical passa por V1, taispacientessãocegosnohemicampo,oucamposensorial,opostoà lesão(o ladodireitodocérebroprocessaohemisférioesquerdoevice-versa).

Eis a parte interessante: depois de apresentar objetos ao hemicampo cego dopaciente,noqueopacientedizianão tervistoabsolutamentenada,Weiskrantzpediu ao paciente que adivinhasse ou a localização aproximada do objeto ouquais dos vários objetos possíveis foram apresentados. Quando forçado aadivinhar, o paciente identificava corretamente o objeto em um nível muitomaior do que a chance estatística de mero palpite. Ou seja, objetos eramapresentados e o paciente afirmava não vê-los, mas podia, com precisãoestatísticasignificativa, responderverbalmenteaperguntassobreessesobjetos,mesmonãoconseguindovê-los.

HIPÓTESESSOBRECOMOFUNCIONAAVISÃOCEGAHouvedebatesconsideráveissobremecanismosneuraismediandotalvisãocega.Uma hipótese sugere que estruturas subcorticais que recebem informação daretina, como o colículo superior, devem auxiliar esse tipo de processamentovisual.Umahipótese contrária sugere que algumaporção deV1deve ter sido

poupada (praticamentenenhuma lesãoacidentalemhumanoselimina100%dequalquer área cerebral específica sem também danificar alguma parte de umaáreavizinha)equeessas“ilhasdeV1poupadas”devemdarsuporteàhabilidadederesponderaperguntassobreosobjetosapresentados.

Em qualquer caso, fica claro que, sem uma porção principal de V1, não hápercepção consciente de itens apresentados à área do campo visual que eraservidaporessapartedeV1,masoprocessamentovisualaindaocorre.

Percepçãosubliminarepré-ativaçãoUma razão pela qual neurocientistas se interessam pela visão cega é paradeterminar se ela está relacionada ao fenômeno de percepção subliminar. Ahistória clássica sobre percepção subliminar envolveu inserir um quadroexibindoumaimagemdepipocaacadaxquadrosdeumfilme.Osespectadoresnão podiamdetectar conscientemente o quadro individual,mas relatos iniciaissugerem que mais pessoas iam para a fila da pipoca durante o intervalo emfilmesque tinhamessesquadrosadicionados.Tais“publicidadessubliminares”forambanidasporlei,emboraestudossubsequentescontroladossugeriramqueofenômenodacomprainfluenciadasubliminarmentenãoexistiarealmente.

Estudosmaisrecentesesensíveisdescobriramumpequenoefeito,eapercepçãosubliminar está agora agrupada com o fenômeno da pré-ativação, na qual aexposiçãoinconscienteaestímulosafetaescolhassubsequentes.Porexemplo,selhemostraremimagensdeparquesporumtempo,aopediremquevocêdefinaapalavra banco, sua primeira definição provavelmente envolverá bancos depraças,enãolugaresparaguardardinheiro.

SendonegligenciadoLesõessuperioresnocaminhovisual,comoasnapartevisualdoloboparietal,tendemaproduzirumfenômenochamadonegligência,queéatendênciadenãonotar estímulos visuais na área do campo visual servido pela área lesionada,emboracomatençãofocadaobjetosaindapodem,àsvezes,seremvistoslá.

Anegligênciavisualémaiscomumparalesõesnohemisfériodireito,afetandoocampo visual esquerdo, do que ao contrário (isso é consistente com umatendênciageralparaprocessamentovisualmais fortenohemisfériodireitoquenoesquerdo).

Uma relação interessante entre a habilidade de imaginar conscientemente uma

cena visual e o dano a áreas parietais que processam a visão normal foidescoberta e relatada por Edoardo Bisiach e Claudio Luzzatti em 1978. Elespediramaumpacientecomdanonoloboparietalqueimaginasseestaremumaextremidadedeumapraçaquelhefossefamiliarequereportasseoqueeleveriadaqueleponto.Opacientedescreviatodososprédiosdoladodireitodapraçaealgunsnomeio,masnenhumàesquerda.BisiacheLuzzattientãopediamaeleque imaginasse estar na extremidade oposta da praça, olhando para a direçãoanterior. Ele descrevia todos os prédios que não descreveu antes, que agoraestavam do lado direito de sua imaginação, mas nenhum dos anteriores, queagoraestavamdoladoesquerdo.

Talveznãosejasurpreendentequeahabilidadedeevocarconscientementeumaimagemdeumaáreafamiliaruseáreasdocérebroqueforamenvolvidasaovê-la.Quandoumaáreadocérebroqueteriarepresentadoumaparteespecíficadaimagemestáfaltando,essapartedacenaestáausentedoimaginárioconsciente.

O

Capítulo13ComooCérebroProcessaosPensamentos

NESTECAPÍTULO

Entendendoaestruturadoneocórtex

Viajandoporcaminhossensoriaisentreoneocórtex,otálamoeohipocampo

Examinandoaespecializaçãodoshemisférioscerebraisesquerdoedireito

Observandoasteoriasrelacionadasàconsciência

comportamento adaptativo inteligente em mamíferos é associado aoneocórtex, que fica no topo da hierarquia de processamento neural e

consistedemódulosprincipais,quetêmsubmódulos,atéchegaraosneurônioseàssinapses.Alémdefuncionardemaneirahierárquica,océrebrotambémoperacom um alto grau de paralelismo, com muitas funções ocorrendosimultaneamente.Foradessaatividadeparalela,oprocessamentoconscientequepercebemos é baseado emuma rede vasta de processamento inconsciente, quegeralmentenãopercebemos.

Estecapítuloexploraaestrutura,afunçãoeosprocessosdoneocórtexedáumaolhada na ligação entre linguagem e consciência. Essas funções de alto níveldependemparticularmentedoneocórtex.

Paraentenderafunçãodoneocórtexvocêdeveentenderasestruturascerebraisinferiorescomasquaiseleinterage.Essasestruturascerebraisinferiores,comootálamo e o hipocampo, são produtos da evolução. Animais que precederamhumanos,comovertebradosdesanguefrioquenãotêmumneocórtexextensivo,sesaemmuitobemcomamaioriadoscomportamentos.Entãovocêpodeolharoneocórtex comouma adição de alto nível a um sistemaque já pode processarestímulossensoriaiseexecutarcomportamentoadequado.

Um dos problemas mais significativamente desafiadores da neurociência emrelação à evolução e função do neocórtex é se ele permite funções complexascomoalinguagemeaconsciênciasimplesmenteporquecruzoualgunslimitesdetamanhoousesuaestruturaeorganizaçãoéúnicadealgumaforma.

OCérebro:AssumindooComandoemVáriosNíveisOreinoanimalpode serdivididoemmamíferos,vertebradosnãomamíferoseinvertebrados (animais sem espinha dorsal). Eis uma breve revisão dessasdiferentescategorias:

»Invertebrados:Osanimaismulticelularesevolucionalmentemaisantigossãoinvertebrados,comomoluscos,vermeseinsetos.Elesenglobamavastamaioriadetodasasespéciesanimais.Invertebradostêmneurôniosquecompartilhamalgumassimilaridadescomosneurôniosdevertebrados,masseusistemanervosoéaltamentedissimilaredosvertebrados,e,porisso,umdooutro.Poucosinvertebradostêmcérebrograndeouexibemcomportamentoadaptativocomplexo(pelomenossecomparadosamamíferos),comexceçãodosmoluscos,comopolvos,quecontinuamasurpreenderpesquisadorescomsuahabilidadedeusarváriostruquesparapegarcaranguejosemcaixasdeenigmas.

»Vertebradosnãomamíferos:Muitomaispróximosdemamíferosestãoosvertebradosnãomamíferos,queincluemrépteis,comoasalamandraeosjacarés;anfíbios,comosapos;peixes;pássaros;eprovavelmenteosancestraisdospássaros,osdinossauros.Vertebradosnãomamíferostendematercérebrorelativamentecentralizado,commuitasestruturasparecidasàspresentesemmamíferos,comotroncocerebral,cerebeloecolículosinferioresuperior.Essasestruturassãobemdiferentesdaquelaseminvertebrados.

»Mamíferos:Osmamíferossósurgiramduranteametadedaeradosdinossaurosenãosetornaramosanimaisdominantesemterraatéaextinçãodaqueles,hácercade65milhõesdeanos.Quantoaneurônioseorganizaçãoneural,osmamíferossãomaisparecidosunscomosoutrosdoqueosvertebradosnãomamíferossãoentresi.Agrandediferençacerebralentremamíferosevertebradosnãomamíferoséoneocórtex.

Aestruturacelularederededoneocórtexésurpreendentementeuniforme,tantodentrodeumúnicocérebroquantodaáreamotoraàsensorialeentrediferentesmamíferos.Estejavocêolhandoparaocórtexmotordeumratoouocórtexauditivodeumabaleia,ascamadas,ostiposcelulareseoscircuitosneuraissãobemsimilares.Emboraessecircuitoneocorticalnãosejaoprocessadorneuralmaiseficazparatodasasfunçõessuperioresdemamíferos,pareceserumaestruturaunicamentepoderosaqueunificaoprocessamentodediferentestiposdepercepçãoeplanejamentoque,emhumanos,porfim,levouàconsciência.

TudosobreoNeocórtexComoobservadoanteriormente,oneocórtexéagrandediferençacerebralentremamíferosevertebradosnãomamíferos.Antesdosmamíferos,océrebrotinhamuitasáreasespecializadascomdiferentestiposdeneurôniosecircuitosneuraisque realizavam diferentes funções. Nos mamíferos, um circuito neocorticalpadrãoconstruídoemvoltadecolunaseminicolunasseexpandiuparaassumirotopo da hierarquia de processamento para quase todas as funções cerebrais no

sistema nervoso central. Primatas, especialmente humanos, levaram essadominâncianeocorticalaoextremo.

OsquatroprincipaislobosdocérebroesuasfunçõesPraticamente a primeira coisa que todo aluno de neuroanatomia mamíferaaprende é que o cérebro tem quatro lobos neocorticais principais: frontal,parietal, occipital e temporal. A Figura 13-1 mostra a estrutura geral doneocórtexvistadaesquerda(vejaoCapítulo12paraoutrasanatomiascerebraisbrutas).Quasetudooquevocêpodeverdessepontodevistaéoneocórtex(comexceçãodeumpoucodecerebelosaindodedebaixodolobooccipital).

FIGURA13-1:Osquatroprincipaislobosdocérebro.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Eisumabrevedescriçãodafunçãodosquatrolobos:

»Frontal:Todososmamíferostêmumlobofrontalcomplanejamentogeralecoordenaçãonasáreasmaisanterioresecomasaídamotoranapartemaisposteriordolobofrontal,nocórtexmotorprimário.Ofatodequeosistemaolfativo,consideradoosistemaneocorticalmaisantigoemmamíferos,projetadiretamenteparaapartedolobofrontalsemretransmitirpelotálamosugeriuaalgunsneurocientistasqueessaéapartefilogeneticamentemaisantigadoneocórtex,daqualasáreasneocorticaissedesenvolveram.

»Parietal:Oloboparietalcontémasáreassensoriaisprimáriaesecundáriaparasomatossensaçãoeáreassensoriaissecundáriasparaprocessamentovisualeauditivo,especialmenteosprocessosassociadosàlocalizaçãoespacialenavegaçãoespacial.

»Occipital:Olobooccipitalcontémasáreasvisuaisprimáriasealgumassecundárias.Éoúnicolobocerebraldedicadoaapenasumsentido.

»Temporal:Olobotemporalcontémaáreaauditivaprimáriaealgumassecundáriasemseuaspectosuperior.Seuaspectoinferiorédedicadoaoprocessamentovisualassociadoàpercepçãodeobjetos.Seuaspectomedialcontémalgumasáreasvisuaisdeordembemsuperior,comoaáreafacialfusiforme,quetemcélulasquerespondemapenasarostos,emisturasdeoutrasestruturasassociadascomohipocampo.

Asubdivisãodoneocórtexnessesquatrolobosécomumatodososmamíferos,embora a aparência e o tamanho relativo dos lobos variem consideravelmenteentreasespéciesdemamíferos.Algunsmamíferospequenos,porexemplo,nãoparecem precisar de mais área neocortical do que a suficiente para cobrir orestante das áreas cerebrais subcorticais, então seus córtices são lisos, semdobras.Comooaumentonotamanhoneocorticaléprimariamenteumaumento

em área, cérebros complexos grandes têm neocórtices que precisam ser“dobrados”paracabernacabeça (penseemuma folhadepapelamassada),demaneiraqueasdobrassetornamsulcos,easáreasdasuperfíciesetornamgiros.

SubstânciacinzentaversussubstânciabrancaA estrutura funcional do neocórtex é aquela de uma folha amassada. A parteexterna da folha, de 3 a 4milímetros, forma o que é chamado de substânciacinzenta(quealgunschamamdemassacinzenta).Essacamadaexternacontémmuitoscorposcelularesneuraisquesãomaisescurosqueseusaxônios,porissoa cor cinzenta. Abaixo da substância cinzenta está o que é chamado desubstânciabranca,queconsistequaseexclusivamentedosaxôniosmielinizadosdeneurôniosindoevoltandodoneocórtexparaestruturassubcorticais,eindodeumaáreadoneocórtexparaoutra.AFigura13-2mostraassubstânciasbrancaecinzenta.

FIGURA13-2:Substânciascinzentaebrancadoneocórtex.

©JohnWiley&Sons,Inc.

ConectividadeuniversalversusdepequenomundoAespessuradasubstânciacinzentaemtodososneocórtices,doratoaoelefante,édecercade3a4milímetros,masaquantidadedesubstânciabrancadiferecomo tamanho do cérebro. Quanto maior o cérebro, mais espessa é a substânciabranca.Além domais, o volume de substância branca pré-frontal émaior emhumanosdoqueemoutrosprimatas.A substânciabrancapré-frontalmostra amaiordiferençaentrehumanosenãohumanos,enquantoasubstânciacinzentanão mostra diferença significativa. Isso pode ser devido à conectividadehierárquica ter um papel-chave na evolução da função do cérebro humano e,assim,noprocessamentodeordemsuperior.

Imaginequeo cérebro fosse estruturadode tal formaque cadaneurônio fossediretamente conectado a todos os outros neurônios (conectividade universal).Como a Figura 13-3 mostra, essa característica não é muito difícil de existirquandovocêtemumnúmeropequenodeneurônios,masàmedidaqueonúmerocresce, o número de axônios (ligações) cresce como o número quadrado deneurônios. Para um exemplo concreto, digamos que você adicione mais umneurônioaoseucérebro,quejátemcercade100bilhõesdeneurônios(maisoumenos).Conectar essenovoneurônio a todosos outrosneurôniosquevocê játemexigiria100bilhõesdeaxôniosamais.

FIGURA13-3:Aumentodeaxônioscommaisneurônios.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Por essa razão, o cérebro simplesmente não pode ser construído sobre oprincípionaconectividadeuniversal.Sefosse—comcadaneurônioconectadoacadaoutroneurônio—,onúmerodeaxônios,ouligações,seriaumafunçãodonúmerodeneurônios.Eisoscálculos,comnrepresentandoneurônios:

Númerodeligações=n(n–1)/2

O resultado? No momento em que o cérebro chegasse a alguns milhões deneurônios, a matéria branca seria do tamanho de uma casa. Um cérebrototalmente interconectado com100bilhões de neurônios exigiria cerca de 200bilhõesderamosdeaxônios.

Aindaassim,éclaramentedesejávelparaaatividadedequalquerneurônio sercapazdeafetarqualqueroutroneurônioespecífico,casocontrárioaatividadeemumneurônioisoladoseriaapenasisso:isoladaenãomuitoútil.

O cérebro resolve esse problema usando o que é chamado de esquema deinterconexão de pequeno mundo. Qualquer dado neurônio está conectado aalguns milhares de outros neurônios (em média), e as conexões mais densasestãopróximasdeneurônios,entãooscomprimentosaxonaissãocurtos.

MinicolunaseosseisgrausdeseparaçãoComo jámencionado, cada neurônio é conectado a apenas algunsmilhares deoutros, e as conexões mais densas são as mais próximas. Esses neurôniospróximos funcionam como um círculo de amigos e geralmente seguem oprincípiodeseparaçãodeseisgraus,quedizque,emmédia,nãomaisqueseisetapassãonecessáriasparaligarvocêaqualquerpessoanaTerra.

Eiscomoesseprincípiofunciona:alguémemseucírculodeamigosé ligadoaalguémemumacomunidadeumpoucopróxima àpessoa-alvo, que é ligada aalguémaindamaispróximo,queéligada…bem,vocêentendeu.Oponto-chave:pormeiodeumasériedeconexões,vocêpodeseassociaraqualquerpessoanaTerra—atéaochancelerdaAlemanha,sequiser.Seuneocórtexfuncionacomomesmoprincípio.

Pequenas “comunidades” no neocórtex são chamadas minicolunas, queconsistem em cerca de 100 neurônios em uma coluna vertical cuja área desuperfície é de cerca de 40 micrômetros quadrados. Existem cerca de 100milhõesdeminicolunasportodooneocórtex(os100bilhõesdeneurôniostotaisparaocérebrotambémincluemocerebeloeasestruturassubcorticais).

Éprovávelqueaatividadeemqualquerminicolunapossainfluenciaraatividadeem outra minicoluna passando por seis sinapses ou menos, os seis graus deseparação. Isso permite que seu cérebro com100 bilhões de neurônios reduzavastamente o número de axônios para que sua cabeça possa sermenor que aGrandePirâmidedeQuéops.

DefinindoaestruturadeseiscamadasdocórtexUmamarcadistintivadoneocórtexésuaestruturadeseiscamadas.AFigura13-4mostraumdiagramadassuascamadasealgumasdasentradasesaídas.Notequeascélulasreaissãomuitomenoresemaisnumerosasdoquenodiagrama.Ascélulasmostradassãoascélulaspiramidais,nomeadasporsuaformaquasetriangularemseuscorposcelulares.(Notequeessafiguranãomostraosmuitosoutros interneurônios locais que sãoprincipalmente inibitórios e participamdecircuitoslocais,e,claro,ascélulasdaglia.)

FIGURA13-4:Oneocórtexdeseiscamadas.(Nota:Tiposdecélulasinterneurôniosnãoestãoexibidos.)

©JohnWiley&Sons,Inc.

OtrabalhodascélulaspiramidaisCélulas piramidais recebem entradas e enviam saídas fora e dentro daminicoluna local. Elas normalmente têm uma ramificação dendríticagrosseiramente horizontal logo abaixodo corpo celular,mais umdendrito quesurge do topo do corpo celular e se estende a uma camada superior antes deramificarprincipalmentehorizontalmentelá.

Asseiscamadasneocorticais,numeradasIaVIdasuperfíciecorticalparabaixo,formam a substância cinzenta do córtex.Abaixo da substância cinzenta está asubstânciabranca, quenão temquasenenhumcorpocelular,mas consistedosaxôniosdosneurôniosindoevoltandodaáreadocórtexacimaparaoutrasáreascorticais e para estruturas subcorticais. Abaixo da substância branca estão asestruturassubcorticais.

Essa estrutura neocortical básica de seis camadas, com os mesmos tiposcelulares, localizações e interconexões, é relativamente constante do córtexmotordoratoaocórtexsomatossensorialdoelefante—umfatoqueamaioriados neurocientistas acha surpreendente. Dentro dessas seis camadas estão ascélulaspiramidais,quesãoaprincipalprojeçãodelongoalcancedecélulasnocórtex, mais numerosos interneurônios (neurônios apenas participando decircuitoslocais)queformamoqueéchamadodecircuitocanônico,quepodeserrepetidoportodooneocórtex.

Eisoesquemageraldecamadas:

»CamadaI:Amaispróximadasuperfíciedocórtex,tendeareceberentradasmodulatóriasqueformamarespostadasentradasprincipaisnacamadaIV.Essasentradasmodulatóriasvêmdesistemasdeneurotransmissordeprojeçãodifusa(comoossistemasdeneurotransmissordeaminabiogênicanotroncocerebral:dopamina,norepinefrina,histaminaeserotonina),bemcomodeoutrasáreascorticais.

»CamadaII:EstacamadatemcélulaspiramidaispequenasespalhadasquerecebementradasdacamadaVIeprojetampararegiõescorticaispróximas.

»CamadaIII:Célulaspiramidaisnestacamadarecebementradasdeáreasmodulatóriasdotroncocerebral(comoacamadaVI)edeoutrasáreascorticais.Asentradasdascélulaspiramidaiscomcorposcelularesnestacamadaprojetamparaoutrasáreascorticais.

»CamadaIV:Éoprincipalrecipientedeentradatalâmica.EssaentradacheganosdendritosdecélulaspiramidaisnacamadaVeémuitoeficazemconduzi-las.Entradastalâmicastambémfazemsinapseeminterneurôniosestrelados(nãoexibidos),que,então,fazemsinapseemcélulaspiramidaisnacamadaVeemoutrascamadas.CélulaspiramidaisdacamadaIVprojetamparaoutrascamadaslocalmente,particularmentenacamadaV.

»CamadaV:CélulaspiramidaisdacamadaVrecebementradadacamadaIVefazemconexõesdelongadistância,comoparaamedulaespinhal.Elastambémrealimentamparaáreasintegrativasanterioresdotálamo,comoapulvinar,queéenvolvidanocontroledaatenção.

»CamadaVI:CélulaspiramidaisdacamadaVItambémrecebemalgumasentradasdotálamoeprojetamparaoutrascamadascorticais.AprincipalsaídadacamadaVIéparaotálamo.

Detalhessobreasconexõesdeentrada-saídanãosãoexatamenteosmesmosemtodas as áreas do neocórtex, no entanto, o padrão geral é notavelmenteconsistente.

OcircuitocanônicoDada a estrutura “padrão” de conexões de entrada-saída do neocórtex,neurocientistascomoKevinMartineRodneyDouglassereferiramaumcircuitoneocortical canônico envolvendo a maioria das conexões verticais entreinterneurôniospiramidaiselocaisemqualquerpequenaáreadoneocórtex.

Aideiaéadequeessecircuitobásicorealizeomesmotipodeassociaçãoneuralemqualquerentradaqueobtivereenvieoresultadoparaalgumasaídaadequada.Assim,oqueos faz ser córtexmotor e córtex sensorial é deonde as entradasvêm e para onde as saídas vão, não uma propriedade da região do própriocórtex.

Porexemplo,quandoentradassãoalinhadas,ocircuitocanônicodoneocórtexébom em detectar se essa entrada é uma borda vista no sistema visual ou umabordaempurrandoapeleno sistema somatossensorial.Essecircuito tambémébom em detectarmovimento suave, seja uma estimulação sequencial pela suaretina ou pele ou uma fonte de som emmovimento chegando a suas orelhas.Uma área local do neocórtex envia essa associação para áreas superiores, quedetectam a coincidência de várias bordas, como um “L” ou um “T”, ou omovimentodeumobjetocomplexocomoumadançarinadebalé.

David Hubel e Torsten Wiesel, na Escola de Medicina de Harvard,

estabeleceramqueocórtexvisual édominadoporneurôniosque são seletivosquanto à orientação e outros que são seletivos para direção.Ou seja, algumascélulas,chamadassimples,respondemmelhorabordasdeumacertaorientação,eoutras, chamadascomplexas, respondemmelhor a estímulos semovendoemuma certa direção. Registros tardios no córtex somatossensorial (onde osreceptores da pele projetam; veja o Capítulo 4 paramais sobre isso) tambémmostraram muitas células que respondiam melhor a uma borda de umaorientação específica pressionando contra a pele, enquanto outras respondiammelhoramovimentosemumadireçãoespecíficapelapele.Registrosnocórtexmotorrevelaramcélulasquerespondemmelhoramovimentodeummembroemumadireçãoemparticular.

Vivaoneocórtex!O neocórtex parece ser um dos saltos evolucionários mais importantes emdireção aosmamíferos, porque torna osmamíferos tão adaptáveis amudar deambientequechegaramadominaranimaisterrestresnãomamíferos.

Por exemplo, uma vantagem óbvia de ter uma representação comum para umhospedeirodefunçõescerebraiséqueaquantidadedeneocórtexdedicadaaumafunçãopodefacilmentesertransferidaaoutraporcompetição.

Suponha, por exemplo, que algum mamífero seja primariamente visual, mas,devido àmudança de ambiente, vê que dependemais de dicas auditivas parasobreviver. As entradas talâmicas visual e auditiva para o córtex, que estãopróximasumadaoutra, realmentecompetempor sinapsescorticaisnabasedaatividade talâmica, atenção e outros fatores. Esse mecanismo de competiçãopermite ao mamífero previamente visual mudar, em uma geração, algunsprocessamentosneocorticaisdevisuaisparaauditivos.

ControlandooConteúdodoPensamento:CaminhosSensoriaisO pensamento, o conteúdo da consciência, surge de percepções passadas e

atuais.Estímulospassadosdeixaramseutraçonamemória,nãosócomoobjetoseeventosmemoráveis,mas tambémcomocaminhosnocérebropelosquaisosestímulos atuais são processados. Estímulos recebidos pelos sentidos sãotransformados em uma moeda neural universal de potenciais de açãobombardeando o tálamo. Núcleos talâmicos retransmitem as imagens neuraisque recebem para diferentes áreas do córtex para cada sentido. Cada célulatalâmica retransmissora é como o maestro de uma orquestra de centenas deneurônios corticais que tocam no padrão da batuta de pulsos de célulasretransmissoras.Neurônioscorticaisdesegundaordemescutamerespondemaseçõesdeváriasorquestras,conduzindosuasprópriascomposiçõesimprovisadasnahora.Eassimaconteceparabilhõesdecélulascerebrais.

Quandovocêlembra,lembranãosóquehaviacoisas,masacoreaformadessascoisas,ondeestavaquandoasencontroueoqueelassignificamparavocê.Asrepresentaçõesneuraisdetodosessesaspectossãoconstruídasemváriasregiõescerebrais.Paralembrarquaisaspectoscombinamcomquaiscoisas,asligações,assimcomoosaspectos,precisamserclassificados.Essasligaçõessãocomoaslinhasemumaconstelaçãoestelarqueindicamqualformaespecíficaumgrupodeestrelasdeveevocar.Inicialmente,essaligaçãoérepresentadanamemóriadetrabalho do córtex pré-frontal lateral, mas é processada na memória pelainteraçãoentreasáreascorticaissensoriaiseohipocampo.

Estaseçãodiscuteaorganizaçãodehierarquiasdeprocessamentosensorial,queresidemem todososquatro loboscerebrais, e sua interaçãocomohipocampopara formar memórias. Áreas neocorticais processando diferentes aspectos decada sentido para sentidos diferentes interagem umas com as outras e comestruturas subcorticais filogeneticamente mais antigas para produzir asrepresentações ricas e com nuances do mundo e de nós mesmos às quaisassociamoscominteligênciaeconsciência.

RetransmissõessensoriaisdotálamoaocórtexNeurocientistas conjecturam que o tálamo, que um dia foi um núcleo de

processamento sensorial, integração e controle de atenção, começou a enviarprojeçõesaoneocórtexparaprocessamentocomputacionaladicional.

Oslobosparietal, temporaleoccipital(discutidosnaseçãoanterior“Osquatroprincipaislobosdocérebroesuasfunções”)recebeminformaçõessensoriaisdosnúcleosdentrodotálamo.Essasáreasneocorticaisrealizamassociaçõesneuraismassivas,eseusresultadossãoprojetadosparaoutrasáreascorticais,devoltaaotálamo e para estruturas subcorticais envolvendo memória, controle motor ecoordenação,eseleçãodemetas.

Umamaneiradepensarsobreissoéoqueumprogramadecomputadorchamadesub-rotina,quandoumcálculodetalhadoespecíficoénecessário.Aprincipalrotinaenviaosdadosàsub-rotina,quefazalgunscálculosdetalhadoseretornaas respostas, e então o controle reverte à rotina principal, que modifica seuprocedimentoàluzdessasrespostas.

ProjetandodotálamoparacadacórtexsensorialprimárioNo plano de processamento sensorial típico, uma área do tálamo específica acadasentido,comoaaudição,visãoousomatossensação,projetaparaumaáreacortical chamada córtex primário para aquele sentido. Para a visão, o córtexprimárioéchamadoV1eestá localizadonopolodo lobooccipitalnoaspectomais posterior do cérebro (veja o Capítulo 5). Similarmente, A1, o córtexauditivo primário, está localizado no meio do lobo temporal superior (veja oCapítulo 6). O mais externo é o olfato, com o bulbo olfatório projetandodiretamenteparaolobofrontaleentãoaotálamo(vejaoCapítulo7).

ProjetandodevoltaaotálamoeoutrasregiõesnocórtexEm cada um dos sistemas talâmico-cortical primário há normalmente umagrandeprojeçãodaáreacorticalprimáriadevoltaàmesmaregiãodotálamoqueprojetouparaocórtexprimário.Masáreascorticaisprimáriastambémprojetamparaáreassecundárias,terciáriasesuperioresdentrodocórtex.Cadaumadessasáreastambémprojetadevoltaàáreaqueprojetouparaela.

Neurôniosemáreas“superiores”aolongodessesfluxosnormalmentesãomuito

mais seletivos em estímulos que respondem do que os neurônios nas áreas“inferiores”.Porexemplo,nocórtexvisualprimário,ascélulassãoseletivasparaorientaçãoedireção,masocórtexinferotemporaltemneurôniosquerespondemapenasarostos,mãoseoutrospadrõesmuitocomplexos.

A Figura 13-5 dá um exemplo de parte do processamento que ocorre quandovocêlêafrase“usedtheaxto”(useiomachadopara).Digamosquevocêestejalendo a palavra “ax”.No início no córtex visual, os neurônios reconhecem aslinhas(pinceladas)indoemváriasdireções(vertical,horizontal,inclinandoparaa esquerda e para a direita). No córtex inferotemporal, combinações depinceladas (destacado na Figura 13-5) que formam as letras são detectadas.Detectoresdepalavrasnopróximonívelrealimentameativamletrasadequadas,dandoaelasumavantagemsobreoutrascombinaçõesdeletras.

FIGURA13-5:Processamentorecíprocoqueocorrequandovocêlê.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Embora o plano geral seja uma hierarquia na qual células de níveis inferiores

mais próximas do tálamo detectam características simples e células de níveissuperioresdepoisdevárias sinapsesdetectamasmais complexas, as conexõessãodeduasvias.Porquê?Porqueosneurôniossãoruidososeaprópriaentradapodeestarparcialmentecorrompida.Porexemplo,aativaçãoparcialdodetector“A” realimenta e ativa detectores de pinceladas de nível inferior quecompreendemaspartesdaletra“A”.

Essaatividadedealimentaçãoe realimentaçãoocorreentreáreas logoacimaeabaixo umada outra na hierarquia.Mas tambémhá conexões para amemóriaoperacionalnolobofrontalquemantêminformaçõessobrequaltarefavocêestáfazendo (lendo) e qual é o contexto (uma história sobre a floresta). Conexõescomohipocampo formam ligações doquevocê está lendo e outros contextosparaquevocêpossalembrarqueleuestapassagemhojeedetalhessobreela.

IntegraçãotalâmicaefunçõesdeativaçãoUmamaneiradepensarsobreotálamoéqueeleécomoocentrodeumarodadecarroça cujos raiosvãoevoltamdevárias áreas corticais.Alémdasprojeçõesindoevoltandodoneocórtex,otálamotemáreasinternuclearesparecidascomasáreas reticularesdo troncocerebralquepermitementradassubcorticaisparamodular a transferência de informações de vários núcleos talâmicos para ocórtex.Porexemplo,se,enquantovocêlêumlivro(noqualestáconcentradonaentradavisualassociadacoma leitura),ouviruma janelaquebraremsuacasa,seufocodeatençãomudaparaodomínioauditivobemrapidamente.

Alémdessasáreasreticularesháumnúcleodeprocessamentoexecutivocentraldentro do próprio tálamo chamado pulvinar. Estudos de imagens cerebraismostram que o pulvinar é ativado em quase todas as tarefas de mudança deatenção.

Uma pergunta que muitos alunos fazem quando aprendem pela primeira vezsobreashierarquiascorticaisé:onde isso termina?Parteda respostaparaessapergunta é “isso” não termina em lugar nenhum; o neocórtex é uma rededistribuída conduzindo processamento tanto serial quanto paralelo.Mas essa éapenasumapartedahistória.Hierarquiasdeprocessamentosensorialquetêmavercomentradasensorialparaguiarações tendemaprojetaremáreasdolobofrontalquecontrolamocomportamentomotor,ehierarquiasdeprocessamentosensorial envolvidas em discriminação e identificação de objetos tendem aprojetarparaestruturasdememóriacomoohipocampo.

Ohipocampo:EspecializandoparamemóriaLembre-se de algo que fez recentemente, como dirigir até sua casa ontem ànoite.Vocêpodelembrardasequênciadeeventosdeentrarnocarroatéchegaremcasa,emuitasdasvisões, sonse, talvez,atécheirosencontradosduranteaviagem.Sequestionado,vocêpoderiadesenhar algunsdos lugarespelosquaispassououdescreverossonsqueescutoucomodepássaros, trânsito,aviõesououtrascoisas.

Para invocar a memória aludida no parágrafo anterior você deve formarrepresentaçõesmentais tantodas coisasqueencontrouquantoda sequêncianotempodaviagemparacasaontemànoiteemcomparaçãoaqualqueroutranoite.Esse tipo de memória é chamada memória episódica, que contém não sóconteúdo(coisasdequevocêlembrou),mastambémcontexto(ascircunstânciasespecíficasdeumasérieparticulardeeventos).

Umadasquestõesmais fundamentais perguntadaspelaneurociênciado séculoXX foi como as pessoas se lembram. Agora, no início do século XXI, osneurocientistas têm uma boa ideia da estrutura geral da resposta. Lembrarenvolve a ativação demuitas dasmesmas estruturas cerebrais (córtices visual,auditivo e somatossensorial) que processaram a entrada sensorial original,organizadasouativadaspelohipocampoerepresentadasnodisparodeneurôniosdamemóriadetrabalhonocórtexpré-frontallateral.

O hipocampo está localizado no centro da parede medial do lobo temporal elateral e inferior ao tálamo. Ele não faz parte do neocórtex; é uma estruturafilogeneticamentemaisantigaque foi incluídanosistema límbicooriginal.Noentanto,ohipocamporecebeentradaseprojetadevoltaparapraticamentetodooneocórtex, áreas particularmente “superiores” frequentemente referidasgenericamentecomocórtexdeassociação.

Essas entradas e saídas são parcialmente processadas e remapeadas por váriasestruturas em seu caminho indo e voltando do hipocampo (essas estruturasincluemosubículo,ogiroparahipocampaleocórtexentorrinal,masvocênão

precisasabersobreelesparaestadiscussão).

Para uma análise detalhada do papel que o hipocampo tem na formação damemória,vejaoCapítulo15.

DividindoeConquistando:Linguagem,VisãoeosHemisfériosCerebraisOsladosesquerdoedireitodocérebrosãoquaseidênticosemestruturabrutaemicro.Oladoesquerdodocérebrogeralmenterecebeentradasecontrolaoladodireitodocorpo,eoladodireitodocérebrointeragecomoladoesquerdo.Alémdesseesquemadeinervaçãocruzada,osdoisladosparecemterdiferentesestilosde processamento, que são particularmente evidentes em algumas tarefascognitivas de alto nível. Elas incluem especialização do lado esquerdo paraaspectos gramaticais da linguagem e uma especialização do lado direito paraaspectosholísticosdeprocessamentovisio-espacial.

O fato de que o lado direito do cérebro lida com o lado esquerdo do corpo eestímulos vindos do lado esquerdo, enquanto o lado esquerdo do cérebro lidacom o lado direito do corpo e estímulos vindos do lado direito é um dosprincípios mais importantes da organização cerebral geral. Uma implicaçãodesse princípio é a de que os dois lados do cérebro deveriam ser imagensespelhadas funcionalmente equivalentes uma da outra, como é nosso corpo.Entretanto,essenãoéocasoparaalgumasfunçõescognitivassuperiores,comoalinguagem.

Sistemascerebraisespecializadosparalinguagem

Alinguagemnãoémeramenteumtipomaiselaboradodecomunicaçãosimilaraoqueosanimaisusamquandofazemchamadasverbais.Enquantoosanimaisclaramente se comunicam com enunciados verbais, essa comunicação não élinguagemporquenãotemumagramáticaestruturada.

Regrasgramaticaisquecriamsubstantivos,verbos,adjetivosefrasesformamavariedade de mensagens que podem ser transmitidas praticamente ao infinito,comparadascomonúmerodepalavrasindividuaisnovocabulário.Porexemplo,mesmoemcasosnosquaisosprimatas,comochimpanzés,aprenderamcentenasde símbolos de palavras avulsas e até combinaram alguns em pares, suasexpressões sãonormalmente aleatórias em relaçãoaumapalavra comaoutra.Assim, eles não obedecem a uma gramática. Eles só podem expressar umapalavraqueaprenderamou,nomáximo,umpardepalavrasnovas.

Em praticamente todos os destros e em cerca de metade dos canhotos, alinguagemdependemuitomaisdeestruturasnohemisférioesquerdodoquenodireito(asáreashomólogasnohemisfériodireitotêmpapéismuitomenoresnasmesmas funções). Pesquisadores não entendem a razão disso, embora algunsconjecturarem que a velocidade do processamento neural necessário paraproduzir e decodificar a linguagem requer que o processamento seja feitolocalmente,comtratosdeaxôniosdecurtadistânciae,portanto,apenasdeumladodocérebro.

Não é claro se é apenas uma coincidência o fato de que o lado esquerdo docérebro processa a maioria da linguagem e também controla o lado direitodominantedocorpoemdestros.Senãofor,umaexplicaçãopossívelseriaadeque existe uma ligação entre processar sequências de sons na linguagem eproduzir sequências demovimentos coordenados em destrezamanual. Algunstambémsugeriramqueaespecializaçãodohemisfériocerebralesquerdoversuso direito geralmente segue por linhas de estruturas lineares detalhadas versusestruturageral.Emboraapsicologiapopulartenhafeitoumaverdadeirabagunçasobre essa questão na década de 1980, muitos estudos mostram resultadosconsistentescomasmaneirasestilísticasdiferentesdeprocessamentopelosdoishemisférios: o lado esquerdo tende a ser sequencial e baseado em regras,enquantoqueodireitotendeacombinarpadrões.

Humanossãoúnicosnãosónousodalinguagem,mastambémnaassimetriademaisdetrêsquartosdenóssermosdestros.Chimpanzésmostrampreferênciaporumadasmãos,porexemplo,maspareceserumadivisãoaleatóriade50%.

Duas áreas do cérebro sãoparticularmente importantes noprocessamento e naproduçãoda linguagem:asáreasdeWernickeedeBroca.Danosaessasáreaspodem resultar em disfunções específicas de linguagem, como as próximasseçõesexplicam.

ÁreadeWernickeA área de Wernicke, localizada na junção dos lobos temporal e parietal, énecessáriaparaoentendimentodosignificadodeexpressõeslinguísticaseparaaproduçãodeexpressõessignificantes.

DanosàáreadeWernickeproduzempacientescomdificuldadesdecompreendera linguagem. Dependendo da localização e extensão exata do dano, a perdafuncional pode variar de inabilidade total de entender a linguagem à perdaapenas da habilidade de usar e entender partes bem específicas da fala, comosubstantivosouatétiposespecíficosdesubstantivos,comonomesdevegetais.

Quando falam, os afásicos de Wernicke (afásico significa ter algumcomprometimentodalinguagem)parecemserfluentes,masaexpressãoemsiécheia de não palavras aleatórias (clinicamente referidas como “salada depalavras”).SevocêouvirafásicosdeWernickefalandoemumalínguaquevocênãoconhece,podeterdificuldadesemidentificarqueexisteumproblema.

A especialização do lado esquerdo para linguagem nas áreas de Wernicke eBroca levouneurocientistas a se perguntaremoque essas áreas homólogas noladodireitodocérebrofazem.UmadescobertaclínicaqueébeminteressanteéadequeodanoàáreahomólogaàdeWernickedoladodireitodocérebrotendea

produzirdisfunçãonacompreensãodaprosódiaou tomdevoz.Taispacientesnãoconseguemdistinguirumaafirmaçãocomo“Euconcordocomisso”ditaemumtomdevozdiretoousarcástico.Elestambémnãoentendempiadas.

ÁreadeBrocaA área de Broca, no lobo frontal próximo das áreas motoras primárias quecontrolam a língua, lábios e outros aparatos de linguagem, é crucial para aprodução de qualquer linguagem fluente ou complexa. Ela tambémparece sernecessáriaparaacompreensãodealgumasexpressõescomplexas.

Com afásicos de Broca, sua produção de linguagem consiste de expressõescurtas,normalmentefrasesdeduasoutrêspalavrasouatéverbosindividuais.Opaciente original descrito pelo dr. Broca só conseguia expressar uma únicapalavra,“tan”.

Jáfoiconsideradoque,comoaáreadeBrocaficanolobofrontal,danosaelasóproduziriam um problema motor na produção da linguagem, enquanto acompreensão permaneceria normal. Entretanto, além de sua dificuldade emproduzir frases completas, afásicos de Broca têm problema em compreenderconstruçõesgramaticaiscomplexas,comoavozpassiva.

Vendootodoeaspartes:AssimetriasdeprocessamentovisualMuitas habilidades de manipulação espacial dependem mais do hemisfériodireito do que do esquerdo. Por exemplo, a heminegligência visual (nãoconseguirpercebercoisasemumhemisfériovisual)émuitomaiscomumdepoisdedanosaos lobosparietaisdireitosdoqueesquerdos.Aáreafacial fusiformedireita, uma parte muito anterior e medial do fluxo de processamento deidentidade visual no córtex inferotemporal, é mais importante parareconhecimentoderostosdoqueaáreaequivalentedoladoesquerdo.

Ahipóteseestilísticadedetalheversusestruturageralparaadiferençaentreoshemisfériosesquerdoedireitoargumentaqueoladoesquerdoprocessadetalhes,enquantooladodireitoprocessaaestruturageral.Eisumexemplopessoal.Eutive um bigode por muitos anos e então o raspei. Nas semanas seguintes,ninguémquemeconhecessedeixoudemereconhecer,masmuitosmeolharamintrigados e expressaram coisas como: “Você está diferente; perdeu peso ou

cortou o cabelo?”. Se o reconhecimento daminha identidade era uma funçãocerebral direita, estava obtendo o padrão geral (eles sabiam que era eu) eignorandoosdetalhes(adiferençaeraumlábiosuperiorbarbeado).

Detalhessão,éclaro, importantesemmuitostiposdeanálisesvisuais,masseuuso normalmente envolve atenção. Um espectador comum pode ser capaz dedizer se pensou que o edifício era bonito ou não, mas um arquiteto poderiacomentarqueasjanelaseramdesteedaqueleestilo,otelhadoerafeitodeacordocomestaouaquelaescola,eassimpordiante.

OndeMoraaConsciênciaUmadasquestõesmaisprofundasem filosofia,psicologia eneurociência tratado quão intrinsecamente ligadas são a consciência e a linguagem. Embora eutenhatocadonessacontrovérsiaemoutropontodestelivro,osdadosdosladosesquerdoedireitodocérebrofazemoutraapostanessealvo.

Alinguagemdiferenciaoshumanosdetodososoutrosanimais.Alinguagemémais do que uma comunicação; é um sistema simbólico dependente de umagramáticabaseadaemregras.Regiõesespecializadasdocérebro,especialmenteoladoesquerdo,namaioriadaspessoas,medeiamacompreensãoeaproduçãodalinguagem.Danosaessasáreaspodemresultaremdisfunçõesespecíficasdalinguagem (veja a seção anterior “Sistemas cerebrais especializados paralinguagem”), bemcomouma reduçãonahabilidadedopacientede exercitar aconsciência.

LinguagemeodanodohemisférioesquerdooudireitoO cérebro humano tem cerca de duas vezes o tamanho do cérebro de umchimpanzé,oquesignificaquecada ladodocérebrohumanoéquase igualaotamanhodeumcérebrodechimpanzé.Humanosque tiveramamaioriadeseu

hemisfério esquerdo destruído depois da infância geralmente parecem serprofundamente retardados, incapazes de se comunicar ou respondercoerentementeaestímulossensoriaisdiferentedeatraçãoeevitaçãobásica.

De maneira similar, quando Roger Sperry e Michael Gazzaniga (e outroscolegas) apresentaram estímulos ao lado direito de pacientes com cérebrodivididoquenão tinhamcorpocalosopara transferir a informaçãoparao ladoesquerdo,dalinguagem,ascapacidadesdelinguagemdoladodireitopareceramumpoucomelhoresdoqueasdeumchimpanzé.

SIMULANDOAINTELIGÊNCIAARTIFICIALMENTE:OQUEEXATAMENTEÉSIMULADO?Osandroidessonhamcomovelhaselétricas?Porquenãotemosrobôsquelimpamnossascasas,dirigemnossoscarrosetraduzemdoportuguêsparaoespanhol?Oproblemacomaideiadainteligênciaartificialéqueelaacumulaideiasdecampos,metasemetodologiasmuitodiferentesemumabagunçaexageradaecontraditória.

Seotermointeligênciaartificialserefereaseumamáquinapodefazeralgoqueparahumanospareceexigirinteligência,então,claramente,asmáquinasdemonstraminteligência.Porexemplo,noiníciodoscomputadoresdigitais,nãodemoroumuitoparaqueaspessoasosprogramassemparajogarperfeitamenteumjogodavelha.Naépoca,muitosdisseram:“Claro,computadorespodemjogarumjogosimplesebaseadoemregrascomoojogodavelha,masnuncaserãocapazesdejogarumjogocomplexocomodamas”.Algunsanosdepois,jogadoresdedamasperfeitosforamprogramados,easpessoasdisseram:“Bem,damas,claro,masnuncaxadrez”.EntãoveiooDeepBlue.Issoéchamadodefenômenodoalvoemmovimentopormuitosnocampo.

Outrocasointeressanteéatraduçãodelinguagem.Artigosnadécadade1950afirmamquetradutoresdelinguagemcomputadorizadosestavamchegando.Aindaassim,háapenasalgunsanos,eramcomunshistóriasdemanuaistécnicostraduzidosporcomputadorcomfrasescomo“asasasforamcarregadascom

porcomputadorcomfrasescomo“asasasforamcarregadascomcilindroshidráulicos”traduzidasemalgocomo“asasasforamcarregadascomovelhasmachosmolhadas”.Porqueadificuldade?Porqueumaboatraduçãodelinguagemnãoépossívelanãoserqueotradutorsaibaalgosobreomundoreal.Comocomputadoresqueforamprogramadosatéagoraparatraduzirlinguagemnãotêmesseconhecimento,elesprecisamdependerderegrasqueàsvezesfuncionam,masfalhamdemaneirasestúpidasmuitasoutrasvezes.

Metodologiastambémsãoumproblema.OcomputadorjogadordexadrezdaIBMDeepBluenãojogaxadrezcomoumhumano.Elenãotemneurôniosnemsimulaçõesdeneurônios.Nósnãosabemosquaisaspectosdainteligênciahumanasedevemaohardwareneuralporquenãopodemossimularocérebrocomseus100bilhõesdeneurônios.Quandoumcomputadorfazalgousandoumconjuntoderegrasqueumcérebrohumanofazcom100bilhõesdeneurônios,setornaumaquestãodedefiniçãoseocomputadorestásimulandoohumano.Umcarrosimulaumapessoaandando?

Por outro lado, pacientes comdano cerebral extensivo do ladodireito ou comcérebro dividido que tiveram estímulos apresentados ao lado esquerdo docérebro pareceram bem normais em funções cognitivas, exceto pordemonstrarem um baixo desempenho em tarefas de processamento visual (éclaro, dano ao lado direito do cérebro produzirá paralisia do lado esquerdo,assim como dano ao lado esquerdo do cérebro produzirá paralisia do ladodireito)

Em outras palavras, se você está lidando só com o lado esquerdo do cérebrohumano,claramenteestálidandocomalguémquenãoémuitobomemresolvertarefas espaciais. Se lida comuma pessoa em que o lado direito do cérebro éisolado,oprejuízoéprofundo.

Entendendoo“intérpretedoladoesquerdo”

Gazzaniga, entre outros, adota uma teoria às vezes chamada de intérprete doladoesquerdo.Deacordocomessa ideia,humanossãoúnicosporque têmumsistema sequencial baseado em regras do lado esquerdo do cérebro que tentaconstantemente dar sentido aomundo usando a linguagem. Esse intérprete doladoesquerdoestáconstantementeformandohistóriasverbaissobrearealidadequeincluemeventossalienteseopapeldapessoaesuasaçõesnesseseventos.

Nessa teoria do intérprete do lado esquerdo, amaioria da consciência humanaestá ligada na história criada pelo intérprete. Sem o intérprete, a consciênciapoderia existir, mas seria como a de animais, em que é semântica e nãoepisódica. Ou seja, todos os animais aprendem por associação que algumascoisas sãoboas e algumasnão são,mas eles não têmmemória para exemplosespecíficosemquecoisasboasou ruinsocorreram,eessaconsciênciadobemversus o mal não tem contexto. Sua única percepção é o resultado —recompensaoupunição—,quefazdelesmaisoumenosinclinadosaseguiremfrenteouevitaracoisa(oupessoaouevento)emquestão.

O intérprete do lado esquerdo não nega exatamente a consciência para o ladodireito,masafirmaqueoladoesquerdosozinhosustentaaconsciência(emvezda mera percepção) e a memória do contexto. Essa ideia sugere que aconsciência não é só o “presente lembrado”; é o “presente lembrado empalavras”.

U

Capítulo14OCérebroExecutivo

NESTECAPÍTULO

Observandocomooneocórtexsedesenvolveu

Entendendoamemóriaoperacional:Comoelafuncionaesuaslimitações

Identificandoopapeldocórtexpré-frontalnatomadadedecisão

Monitorandoseuprogresso:Ocórtexcinguladoanterior

Reconhecendoaçõescomplexasquenãorequerempercepçãoconsciente

madiferença-chaveentreocérebrodemamíferoseodevertebradosnãomamíferos é o tamanho do neocórtex. Todos os mamíferos têm um

neocórtex grande, mas muitos vertebrados não mamíferos, como lagartos etartarugas,quasenãootêm.Entreosmamíferos,osprimatastêmumneocórtexparticularmente grande em relação ao peso corporal, e os humanos têm umneocórtex proporcionalmente maior que outros primatas. Muito do aumentocorticalemhumanosocorrenoslobosfrontais.

Porcausadenossosgrandeslobosfrontais,nós,humanos,podemosfazerplanosque dependemde aspectos complexos da situação atual e que podem requererlongasdurações.Seumhumano,porexemplo,quisermoverumapedranochão,ele pode fazê-lo com seu pé esquerdo ou direito, com sua mão esquerda oudireita,comumgravetonamão,oupodepedirparaalguémpróximodapedrapara movê-la para ele. Ele pode escolher fazer agora, daqui a dez minutos,durante a manhã, quando está geralmente mais fresco, ou quando um grandegrupo de pessoas que possam ajudar passar por ele, mesmo que esperarajudantes possa levar vários dias. Essas buscas por metas de nível abstrato

superiores são representadas no córtex pré-frontal, a parte mais anterior doslobos frontais, e são traduzidas em sequências específicas de contraçõesmusculares na saída do lobo frontal, o córtex motor primário quecompartilhamoscomtodososmamíferos.

Este capítulo explica como o neocórtex se desenvolveu. Ele foca noprocessamentoemduasáreaspré-frontaisprincipais,ocórtexpré-frontallaterale o córtex orbitofrontal. Trato também do córtex cingulado, uma área nãoneocorticalqueinteragecomoneocórtexetemumpapelcrucialemnostornarconscientesdoqueecomofazemosalgo.

ObtendooCérebroqueVocêTemHoje:ONeocórtexversusSeuCérebroReptilianoÀmedida que osmamíferos se desenvolveram evolucionalmente, o neocórtexexpandiusignificativamente.Muitosneurocientistasacreditavamqueaexpansãodo neocórtex começou com uma expansão de capacidades de processamentoolfativonoquesetornariaolobofrontal.Considera-sequeaespecializaçãonascapacidadesdeprocessamentoolfativonosprimeirosmamíferossedeveaofatodequeosprimeirosmamíferoserampequenos,eavisãoémenosútildoqueoolfatoquandovocêéumacriaturamuitopequenaemgramaalta.

Os outros lobos corticais (parietal, temporal e occipital) então expandiram,usando o mesmo projeto de seis camadas que foi tão bem-sucedido no lobofrontal (vejaoCapítulo13parasabermaissobreaestruturadeseiscamadas).Osneurocientistasnãotêmcertezadoporquêdeessecircuitoneuralneocorticaldeseiscamadastersidotãobem-sucedidoapontodeformaramaioriadamassacerebral,neméclarocomoasseiscamadasdoneocórtexevoluíram.

A ideia mais popular, embora de maneira alguma comprovada, sobre adominância do neocórtex é a de que ter um esquema de representação neuralsimilar para todos os sentidos e para controle motor possibilita integraratividades por todo o cérebro com mais eficácia. Além disso, os tipos deassociações que podem ser feitas pelo neocórtex funcionam bem em váriossentidos. Por exemplo, os córtices visual, auditivo e somatossensorial têm

células neocorticais sensíveis ao movimento em várias direções. Durante odesenvolvimento,acompetiçãopelassinapsesneocorticaisocorrenãosódentrodecadasistemasensorial,mastambémentreossistemassensoriais.Exatamentecomooneocórtexpermiteoprocessamentocomplexoemtodosossentidosenocontrolemotoréconsideradopormuitosneurocientistascomosendoaquestãomaisimportantedocampo.

Meuneocórtexémaiorqueoseu:ObservandotamanhosrelativosAFigura14-1mostravisõeslateraisdaestruturabrutadocérebrodeumsapo,gato,macacorhesusechimpanzé,comparadacomumavisãolateralsimilardeumcérebrohumano(ostamanhosnãoestãoemescala).

FIGURA14-1:Comparandotamanhosdeneocórtices.©JohnWiley&Sons,Inc.

Eisumrápidoresumodasinformações-chavesobreotamanhodoneocórtexemdiferentesespécies:

»Sapo:Nosapoeemoutrosvertebradosdesanguefrio,océrebropareceserumpoucomaisdoqueumaextensãodamedulaespinhal,comalgumasprotuberânciasparaprocessamentoextra,comootectumóticoparaavisão.Sapostêmumaáreacerebralchamadatelencéfaloanterioraotectumótico,maselenãoéumneocórtexverdadeiro.Ocomportamentodeumsapoéquasetotalmenteconduzidoporestímulos.Elesealimentaarremessandoalínguaecapturandoinsetosvoadores,masmorrerádefomesecercadopelosmesmosinsetosseestiveremmortosenãosemoverem.

»Gato:Nogato,praticamentetodasasestruturascerebraissubcorticaisquevocêvênocérebrodosaposãocobertaspeloneocórtex.Entretanto,poucodoneocórtexdogatoépré-frontal.Gatossãorazoavelmenteinteligentesentreosmamíferos,masobviamentenãousamferramentas,eseurepertóriodecomunicaçãoélimitadoarosnados,miadoseronronados.

»Macacoechimpanzé:Asáreaspré-frontaisaumentamemmacacosesímios(noteotamanhodasáreaspré-frontaisexibidasnomacacorhesusenochimpanzé).Muitos(masnãotodos)macacosesímiosvivememgrupossociaiscomplexos.Essesgruposestenderamhierarquiasmasculinasefemininasquerequeremcomportamentoshierarquicamenteadequadoscujosenredospodemsedesdobrarpordiasousemanas.Macacosesímiostambémdemonstramalgumusorudimentardeferramentasevariedadenavocalizaçãoeemexpressõesfaciais.

»Humano:Emhumanos,cercademetadedocórtexéfrontal,equasemetadedissoépré-frontal(áreasanterioresàáreamotorsuplementarecórtexpré-motor).

Umavisãosagitaldocérebrohumano(comosefossecortadobemnomeiodafrente até atrás), como mostrada na Figura 14-2, ilustra como o neocórtexdominaasestruturassubcorticais.Elassãosimilaresemanatomiaefunçãoparavertebradosnãomamíferos,comolagartos,quesãoancestraisdosmamíferos.

FIGURA14-2:Oneocórtexevoluídosobreasprimeirasestruturas.

IlustraçãoporFrankAmthor

A evolução ocorreu no cérebro mamífero principalmente pela adição doneocórtex às estruturas antigas. Isso é algo como a adição de váriosmicrocomputadoresecontroladoresaummotordecarromoderno.Oscilindros,pistões e velas de ignição básicos ainda estão lá, mas agora estão sob umcontrolemaismatizado.

AFigura14-2mostra tambémoscórticescinguladosanterioreposterior.Noteque essas áreas não são parte do neocórtex; elas são parte do mesocórtex. Ocingulado anterior é uma estrutura de monitoramento importante no cérebro.Para mais informações, veja a seção mais adiante “Já estamos chegando? OCórtexCinguladoAnterior”.

Arelaçãoentreotamanhodocórtexpré-

frontaleahabilidadedeperseguirmetasOalargamentodocórtexpré-frontalaumentoumuitoaflexibilidadecomaqualos animais como os primatas buscam suas metas. Animais com córtex pré-frontal menor do que o dos humanos, e humanos com lobos pré-frontaisdanificadosexibemcomportamentosmuitomaisconduzidosporestímulos.

Humanoscomdanopré-frontal,porexemplo,podemexibiroqueéchamadodecomportamento de utilização, no qual sua resposta à presença de umobjeto éusá-lo,mesmoquandofazê-lonãoéadequado.Aoverummarteloepregosemumamesa,umpacientedelobofrontalpodepassaramartelarospregosemumaparedepróxima.Afaltadeconsideraçãodocontextosocialmenteadequadoparaesseatoésimilaracomoanimaisrespondemadicascomocomidaouàpresençadeumparceiroempotencialcomcomportamentoestereotipado.

O neocórtex “extra” nos lobos pré-frontais de mamíferos superiores comoprimatas permite que metas sejam estabelecidas com mais consideração aocontextoatual.Açõescomobaterpregosemumaparedepodemseradequadasem certas circunstâncias, mas não em outras. Sociedades e situações sociaiscriam contextos complexos nos quais pequenas diferenças situacionais fazemdiferençasenormesemseocomportamentoéadequado,comosevocêdeveriarir,pelomenosumpouco,deumapiadavelha,seforcontadapeloseuchefe.

Pararesponderaaspectoscomplexosesutisdecircunstânciasatuais,ocontextodessa informação deve, de alguma maneira, ser representado nos lobos pré-frontais do cérebro. Isso significa que o cérebro deve formar e manter umaimagem oumodelo do que está acontecendo nomundo que seja relevante nasituação atual e deve manter essa imagem mesmo enquanto processa outrosestímulos. Manter a imagem de itens relevantes no cérebro é chamado dememória de curto prazo ou operacional, e é a função do córtex pré-frontallateral,sobreaqualdiscutonapróximaseção.

MemóriaOperacional,Resolução

deProblemaseoCórtexPré-frontalLateralPensenaúltimavezemqueseenvolveuemumgrupodepessoasescolhendoumrestaurante para o jantar. Provavelmente foi algo assim: a pessoaA disse quegosta de comida chinesa e italiana. A pessoa B lembrou a todos que évegetariana. A pessoa C expressou uma preferência por churrasco e comidaitaliana,mascomeuitalianananoitepassada.ApessoaDnãoseimportavacomotipodecomida,masnãoqueriaesperarmuitoporumamesaseorestaurantefossemuitopopularouestivesselotado.

Resolver esse tipo de problema comum requer memória de curto prazo, ouoperacional.Esse tipo dememóriamantémvários fatos relevantes ou itens naconsciênciatemposuficientepararesolveroproblema.Échamadadememóriade curto prazo, ou operacional, porque seu conteúdo pode não sermantido namemóriadepoisdasoluçãodoproblemaespecífico.Emvezdisso,depoisqueoproblema é resolvido, a memória é, então, “liberada” para ser usada para opróximoproblema.

Aspróximasseçõesexplicamcomoamemóriaoperacionalfuncionaequaissãosuaslimitações.

ProcessoscerebraisgerindomemóriaoperacionalNeurôniosnocórtexpré-frontallateralpermitemqueocérebrocrieumaligaçãoativa temporária entre as várias áreas do cérebroque respondemou codificamparaumitemaserlembradodemodoqueosneurôniosquedispararamparaesseestímulocontinuemofazendonasuaausência.

Aideiaéadequequalquerpensamentoexistecomooresultadodaativaçãodeum conjunto único de neurônios em várias áreas do neocórtex. Projeções depraticamentetodooneocórtexsãotransmitidasparaolobopré-frontal.Mesmoseessasprojeçõesdeoutrasáreasforemaleatórias,algunsconjuntosesparsosdeneurônios no córtex pré-frontal serão especificamente ativados por essacombinação específica de entradas. A Figura 14-3 mostra uma maneiraaltamente esquemática de como isso é feito. (O córtex pré-frontal é a área

sombreada.)

FIGURA14-3:Neurôniosdamemóriaoperacionalnocórtexpré-frontallateral.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Asconexõesentreosneurôniosdamemóriaoperacionalpré-frontaleorestodoneocórtexsãorecíprocas.Porexemplo,umestímulovisualativaocórtexvisual.Algumasáreasdocórtexvisualprojetamparaocórtexpré-frontaleativamláosneurôniosdememóriaoperacional.Asáreasdamemóriaoperacionalpré-frontalprojetamde volta para o córtex visual e ativamos neurônios do córtex visualpara que uma representação similar do estímulo visual exista, conduzida pelocórtex pré-frontal, em vez de pelo olho. Dessa maneira, a atividade nosneurôniospré–frontaispodemanteraatividadedasoutrasáreascorticaisquesãosuasentradas.

Aatividadeneuralmantidapelosneurôniospré-frontaiscriaumestadocerebralsimilar ao evocado pelo estímulo original, exceto que essa ativação pode ser

mantidaporalgumtempodepoisqueoestímulodesaparece. Issosignificaqueuma meta pode ser buscada sem que esteja continuamente à vista (ou emcheiro!).

O professor de psiquiatria e ciência comportamental daUCLA Joaquin Fusterconduziu uma experiência de laboratório que monitorava o disparo de umneurôniodocórtexpré-frontallateralemummacacoenquantoelerealizavaumatarefa dememória.Nessa tarefa, omacaco recebia um estímulo que lhe diziaqualalavancapressionarparaumarecompensa,masele tinhaqueesperarparapressioná-laatéqueumsinalfossedado.Enquantoesperavapelosinal,eletinhaque lembrar do estímulo para pressionar a alavanca correta. A Figura 14-4mostraosresultadosdoexperimento:oneurônioregistradonocórtexpré-frontalcomeçava a disparar assim que o breve estímulo era dado e continuavadisparando pela duração do intervalo depois que o estímulo era desligado,independentedaduraçãodele.Quandoosinaldepermissãoerafinalmentedadoe omacaco pressionava a alavanca, o neurônio parava de disparar.Assim, osneurônios pré-frontais começam a disparar com o estímulo e continuamdisparando paramanter amemória depois que o estímulo desaparece, e entãoparamdedispararquandoamemórianãoémaisnecessária.

FIGURA14-4:Neurôniosdamemóriaoperacionaldisparampelotempoqueoestímuloprecisaserlembrado;eentãodesligam.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Paravoltaraoexemplode fazerplanosparao jantar,osneurônioscomeçamadispararassimqueA,B,CeDcomeçamaexplicarsuaspreferências,continuamdisparando durante a discussão e param depois que todos vocês já estão indopara o Applebee’s. O córtex pré-frontal lateral contém milhões de neurônioscodificandoparamemóriadecurtoprazodessamaneira.

OslimitesdamemóriaoperacionalAlémdofatodeamemóriaoperacionaltercurtaduração,elaétambémlimitadaem capacidade.Nós só podemos fazermalabarismo com alguns itens de cadavez. Uma pessoa média pode armazenar um limite de apenas sete itens dememórianamemóriaoperacional.

A base neural para um limite de sete itens de memória é um mistério paraneurocientistas por várias razões.As seções seguintes observammais de pertodoisaspectosdessemistério.

Comooscientistassabemqueocérebrohumanopodearmazenarsetepartesdeinformações namemória de trabalho está ligado ao porquê de os números detelefones locais nos Estados Unidos terem sete dígitos. Essa quantidade dedígitosveiodeestudosagorafamososdeumpsicólogochamadoGeorgeMillerquefoifinanciadopelacompanhiatelefônicaparadeterminardequantosdígitosumapessoanormalconseguiriaselembrarportemposuficientedepoisdevê-losemumalistaoudeouviratelefonistafalando,paradiscaronúmerodetelefonecompleto.Arespostaqueeleachoufoicercadesete.

Apesar do fato de os humanos terem um cérebromuitomaior do quemuitosoutrosanimais,acapacidadedeseteitensdememóriadecurtoprazonãoparecesermuitomaiordoqueaquelademuitosoutrosanimais,comocorvos!

Vários testes foram feitos sobre as habilidades de animais de distinguir entrediferentes quantidades de objetos.Muitos animais podem distinguir quatro decinco objetos, por exemplo, e alguns animais, como chimpanzés e até corvos,parecem ser capazes de contar e se lembrar de cerca de seis itens. Pareceestranhoquehumanossópossamlidarcomseteitens,jáqueocérebrohumanotembilhõesdeneurôniosamaisdoqueodecorvos.

Oqueconstituiumitemdememóriaemsiébemdifícildeespecificar.Emtestesdememóriapadrão,porexemplo,ossujeitospodemselembrardecercadeseteletrasaleatórias(emmédia).Poroutrolado,sujeitostambémpodemselembrardecercadesetepalavrasaleatórias,cadaumadasquais,éclaro,éformadapor

várias letras. Além disso, se frases curtas são usadas, os sujeitos podem selembrardecercadesetedelas!

A razão de esse enigma específico ser considerado tão importante é que oscientistastêmumaideiamuitoboadecomoamemóriatrabalhaemdetalhes,eamaioria dos neurocientistas acha que esses fatos contraintuitivos (que itens dememóriadiscretapodemconterváriaspartes) revelamalgo importante sobreomecanismo.

Uma ideia interessante sobre o limite dememória foi desenvolvida durante aúltima década por John Lisman e colegas da Universidade Brandeis. Seuesquemahipotéticotemtrêscaracterísticasprincipais:

»Asligaçõestransientesqueconstituemamemóriadecurtoprazoexistemduranteumúnicociclodeumaoscilaçãocerebralchamadaoscilaçãogama.

»Asequênciadeoscilaçõesgamasãoembutidasemoutraoscilaçãomaislentachamadaritmoteta.Hácercadeseteoscilaçõesgamadentrodeumaoscilaçãoteta,ecadaoscilaçãogamacontrolaarepresentaçãodeumconjuntodeitensquesãomantidosnamemóriadecurtoprazo.

»Osciclosgamaconstituemoquecientistasdacomputaçãochamamdeponteiros,quepodemevocarqualquermemóriaquetenhaforçadeconexãoreforçadamutuamente.Issosignificaqueonúmerodeitenslembradosérelativamenteindependentedacomplexidadedositens,contantoqueositenssejamfamiliaresobastanteouaprendidosbemobastanteparaseremevocadoscomoumpedaço.Umaletraavulsadoalfabetoéumbloco,masumapalavrafamiliartambémé,enquantoumasériedeletrassemsentidonãoéumbloco,porquevocêtemqueselembrardecadaletraindividualmente.

EsseesquemaémostradonaFigura14-5.Notequeasoscilaçõesgamacontínuas(digamos,42porsegundo)estãopresasaumaoscilaçãotetaprincipal(digamos,6porsegundo).,entãoháexatamente7ciclosgamaporcicloteta.

Cada ciclo gama ativa umneurônio ou grupo neural, o próximo gama ativa opróximogrupo,atéqueocicloestejacompletoeonovopicotetaorecomece.Cada grupo neural ativado por gama aponta para um conjunto de neurônios

autorreforçadoresqueconstituemoquedeveserlembrado.

FIGURA14-5:Oscilaçõesgamaeolimitedeseteitensdamemóriaoperacional.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Aoscilaçãotetaprincipaléimportanteporquedisparaocicloqueretornaparaoitem1depoisdo item7.Contantoquecadaumadassetememóriasgamanãodecaia completamente durante uma oscilação teta, elas podem ser mantidasindefinitivamente. Na verdade, se esse processo for mantido durante váriosminutos, o hipocampo é ativado, e o processo pelo qual a memória pode,eventualmente,setornarpermanenteéiniciado.

Umaimplicaçãointeressantedessaideiaéadeque,emboraoníveldeabstraçãoparaqueumamemóriaemumcérebrohumanopossasermuitomaiordoqueemoutrosanimais,onúmerode“itens”quepodemserlembradospodenãosertãodiferente.Essaéumafunçãodealgunssistemasdeoscilaçãoemlargaescalanocérebroque,poroutrasrazõesfísicas,podenãomudarmuitocomotamanhodocérebro.Oquemudacomotamanhodocérebroéacomplexidadedositens,oublocos, que podem existir como estados cerebrais autorreforçadores. Isso é

consistentecomaideiadequeaexpansãodoneocórtex,particularmentenolobofrontal,acarretaaadiçãodeníveisdeprocessamentomaisabstratosesuperioresem uma sequência de representação de característica de nível baixo paradescriçõessemânticasdenívelaltodeconceitosabstratos.

Issonãoquerdizerqueacapacidadedesetedamemóriadecurtoprazohumananãosejamaiorquenamaioriadosmamíferos.Elaé.Alémdomais,pontuaçõesde inteligência entre humanos sãomoderadamente bemcorrelacionadas comacapacidade de memória operacional, que mostra alguma variação entre aspessoas.

Perseverança:Ficandocomovelho,mesmoquandonãofuncionamaisO dano pré-frontal lateral é associado com um fenômeno chamadoperseverança. O teste clássico para tal dano é o Teste Wisconsin deClassificaçãodeCarta,mostradonaFigura14-6.

FIGURA14-6:OTesteWisconsindeClassificaçãodeCarta.

©JohnWiley&Sons,Inc.

NotesteWisconsindeClassificaçãodeCarta,acartatesteécombinadaaoutrascartaspor forma,númerode itensoucordepreenchimento.Opaciente recebeumacartateste,epede-separaqueelecoloqueacartatestenacategoriacorretadeacordocomumaregra“secreta”,quepodeser“Combineonúmerodeitensna carta teste à categoria e ignore as outras características”. O sujeitosimplesmenteadivinhanaprimeiravezeéinformadoseadivinhoucorretamenteounão.Pacientescomlobofrontalnormal,comoaspessoassemdanonolobofrontal,nãotêmproblemasemdescobriraregradepoisdealgumastentativas.Oproblema,noentanto,éque,depoisdecercadedezacertos,oexaminadormudasecretamente a regra para, por exemplo, combinar por cor. As pessoas semdeficiêncianolobofrontalseajustamdepoisdealgunserrosànovaregra,maspacientes sem lobo frontalnormal têmgrandedificuldadeemmudarparaumanovaregraeperseveramnaantiga.

Esse tipo de função do lobo frontal é essencial para sabedoria e flexibilidade.Você pode estar dirigindo para um compromisso e com pressa porque estáatrasado,e,porqueestácompressa,quasebateemoutrocarro.Sua funçãodolobo frontaldeveriaapareceremudara regradedireçãoparaqueestar segurosupere estar atrasado. Pessoas sábias com lobos frontais intactos fazem essamudança de prioridade; adolescentes e pessoas com função do lobo frontalcomprometidopodemnãofazê-la.

Decidindo-seeMudandodeIdeia:OCórtexOrbitofrontalO córtex pré-frontal lateral lhe dá a habilidade de considerar o contexto dasituaçãoemsuasescolhas.Mastodasasescolhasdavida,comocomquemvocêse casará, não podem ser feitas racionalizando apenas nos fatos, mesmo queincluamadequadamenteopesodascircunstânciasatuais.Outrascoisas—comoideiasdecertoeerrado,instintosouintuições—guiamsuasescolhas.

Pressentindo:ReaçõesemocionaisaprendidasA parte medial do córtex pré-frontal, chamada de córtex orbitofrontal, estáenvolvida na tomada de decisão que não resulta de aplicar regras a fatos. Suafunção é processar a experiência de vida e relatar se sua situação atual ouescolhapendentepodeserinadequadaouperigosa.

Ocórtexorbitofrontalrealizaessafunçãodeavisoemparteporsuasconexõesàamígdala.Aamígdala éumaestruturadememória lobomedial imediatamenteanterior(eremetendo)aohipocampo(vejaaFigura2-4).Elaéespecializadaemaprender e produzir memórias de situações com alto conteúdo emocional.Suponha,porexemplo,queno iníciodos seusdiasdedireçãovocê tenhasidojogadoparaforadapistaporumapickupvermelha.Provavelmente,anosdepoisdesse evento, você fique nervoso ao encontrar pickups vermelhas na estrada,mesmo que você não note explicitamente a pickup ou se lembre do incidenteanterior.

Independente de se pickups vermelhas são realmente perigosas, você temmilhõesdepartesdememóriacomoessadesuasexperiênciasdevidaque lhedão o que as pessoas chamam de intuição. Há coisas boas e ruins sobre aintuição.Elaéboaàmedidaquecertosaspectosdesituaçõespodemgeraravisosúteissemquevocêpreciseselembrarconscientementedacircunstância.Issoéparticularmente útil quando o aviso é gerado por uma constelação decircunstâncias não facilmente exprimíveis em palavras ou como regras. Vocêpode,porexemplo,terasensaçãodequevaichoversemsaberexatamentequalaspecto da pressão barométrica ou vento ou formação de nuvens você associacomoumprecursordechuva.

Poroutrolado,aintuiçãopodelevaraestereótiposerigideznocomportamento.Vocêpodeentãoterqueusararazãoparasuperarestereótiposoucorrerriscosrazoáveis para realizar coisas, mesmo que elas impliquem em situações queofereçamalgumperigo.O sistema amígdala-córtexorbitofrontal comunica suamemória de experiências salientes anteriores com sua consciência através dossentimentos.Esses sentimentos significam relações jávivenciadas,maspodemconfundiracausaeoefeitoouseroresultadodecorrelaçõesespúrias.

Apostandoemacertar:Correrriscos,

aversãoeprazerPessoas com função pobre do córtex orbitofrontal ou dano a essa área sãopropensasacomportamentoscomoapostaremexcesso.Emboramuitaspessoasgostem de apostar pequenas quantias de dinheiro em esportes ou corridas decavalos, a maioria das pessoas limita esses valores, especialmente se perdemmaisdoqueumaquantiafinanceiramenteviávelemumcurtoperíododetempo.Nessecaso,aperspectivadeapostarmaiscausaumsentimentode inquietaçãoque chega a ser doloroso. Esse sentimento é enfraquecido naqueles com osistemaamígdala-córtexorbitofrontalcomprometido.

Um teste razoável para a função do lobo orbitofrontal pode ser visto nocomportamento de tarefa de pseudoaposta. Nessa tarefa, o sujeito recebe doismaços de cartas para jogar um jogo hipotético de penalidade/recompensa. Emummaço,tantoapenalidadequantoarecompensasãoaltas,comaspenalidades,emmédia, acumulandomais do que as recompensas. Um segundomaço tempenalidades e recompensas menores, com um pequeno acúmulo de lucro aolongodotempo.Osujeitopodeescolherascartasdequalquermaçoereceberapenalidade ou recompensa de acordo com a carta escolhida aleatoriamente.Pessoas com funcionamento normal do lobo orbitofrontal com o tempoaprendem a evitar o maço com penalidade/recompensamais alta, mesmo quenãopossamarticulararazãoparaisso.Pacientesdoorbitofrontal,poroutrolado,não aprendem a evitar aquelemaço. Em vez disso, a tentação da recompensaocasional supera uma falta demedo inadequada das cartas de penalidade queproduzemumresultadolíquidodeprejuízoaolongodotempo.

Raciocíniobaseadoemcasos:PensandosobreconsequênciassociaisA boa inteligência social é necessária para a sobrevivência em sociedadescomplexas. Mas esse tipo de inteligência não é baseada em regras; é maisbaseada em casos, dependente de precedentes e experiências. O córtexorbitofrontalnosinformaquandocontemplamosaçõessocialmenteembaraçosaspormeiodaaçãodosistemanervosoautônomo.Ainquietaçãoqueofazhesitardizeràsuachefequeelaestáerradaocorreantesdesuapercepçãoconscientedesua causa.Os dados de inteligência social não são facilmente capturados comregras e raciocínio, mas consistem de palpites sobre as intenções das outraspessoas e vagas recordações de seus comportamentos anteriores. Mas o

comportamento de inteligência social é crucial paramanter seu emprego, seusamigoseatéseucasamento.

Muitas coisas sobre a maneira como o córtex orbitofrontal e a amígdalaprocessamecomunicamestímulostêmoestilodeprocessamentodoladodireitodo cérebro, que é baseado em casos, e não é linguístico. É interessantecontemplaraideiadeque,dentrodessesistema,comogeralmentenohemisfériodireito, existem uma memória grande e um processador poderoso desimilaridade, aos quais você não tem acesso direto pela maneira normal depensar a linguagem. Em vez disso, essas áreas cerebrais, apesar de suascapacidades de processamento potencialmente poderosas, se comunicam viamanipulaçãodesentimentos.Dentrodetodosnósháumlado(direito)intuitivoversusolado(esquerdo)baseadoemregrasquequersaber“Porquê?”.

Jáestamoschegando?OCórtexCinguladoAnteriorTodomundotemumplano…atétomarumsoconacara.—MikeTyson

Nósfazemosmuitascoisasbempraticadas,comoandardebicicleta,duranteasquaisnãoestamosconscientesdeaçõesindividuais,apenasdoprogressogeral.Sequênciasmotoras bem ensaiadas são autorreforçadoras porque cada item nasequência dispara o próximo. Interações da áreamotor suplementar, do córtexpré-motoredocerebelopermitemquesequênciaspraticadaseaprendidassejamexecutadas com maior precisão e velocidade do que é possível sob controleexplicitamenteconsciente.Comotaissequênciassãoexecutadasmaisrápidodoquepodemserconscientementecontroladas,elassãoexecutadasapenascomapercepção de alto nível de seu progresso, sem conhecimento dos detalhesmotores.

Mas o mundo real é inerentemente imprevisível. Todos sabemos que até asmetasmaiscuidadosamenteconsideradasusandoosplanosmaisadequadosnãogarantem sucesso. O fato de circunstâncias poderem mudar significa que, no

mínimo, temos que ser capazes de avaliar nosso progresso e mudar ou atéabandonarplanosquandonecessário.

Olugarnocérebroqueparececompararodesenrolardeplanoscomarealidadeéocórtexcinguladoanterior(CCA;vejaaFigura14-2).Estudosdeimagensdocérebro mostram que essa área é ativada durante a performance de tarefasdifíceis,particularmentequandoerrossãocometidos.Elatambéméativadapeladorepelaantecipaçãodador.OCCAépartedocórtexcingulado,umaregiãomedial do córtex, logo acima do corpo caloso e abaixo do neocórtex. Ela édivididaemduasregiões:

»Ocórtexcinguladoanterior:Éimplicadonomonitoramentodoprogressoemdireçãoametas,identificaçãoecorreçãodeerrosealocaçãoderecursosdocérebroemoutrasáreasemdireçãoàsatisfaçãodemetas.

»Ocórtexcinguladoposterior:AsfunçõeseconexõessãosimilaresàsdoCCA.ComparadaaoCCA,aatividadenocinguladoposteriorémaisreflexivanocontextosocialedemonitoramentodeestímulosemocionaisversusmetasinternas.

Como as funções do córtex cingulado são associadas com a consciência, oprogresso em compreender sua atividade tem sido particularmente dependentedetécnicasrecentesdeimageamento,especialmentefMRI.

RegistrandoerrosemudandodetáticasTécnicas modernas de imageamento cerebral como o fMRI permitem que ospesquisadoresmonitoremaatividadederegiõescerebraisdo tamanhodebolasde gude em 3D (chamadas voxels) em humanos que estão realizando tarefascomplexas.Quandoessastarefassãodifíceis—especialmentequandoerrossãocometidos—,ocórtexcinguladoanterioréativado.Essaáreacerebralmonitorao progresso em direção às metas, e à medida que elas são modificadas outrocadas, controla a alocação de recursos cerebrais, como a memóriaoperacional.

Digamosquevocêestejadirigindoporumaestradaruralcalmaemdireçãoaumrestauranteondeimaginaqueteráumbomjantar.Vocêestápensandosobresuasescolhasfavoritasdocardápioeovinhoadequadoparaacompanhá-las,queéoqueocupasuamemóriadecurtoprazo.Olhandonoseupainel,vocênotaquea

luz de combustível está ligada e que está quase sem gasolina. Seu cinguladoanteriorentraemação,mudandoosconteúdosde suamemóriaoperacionaldevinhos antigos para cálculos de milhagem de gasolina e locais de postos decombustível.

Ocinguladoanterioréativadoquandovocêfazcoisasdifíceisounovas,quandocometeerrosouquandodevesuperarpadrõesdecomportamentohabituais.Eleestá no centro de um sistema de controle de supervisão quemedeia seleção eestratégias de metas e aloca o processamento cerebral de acordo. Éparticularmente fortemente conectado com o córtex pré-frontal lateral,permitindoqueelecontroleosconteúdosdamemóriadetrabalhodeacordocomo progresso atual e das demandas da tarefa. (Veja a seção anterior “MemóriaOperacional,ResoluçãodeProblemaseoCórtexPré-frontalLateral”parasabermaissobreessaregiãocerebral.)

AgindosempensarOfatodequevocêpoderealizarsequênciasmotorascomplexas,comobateremumaboladetênis,sempercepçãoconscientedosdetalhesdaaçãonãosignificaque não esteja processando entrada sensorial.Apenas umaporcentagemmuitopequena de toda a atividade cerebral alcança a consciência. Considere, porexemplo,asatividadescomplexasqueseucãoTotópoderealizarsemnenhumaconsciência.Claramente,estruturasdecontroledesupervisãocomoocinguladoanterior podem operar sem consciência, embora, em humanos, a atividade nocinguladoanterior tendaaproduzir consciência sobreoprogressodaatividadeatual.

Umexemploválidodecomoocérebrohumanopodeprocessar estímulos semumapessoaestarconscientedeleséofenômenodavisãocega(áreaV1;vejaoCapítulo5).

Existemdebatesconsideráveissobreseoprocessamentoresidualinconscienteéfeitoporestruturasvisuaissubcorticaiscomoocolículosuperiorouporpedaçosde tecido cortical que sobraram nas áreas altamente danificadas. Independentedo mecanismo, o fenômeno aponta para o fato de que o processamento

inconsciente de estímulos sensoriais como entradas visuais ocorre sem apercepçãoconscientedavisão.

Quemestácuidandodaloja?ProblemasnocórtexcinguladoanteriorAlguns pacientes com depressão exibem baixa atividade no CCA. Em algunsdeles, sintomas depressivos são aliviados pela estimulação elétrica do CCA.Alguns estudos mostraram evidências de baixa atividade do CCA emesquizofrenia eTOC (transtorno obsessivo-compulsivo).Comomuito do restodo cérebro, há algumas diferenças nas funções dos córtices cingulado anterioresquerdo e direito. Por exemplo, danos aoCCAdireito foram correlacionadoscomoiníciodedistúrbiosdeansiedade.

Nodesenvolvimentohumanonormal,oslobosfrontaisamadurecemporúltimo.Porexemplo,amielinizaçãodosaxôniosnãoécompletanoslobosfrontaisatéofinal da adolescência. Essa é a época típica do início dos sintomas daesquizofreniaouexibiçãodotranstornoobsessivo-compulsivo.

A adolescência é um período de desenvolvimento notoriamente caracterizadoporaltainteligênciabruta,masjulgamentoruimtípicodafunçãoinadequadadolobo frontal.Umadasmetas frequentementedeclaradasdaeducaçãoé instigarbons hábitos e capacidades de pensamento racional o suficiente para que osadolescentespassempelaadolescênciasemcausaremdanosasimesmoouaosoutros.

Parte do processo de amadurecimento humano é resolver os conflitos entre oimpulso inato de desafiar a autoridade e a convenção e sabedoria de perceberque pelomenos parte das convenções da sociedade serve a umpropósito útil.ComodisseMarkTwain:“Quandoeutinha14anos,meupaieratãoignoranteque eu mal conseguia aguentar o velho por perto.Mas quando fiz 21, fiqueiestupefatocomoquantoovelhotinhaaprendidoemseteanos”.

O

Capítulo15AprendizadoeMemória

NESTECAPÍTULO

Entendendocomooaprendizadoeamemóriaajudamosorganismosaseadaptaremaomundo

Observandoaáreaeosprocessoscerebraisquefacilitamoaprendizadoeamemóriadelongoprazo

Examinandoaamnésiaeoutrosdistúrbiosdamemória(edoaprendizado)

Estudandomaneirasdemelhorarseuaprendizado

aprendizado é realizado no cérebro principalmente pela alteração daforça (ou peso) das sinapses. Mudar a força das sinapses muda a

arquiteturafuncionaldocérebroparamelhorarasrespostasfuturasdoorganismoasituaçõessimilaresàquedisparouoaprendizado.

Alguns aprendizados ocorrem durante o desenvolvimento. Durante ocrescimento embrionário e os primeiros anos de vida, o cérebro humano sedesenvolve,crescendoemudandosuaorganizaçãodelargaescala.Começandono início do desenvolvimento, mas continuando ao longo de toda a vida, aatividadedosistemanervosocausamudançasnospesossinápticosquemedeiammudançasnocomportamento.Estímulosdoambienteexternoe fontes internascomoofeedbacksensorialdisparamessasmudançasdeatividade.

Por meio de um processo ativo de reconstrução, os humanos— e talvez atéalguns outros animais — podem usar seus processos de aprendizado paraarmazenar, recuperar e visualizar itens da memória abstrata. Humanos têm acapacidadedeusaramemóriaparareativarprocessosneuraisqueocorreramem

respostaaestímulosoriginaisanteriores.Essarecuperaçãopermiteopensamentoabstrato em que eventos, experiências e imagens passados podem sermanipulados na memória operacional. Neste capítulo discuto os mecanismospelosquaisoaprendizadoeamemóriaoperamnocérebroesuasestruturasmaisimportantesquemedeiamessesprocessos.

AprendizadoeMemória:MaisumaManeiradeseAdaptaraoAmbienteO aprendizado e a memória permitem que o sistema nervoso se adapte aoambiente para otimizar o comportamento. Observando o quadro geral, pelomenos três tipos de adaptação ao ambiente são possíveis: adaptaçãoevolucionária, adaptação de desenvolvimento e aprendizado clássico. Aspróximasduas seçõesdiscutirão asduasúltimas emdetalhe.Para informaçõesdetalhadasdecomoosistemanervosoevoluiu,vejaoCapítulo1(ou,sepreferiraversãoresumida,vejaabox“Adaptaçõesevolucionárias”aseguir).

ADAPTAÇÕESEVOLUCIONÁRIASOsistemanervosohumanoevoluiudodeoutrosanimaisedeorganismosanterioresquenãotinhamsistemanervosocompleto.Emborapensemosnosistemanervosocomosepermitisseahabilidadedesentiroambienteinternoeexternoparamanterahomeostase,atéorganismosunicelularestêmprocessosdefeedbackemcaminhosbioquímicosqueregulamaproduçãodeváriasproteínas.

Àmedidaqueosorganismossetornarammulticelulares,ascélulasempartesdiferentesdoorganismosecomunicavamliberandocertassubstânciasnosespaçosentreascélulas.Algumasdessassubstânciassetornaramasprecursorasdoshormônioseneurotransmissores.Organismosquepodiamagircoerentementepelacomunicaçãoquímica,comomoverflagelosemuníssono,deixarammaisdescendentesdoqueaquelesquenãopodiam.

Àmedidaqueorganismosmulticelularesficarammaioresemaissofisticados,osneurôniosassumiramocontroledotrabalhodecomunicaçãodeumapartedoorganismoparaaoutra(emborahormônioscirculantesqueagemmaisvagarosamenteaindaexistam,éclaro).Redesneuraisforamselecionadaspormecanismosevolucionárioscomomaneirasrápidasdeotimizaracomunicaçãoeaaçãomulticelularcoordenadadentrodeumorganismo.Resumindo,mutaçõesaleatóriasdessessistemasquederamaoorganismoumavantagemdesobrevivênciaacabaramsendopassadasdeumageraçãoparaaoutra,atéqueessestraçossetornaram“estabelecidos”emumaespécie.

AdaptaçõesdedesenvolvimentoTodososanimaismulticelularespassamporumasequênciadedesenvolvimentodeumaúnicacélulafertilizada(zigoto)paraaformaadultamulticelular.Duranteesse processo, o sistema nervoso, assim como todos os órgãos e estruturascorporais, crescem e se diferenciam em tipos distintos de células que formamestruturascomplexas,comoocérebroeamedulaespinhal.Emformasdevidamulticelulares superiores comoos vertebrados, processos de seleçãodentrodosistemanervosoemdesenvolvimentotambémafetamsuaestruturafinal.

Considerequetodoogenomahumanocontémcercade20milgenesfuncionais(genesquesãolidosparaformarproteínas),aindaassimosistemanervosotem100 bilhões de neurônios, cada um com mais de 1.000 sinapses. O sistemanervosohumanoécomplexodemaisparaserespecificadoporqualquer“mapa”dogenoma.Emvezdisso,osistemanervososedesenvolveusandocrescimentogeral e mecanismos de migração, seguido por poda e estabilização, quedependemdaatividadenoprópriosistemanervoso.

Depois do nascimento, mudanças no tamanho e na estrutura geral do sistemanervoso continuam até a adolescência. Depois dela, a maioria das mudançasparecenãoocorreremescaladecélulasadicionadas,masnoníveldesinapses,principalmenteenvolvendomudançasemsuaforça,oupeso.

Àmedida que envelhecemos, os neurônios inevitavelmente morrem devido adanos aleatórios, bem como a qualquer doença relacionada à idade, como oAlzheimer. O sistema nervoso compensamuitos desses danosmodificando assinapses entre os neurônios restantes em nível local e alterando estratégias deresolução de problemas em níveis superiores, como ao usar conhecimentoacumulado(sabedoria),emvezdeprocessamentorápido.

Atémuitorecentemente,oscientistaspensavamquenenhumneurônionovoeraadicionado ao cérebro adulto, mas nas últimas décadas várias descobertasmostraramonascimentodenovosneurôniosnocérebroadulto,particularmenteemáreasassociadasaoaprendizado,comoohipocampo.

AprendizadoclássicoMesmo no cérebro adulto relativamente estável, o aprendizado e a memóriaocorrememvárias escalasde tempoemvários circuitosneurais.Memóriasdecurto prazo versus de longo prazo podem claramente ser distinguidas pelasdiferenças em seus intervalos de tempo efetivos (dez segundos versus a vidatoda).Memóriasdecurtoprazosãoconvertidasade longoprazoviaensaio (aseção“Passandodamemóriadecurtoparalongoprazo”falamaissobreisso).

Umaáreacrucialdocérebroparaconsolidaroaprendizadodememóriadecurtopara longo prazo é o hipocampo no lobo temporal medial. Receptores deneurotransmissores especializados no hipocampo e no neocórtex chamadosreceptoresNMDA são instrumentais namediação demudanças sinápticas quedãosuporteaoaprendizadoeàmemória.Orestantedestecapítuloédedicadoaexplicar as regiões e os processos do cérebro envolvidos no aprendizado e namemória.

EnviandoMaisouMenosSinais:AdaptaçãoversusFacilitação

Nonívelmaisfundamental,oaprendizadoéumprocessopeloqualaexperiênciamuda as respostas de um organismo. Há dois mecanismos de ordem inferiorpelosquaisasrespostasneuraismudam:adaptação(ouhabituação,nocasodeestímulos repetidos) e facilitação (sensibilização, no caso de estímulosrepetidos):

»Adaptaçãoéareduçãododisparodeumneurônioaolongodotempo,apesardeumaentradaconstanteou,nocasodahabituação,quandoestímulossãorepetidos.Aadaptaçãoocorreportodoosistemanervoso.Vocêpodeidentificarfacilmenteaadaptaçãoemsistemassensoriaisquandoalgoquevocêescuta,vêousenteébemnotávelinicialmente,massetornaimperceptívelcomotempo.

»Facilitaçãoéoopostodaadaptação.Elaocorrequandoumarespostaneuralaumentacomopassardotempooudepoisderepetições.Afacilitaçãoéfrequentementeassociadacomestímulosquesãolevementenocivos(emqueémuitasvezeschamadadesensibilização).

Aadaptaçãoeafacilitaçãoocorrememsistemasnervosossimplescomoaqueleseminvertebrados,comomoluscoseinsetos.

Entender mecanismos muito primitivos como a adaptação e a facilitação éimportanteporqueajudaospesquisadoresaentenderemaneurofisiologiadeumprocesso dinâmico mais complexo como o aprendizado, que quase sempreocorreenfraquecendooufortalecendoalgumarespostaneural,normalmenteemumasinapseentreneurônios.Asseçõesseguintesentramemmaisdetalhes.

AdaptaçãoA adaptação, que ocorre em todos os organismos multicelulares, atéinvertebrados, é uma das formas mais básicas de mudança dependente deexperiência.

Elaocorrefrequentementenosreceptoressensoriais,mastambémpodeocorrer

acima dos receptores. Esse processo é tão básico que nós normalmente nemconsideramosnocontextode“aprendizado”.

Quandovocêse sentoupelaprimeiraveznacadeiraemque lêestapassagem,semdúvidasestavaconscientedocontatodoseutraseirocomacadeiraedesuascostas com o encosto da cadeira.Agora, a não ser que você tenha semexidorecentemente,vocêquasenãopercebeseucontatocomacadeira.

Vocêpodesuporquesuafaltadepercepçãosedevesomenteaofatodequenãoestá prestando atenção ao seu contato com a cadeira. Essa ideia tende a serassociada com o conceito de psicologia popular de que a consciência estálocalizada em um recesso profundo no cérebro e sua consciência decidiu nãoprestar mais atenção à sua ação de sentar na cadeira. Mas, na verdade, osmecanorreceptores em sua pele (veja o Capítulo 4 para saber mais sobremecanorreceptores) não estão mais disparando tanto quanto quando você sesentoupelaprimeiravez.Grandepartedarazãodevocêprestarmenosatençãoaoseucontatocomacadeiraéquehámenossinaissobreofatoalcançandoseucérebro.

Ahabituaçãoésimilaràadaptaçãoemqueasrespostasneuraisdiminuemcomotempo, mas, no caso da habituação, a diminuição se deve explicitamente àrepetição dos estímulos. Ela normalmente envolve mudanças em respostas deneurônios conduzidos pelos receptores, em vez de no próprio receptor. Essamudançaénormalmentemediadaporumamudançanaforçasinápticaparaquea ativação igualitária de um receptor depois de várias ativações produza umarespostamaisfracanosneurôniospós-sinápticosconectadosaeledoqueantesdasériedesinapseshabituais.

FacilitaçãoOoposto da adaptação é a facilitação.A facilitação ocorre quando a ativaçãorepetida de um receptor causa mais atividade. Ela quase sempre ocorre emneurôniospós-sinápticosparaoreceptor.

Embora o circuito neural quemedeia a facilitação possa ser bem complexo, aexperiênciabásicaéuniversal.Eisumexemplo.Vocêestágostandodeficardoladode foraemumanoitequentedeverão,notando,ocasionalmente,um leveformigamentonapele.Derepente,umformigamentoficaforteosuficienteparaque você perceba que foi picado pormosquitos.Desse ponto em diante, cadaformigamento, mesmo de lufadas de vento, faz suamão semover e bater ou

coçaraárea.Issoéfacilitação.

O termo facilitação também é usado em um paradigma clássico decondicionamento, quando, por exemplo, um estímulo neural, como tocar umacampainha,écombinado(e,portanto,associado)comumestímulonocivo,comoumchoqueelétrico,demodoqueareaçãodeevitaçãoocorratambémquandosóa campainha é tocada. O outro tipo famoso de condicionamento, ocondicionamentooperante,normalmenteenvolvecombinarumcomportamentonormalcomumarecompensaparaqueumcomportamentoouumasequênciadecomportamentossejaaprendidaedisparadanaquelecontexto.

EstudandohabituaçãoesensibilizaçãoemlesmasdomarA habituação e a sensibilização forammuito estudadas no nível sináptico porEric Kandel e seus colegas da Universidade de Columbia (Kandel ganhou oPrêmioNobelporseutrabalho).Kandelbuscouumsistemasimplesquepoderiaestudar em detalhes no nível sináptico e escolheu aAplysia ou lesma-do-mar.Esseanimalmostrahabituaçãodeseusreflexosderetiradadeguelrasquandoaguelraétocadarepetidamente,masdeformagentil.Noentanto,oanimalmostrasensibilizaçãoa toquenaguelra seo toque for combinadocomumchoqueououtroestímulonocivo.

Kandel e seus colegas trabalharam no nível sináptico exatamente como oscircuitos neurais na Aplysia mediavam essas mudanças de força sináptica.MecanismossimilaresaoqueKandelencontrounaAplysiatambémoperamemvertebrados mediando mudanças sinápticas subjacentes ao aprendizado ememória.

JULGANDOUMESTUDOPELONOMEAlgunsmembrosdocongressotendemaimplicarcomprojetosdepesquisacomtítulosengraçadoscomoexemplosdedesperdíciodogoverno.Nãohádúvidadequehajadesperdícioempesquisasfinanciadaspelogoverno.Poroutrolado,decidirissopelostítulosdos

financiadaspelogoverno.Poroutrolado,decidirissopelostítulosdosprojetosdepesquisanãoéumaboamaneiradedeterminarquaisestudosmerecemfinanciamento.Pode-seimaginarosprimeirosdiasdapesquisadoDr.KandelsobreoreflexoderetiradadeguelrasemAplysiasendocriticadocomo“brincandodefazerlesmas-do-marsecontorcerem”oualgoassim.Masessapesquisaforneceuaprimeirabaseparaoentendimentodaplasticidadesinápticaefoifeitanessaespécieporrazõestécnicasimportantes(neurôniosgrandesedefácilacesso).Omesmovaleparabrincarcommutaçõesemmoscas-da-frutacomuns,quedeuaospesquisadoresoconhecimentoparaentendergenética,doençasgeneticamentecausadasepistasparasuacura.

ExplorandooqueAconteceDuranteoAprendizado:MudandoSinapsesComojámencionado,oaprendizadoseresumeamudarcomoosistemanervosotrabalhaporummecanismoquealterasuarespostafuncionalcomoumresultadodeexperiência(deumamaneiraadequada,éclaro).

NodecorrerdamaiorpartedoséculoXX,umdosproblemasmaisimportantesemneurociência foi frequentemente referido como a “busca peloengrama”, otraçodememóriaqueeraoresultadodoprocessodeaprendizado.Aideiaeraadequeoaprendizadoeamemóriadeixamtraçosnocérebroquepoderiamserdescobertos e, eventualmente, entendidos. Teorias para traços de memóriavariavam de mudanças na síntese proteica e de DNA para campos elétricosholográficosnocérebro.

Pareceumpoucocomficçãocientífica,masacontecequealgumasdessasideiasestavamcertas.Aprendermudaocérebro.Oquemudaprincipalmenteéaforçadas sinapses que permitem que associações neurais sejam feitas, em vez dosnúmeroseconexõesdeneurônios,comonodesenvolvimento.Mudaras forçassinápticas,emvezdeadicionarneurônioseconexões,permitequeoaprendizadoocorrarapidamente.(Novosneurôniosàsvezessãoadicionadosemrespostaao

aprendizado,masoprocessoémaislentodoqueasmudançassinápticasfeitasrapidamente.)

Cálculoneural:PortasneuraisEeOUUma contribuição vital para entender o mecanismo de formação de memóriaveio não da neurociência tradicional, mas de pesquisas em campos deinteligênciaartificialedoqueéchamadoagoradeneurociênciacomputacional,um campo que tenta entender como os sistemas nervosos fazem associaçõescomooreconhecimentodepadrões.

Para abordar o problema do entendimento de sistemas nervosos comodispositivosdeassociações,osneurocientistascomputacionaistiveramquefazermodelosdeneurôniosqueabstraíssemsuasoperaçõesparaqueasredesneuraisdo modelo pudessem ser simuladas matematicamente e, em muitos casos,construir hardwares eletrônicosquepoderiam realizar os tiposde cálculos queneurôniospareciamsercapazesderealizar.

Essetrabalhoestavasendofeitonoiníciodaeradacomputação,eomodelodecomputação neuronal mais óbvio era o computador. Computadores trabalhamcomportas lógicas, comoportasEeOU.Seneurôniospudessemser exibidosrealizandocálculosEeOU,entãooscientistaspoderiamestudaraoperaçãodecircuitos lógicos eletrônicos para aprender como os circuitos neuraisprocessavaminformações.

Eis como a operação de portas lógicas clássicas (OU e E) funcionam (veja aFigura15-1):

»PortasOUpodemterqualquernúmerodeentradas(A,B,eassimpordiante),easaída(O)daportaOUserá“verdadeira”sequalquerumadasentradasforverdadeira.Onúmero1representaumaentradaverdadeira;0representaumaentradanãoverdadeira.

»PortasEtambémpodemterqualquernúmerodeentradas.Suasaídaéverdadeirase,eapenasse,todas(cadauma)assuasentradasforemverdadeiras(1).

FIGURA15-1:Portaslógicasdecomputadorversusumneurônio.

©JohnWiley&Sons,Inc.

NaparteinferiordaFigura15-1háaimagemdeumneurôniocomtrêsentradas.Aquestãoé,oquetalneurôniocalculaecomoelefazisso?

Lembre-se da diferença entre memória nos sistemas nervosos e emcomputadores. Em computadores, as memórias são pedaços de informaçãorepresentadosporumasequênciadebitsquesãoarmazenadosemumlocaldememóriaespecificadoporoutrasequênciadebitsqueagecomooponteiroparaaquele local. Em sistemas nervosos, as memórias são mudanças em pesossinápticos (normalmente) que mudam a maneira pela qual o circuito opera.Portanto,memórias em sistemas nervosos não são necessariamente coisas (ouitensou símbolos)quepodemser recuperadoscomo tal.Porexemplo,quandovocê pratica e melhora seu forehand no tênis, a memória que permite issoconsiste de mudanças sinápticas pequenas amplamente distribuídas de seusistema visual que está vendo a bola para seus neurônios motores que estãocontrolandotodososmúsculosnocorpoparapermitirquevocêbatanela.

OneurônioMcCulloch-PittsUm avanço gigantesco em tratar neurônios como dispositivos computacionaisfoifeitoporWarrenMcCullocheWalterPitts,quepropuseramumformatodeneurônio artificial, agora clássico, referido como neurônioMcCulloch-Pitts.AFigura15-2mostraumaversãodesseneurônioartificial.

FIGURA15-2:AoperaçãodoneurônioMcCulloch–Pitts.

©JohnWiley&Sons,Inc.

OqueMcCullochePittsmostraramfoiqueomodelodeneurôniosdesse tipo(descritoembreve)poderiaemularportõeslógicospadrão,comoOUeE,seospesos sinápticos fossem adequados. Eles também mostraram que um sistemadesses neurônios, se adequadamente conectados, poderia realizar qualquerfunçãoqueumcomputadorrealizaria.

Vejadoisexemplos,asfunçõesEeOU.ImagineumneurônioMcCulloch-PittscomoodaFigura15-2comtrêsentradas(I1,I2eI3).Cadaentrada(quepodeserum“1”ou“0”)éassociadacomumpesosináptico,indicadopelosímboloωiOqueoneurônioMcCulloch-Pittsfazprimeiroéumasoma(noscorposcelulares)decadaentradaIivezesseupesosináptico,ωiEssasomaéalgumnúmero,como0,4ou2,1.

Onúmerodesomaéentãopassadoparaoqueéchamadodefunçãofi(ϕ).Umafunção fi é um limite (modeladopelo fato de queneurônios têm limites pelosquaisumnívelmínimodeexcitaçãoénecessárioparaproduzirodisparo).NoneurôniodaFigura15-2,digamosqueesse limite seja iguala1.Ouseja, sea

somadasentradasmultiplicadapelopesosinápticodecadaentradaformaiorouiguala1,asaídadoneurônioéiguala1;casocontrário,ézero.

Você pode transformar o neurônio McCulloch-Pitts em uma porta E se fizertodosospesos(wi)adequadamentemenoresparaquetodasasentradastenhamqueestarativasparaqueasomadessasentradasvezesseuspesossejamaiorouigual ao limite. Você pode transformar o neurônio McCulloch-Pitts em umaportaOUseospesosforemtãoaltosquequalquerentradavezesseupesoexcedaolimite.

CircuitosneuraisusandoneurôniosMcCulloch-Pittspodemrealizarosmesmoscálculoslógicosquecircuitoslógicosdigitaiscomaadiçãodemaisumtipodeporta, a porta NÃO, que em termos neurais é simplesmente uma sinapseinibitória. Assim, o cérebro, ou pelomenos alguns circuitos no cérebro, podeagir(calcular)comoumcomputadordigital(parecequealgunscircuitosneuraistambémoperamcomocomputadoresanalógicos,entãoocérebroéumamisturadeambos).

Por meio do modelo de neurônio McCulloch-Pitts, pesquisadores vieram aentender que os pesos sinápticos são a chave na associação neural. Outroscientistas, seguindo a liderança de McCulloch e Pitts, mostraram como ossistemas dessesmodelos de neurônios poderiam aprender a fazer coisas comoreconhecerpadrõesmudandoopesodeacordocomcertasregrasmatemáticas.Aquestãoemrelaçãoaoaprendizadoeàmemóriaemorganismosentãosetornou:comoospesossinápticossãoestabelecidosnocérebro?

Reconectandoseucérebro:OreceptorNMDAComputadoressãocapazesdefazercálculoscomportasE,OUeNÃOporqueengenheirosprojetaramcommuitocuidadooscircuitosespecificandoolocaldecadaporta individual.Amaioriadoscomputadores falhará seumaúnicaportalógica falhar. Mas, como apontado, os 20 mil genes do genoma não podemespecificarastrilhõesdesinapsesnocérebro.Alémdisso,mesmoseassinapses

pudessemserespecificadasporalgummapagenético,elanãoespecificariacomoos neurônios aprendem (ou como o cérebro se adapta quando os neurôniosmorremaleatoriamente).

Estabelecer pesos sinápticos adequadamente significa mudar suas forçasenquanto o processo fundamental de aprendizagem ocorre. Pesquisadorescomeçaram a pensar que deveria haver alguma sinapse em algum lugar nocérebrocujaforçasinápticapudessesermudadapararealizarnovasassociaçõesneurais(aprendidas).Essapercepçãolevouatrêsperguntascruciais:

»Comoumasinapsemudasuaforça?»Oquesãoeondeestãoessassinapses?»Qualsinalcontrolaessamudançaqueéassociadacomoaprendizado?

Começando lá pela década de 1960, iniciou-se a caçada pelo receptor dememóriaquemudariaseupesosinápticoparapermitiroaprendizado.Emboraotrabalho de Kandel sobre a facilitação em Aplysia (a lesma do mar, uminvertebradomarinhocomneurôniosgrandesedefácilacesso)tenhamostradoelegantemente os mecanismos sinápticos que medeiam os processos dehabituação e facilitação, a maioria dos neurocientistas consideravam essefenômeno unidimensional demais para explicar os mecanismos neurais deaprendizado geral, particularmente em sistemas nervosos complicados como ohumano.

ApresentandooreceptorNMDAUma indústriacaseirade laboratórios seespalhounasdécadasde1970e1980buscandomodificaçõesnaforçasinápticanocérebrodemamíferoscomoratosde laboratório.Apreparação típicaenvolviapegarumafatiadocérebrodeumanimal experimental morto e mantê-la viva imergindo-a em fluídocefalorraquidianoartificial (comoo fluidoextracelularnormalnocérebro enamedulaespinhal).Eletrodoseraminseridosemcélulas individuais,ealteraçõessinápticas sutis eram monitoradas quando as células que tinham sinapses nacélulamonitoradaeramestimuladas.

Os tecidos neuraismais comumente usados eram o neocórtex e o hipocampo.Embora muitos pesquisadores fossem a favor do neocórtex como o local defunçõescognitivassuperiores,afatiacerebraldohipocampocomeçouadominarpor causa de seu papel claro na formação da memória. Várias mudanças

relacionadas ao aprendizado empesos sinápticos foramobservadaspormuitoslaboratórios.Elasfrequentementeenvolviamumtipodereceptorincomumparaglutamato que tinha propriedades que tinham sido previstas por sinapsesmodificáveis.Erao receptorNMDA.(NMDAsignificaN-metilD-aspartato,onomedeumagonistaquímicoqueimitaaaçãodoglutamatonessereceptor.)

Existem receptores NMDA por todo o sistema nervoso central, mas eles sãoparticularmente abundantes no hipocampo, que tem um papel central naformaçãodamemóriaeinteragecomocórtexpormeiodepotenciaçãodelongoprazoesinapsesrecíprocas.

OreceptorNMDAemaçãoOreceptorNMDA,queéabundantenohipocampo,éumreceptor ionotrópico(contémcanaisiônicos)paraoneurotransmissorglutamato.Entretanto,diferentede receptores ativados por ligantes (ligação de neurotransmissor), o receptorNMDAébloqueadoporumíondemagnésionabocadoporoquandooneurônioestáemseupotencialdedescansonormalcomapartededentroemcercade–56milivoltsemrelaçãoaofluidoextracelulardefora.Nessecaso, ligarglutamatodeumterminalpré-sinápticonãoésuficienteparaabrirocanaliônicoNMDA.Oíondemagnésioéremovido,noentanto,seumcanaliônicodeglutamatonãoNMDAadjacente(normalmenteaqueleschamadosAMPAecanaisdecainato)tambémforativadoedespolarizaramembrananeural.Acoincidênciadeligaroglutamato e estar em uma seção demembrana neural despolarizada por outraentradaabreocanalNMDA.Ouseja,aativaçãodoreceptorNMDArequerqueambos os seus terminais pré-sinápticos liberem glutamato para um receptoradjacente.EssereceptorimplementaumafunçãodeportaEneural(vejaaFigura15-3).

FIGURA15-3:DetecçãodecoincidênciaereceptoresNMDA.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Mas isso é sómetade da história.A outrametade é que o receptorNMDA écapazdemudarsuaforçaemfunçãodeentradascoincidentes.Umavezaberto,ocanal do receptor NMDA tem uma propriedade incomum (para um canaldependente de ligante excitatório típico) de permitir que uma quantidadeconsideráveldecálciopassepelocanaltantoquantosódio.Aentradadecálcionosneurôniosnormalmentetemmuitosefeitossecundários,quefrequentementesãochamadosdeefeitosdosegundomensageiro.Umdessesefeitospareceseraumentar, sobalgumascircunstâncias,apotênciadasinapse.Essamodificaçãosinápticadependedemecanismospré-sinápticosepós-sinápticos,sobreosquaisoestudoéfontedemuitosartigosdeneurociênciaatualmente.

O lado esquerdo da Figura 15-3mostra o diagrama e a tabela verdade para aportadelógicapadrão(comonaFigura15-1),aportaE.Paraqueasaídadessaportasejaverdade(1),ambasasentradasdevemseriguaisa1.

DoladodireitodaFigura15-3háumdiagramadedoisreceptoresdeglutamatofrequentemente encontrados juntos (na mesma ramificação dendrítica, bempróximaumadaoutra).ÀesquerdaháotipodereceptorcomumAMPA/cainato,queéumreceptorionotrópicotípicoparaglutamatoquetemumcanalqueabrequando o glutamato se liga ao local de ligação do ligante. À direita há umreceptorNMDA,quetambéméionotrópico,masumpoucodiferente.

Nocomeçodasequência(imagem1),umterminalpré-sinápticosignificandooquequerquesignifique(acorvermelha,porexemplo)liberouglutamato,quefoiligado ao receptor NMDA à direita. Esse receptor NMDA não só requer aligaçãodoliganteglutamato,comomuitosreceptoresionotrópicos,mas,emseuestado normal, também temum íon demagnésio (Mg++) preso na entrada doreceptorqueobloqueia.O íondemagnésioéatraídoporcargasnegativasnosaminoácidos localizados naquela parte do receptor, assim como pela rede decarga negativa dentro de um neurônio em seu estado de descanso nãodespolarizado.Então, se apenas a entradadeglutamatoparao receptor estiverativa,ocanalnãoéaberto.

Noentanto,próximodoreceptorNMDAháoutrotipodiferentedereceptordeglutamato,otipoAMPA/cainato(chamadoporagentesexógenosqueligamessetipodereceptor).Seessereceptorrecebeglutamatodesuaentradapré–sináptica,significandopássaro, por exemplo, ele abre (imagem2) epermiteque íonsde

sódio (Na+) positivos passem pelo canal. Esses íons de sódio positivosdespolarizamointeriordoneurôniooupartedeumneurônio,comoumaespinhadendrítica, e repelemo íon positivo demagnésio no receptorNMDA, abrindoessecanalsejátiverglutamatoligadoaele(imagem3).

Assim, o canal NMDA é uma porta E neural, requerendo que ambas as suasentradas pré-sinápticas estejam ativas (ligadas a glutamato) e um canalAMPA/cainato próximo que esteja ativo ao mesmo tempo. Nesse casohipotético, esse complexo de dois receptores está detectando um pássarovermelho,talvezumcardeal.

Fortalecendoasinapse:PotenciaçãodelongoprazoO que acontece depois é ainda mais interessante e não exibido no diagrama.Quando os receptores NMDA são repetidamente ativados por qualquercoincidência específica, as sinapses ficammais fortes; ou seja, ficamais fácilpara a entradapré-sináptica se combinar para fazer o canalNMDAabrir. Issoaconteceporummecanismochamadopotenciaçãodelongoprazo.(Hátambémadepressãode longoprazo,queequilibraascoisasparaque todasassinapsesnãofiquemapenasmaisfortes.)

Nohipocampo,umfenômenoneuralchamadopotenciaçãodepulsocombinadoé considerado como subjacente ao aprendizado. A configuração experimentalenvolve a estimulação de axônios que projetamno hipocampo de um trato defibraschamadoviaperfuranteemumafatiadocérebro(vejaaFigura15-4),umaseçãodohipocamporemovidadeumanimalsacrificado.Respostasnormaisdepotencial pós-sináptico excitatório (EPSP) são registradas para cada pulso deentrada induzida dos neurônios no alvo dessas fibras em outra área dohipocampochamadagirodentado.Noentanto,seforfeitoumbreveperíododeestimulação de alta frequência dessas fibras, a resposta pós-sináptica no girodentadopassaparapulsossimplese,então,podesermelhoradaporhoras,queéo tempo que a fatia experimental dura. Dado que esse potencial dura tantoquantoa fatiacerebral, alguns investigadoresachamquenocérebrovivopodedurarindefinidamente.

FIGURA15-4:Áreasdohipocampo.

©JohnWiley&Sons,Inc.

OPapeldoHipocamponoAprendizadoenaMemóriaVocêpodelembrardonúmerodetelefonedaoficinaondeseucarroestápornãomuitomaisdoqueotempoquevocêlevaparadigitá-lo,masnãoseesquecedonomedasua irmãpordécadasdasuavida.Umdos tópicosmais intensamenteestudados empsicologia cognitiva é a natureza desses dois tipos diferentes dememória, chamadas de memória de curto e longo prazo. A neurociênciacognitiva busca localizar onde no cérebro essas memórias existem e quaisprocessosusam.Ohipocampo,comoparece,écrucialparamoveramemóriadecurtoprazoparaadelongoprazo.

Passandodamemóriadecurtoparalongoprazo

Quandovocê está dirigindo seu carro, está consciente da posição dos carros àsuavoltaparaquesaibaotempotodosemudardefaixaéseguroounão.Masessa situação muda constantemente. Você conhece (e lembra) cada situaçãoenquanto precisa lidar com ela, mas não se lembra no fim da ação de cadapadrãoindividualdoscarrosàsuavoltaqueocorreuduranteadireção.

A maior parte da memória de curto prazo desse tipo é descartável, usadaenquantoénecessáriaeentãodescartada.Apenasumafraçãodainformaçãoquepassapelasuamemóriadecurtoprazoalcançaamemóriadelongoprazo,eissonormalmenterequerqueainformaçãosejaimportanteosuficienteparaquevocêaensaie(repassando-arepetidamente)outãosalientequevocênãoconsigaparardepensarnela(outramaneiradeensaiar).

Amemóriadecurtoprazoexisteemdois locais,nocórtexpré-frontal lateraleno hipocampo. Neurônios no córtex pré-frontal lateral mantêm sua atividade,representando uma entrada depois da entrada que passou para que você possausaramemóriapararealizarumatarefarelevante,comodigitarumnúmerodetelefone.(VejaoCapítulo13parasabermaissobreocórtexpré-frontal.)

Oprocessodetransferênciadeinformaçãodamemóriadecurtoparaadelongoprazorequeraaçãodohipocampo.

OqueohipocampofazéfornecerumconjuntodeportasneuraismodificáveisEparaaatividadeneural.EssasportasEhipocampaisrecebementradadetodoocórtex, já que representam o que está acontecendo na situação atual. EssassinapsesNMDAativadas (possivelmente durante o disparo de alta frequência)fortalecem, então, as sinapses que representam toda a atividade corticalassociada com qualquer evento específico. Por exemplo, você estava nesteparqueesentadonestebanco,eestepássaropassou,enestahora…

OCASODEHMAimportânciadohipocamponoaprendizadofoidramaticamentedemonstradaporumcasoclínicofamoso,odopacienteHM.HMeraepilépticocomconvulsõesintratáveis.Ofoco(localdeorigem)desuasconvulsõesfoideterminadocomosendonohipocampo.(Issonãoéincomum;olobotemporalondeohipocampoestálocalizadoécomumenteimplicadocomooiniciadordeconvulsõesporrazõesquesãopoucocompreendidas.)

Emboraaremoçãodetecidocerebralsejaclaramenteumamedida

desesperadadetratarumacondiçãoneurológica,algunscasosdeepilepsiasãotãoseverosqueesseprocedimentoéjustificado.Algunsepilépticostêmconvulsõesquaseacadahoraesãoessencialmentetotalmentedeficientes,incapazesdemanterumempregooudeseenvolveremrelacionamentossociaissignificativos.Apenasumaminoriadessescasosrespondeatratamentosfarmacológicos.Masseolocaldeorigemdasconvulsõesforbemlocalizadonocérebro,removeressetecidopodeeliminarcompletamente,ouquase,asconvulsões.Alémdisso,otecidodecérebrodoenteremovidofrequentementenãotemfunçãonormal,eotecidoaoredorassumiusuafunção.

OproblemadeHMfoiqueoscirurgiõesremoveramohipocampodeambososladosdeseucérebro.Oresultado,estudadoextensamentedurantemuitosanosporBrendaMilnerentreoutros,foique,emboraasconvulsõesdeHMtenhamsidoenormementereduzidas,elenãotinhahabilidadedetransferirinformaçõesdamemóriadecurtoparaadelongoprazo,emborasuamemóriadelongoprazoanteriorestivesseintacta.

HMseguiupensandoqueadataeraadodiaquefezacirurgia.Elepodiaconversarcomaequipedohospitalsobreeventosdeseuprópriopassadoantesdacirurgia,masseapessoasaísseporalgunsminutoseretornasse,HMnãotinhalembrançaalgumadaconversa.Suavidaestavacongeladanopresente,eelenuncarecuperounenhumahabilidadedelembrardenadaqueaconteceudepoisdodiadacirurgia.Elepermaneceuumpacientenohospitalatésuamorte,em2008.Umfatointeressanteéqueelecomeçouajogarxadrezcommembrosdaequipedohospitaldepoisdacirurgia,eapesardemelhorarcomojogador,nãolembravadejogarnenhumjogoanterior.OcasodeHMfoiumailustraçãodramáticadadiferençanossubstratosneuraisdememóriadecurtoelongoprazo.

Umamatrizdedetectoresdecoincidências

Váriasáreasdoneocórtexprojetamparaohipocampoemumaformamatrizparahabilitar lá detectores de coincidência (veja a Figura 15-5). A ideia básica(altamente supersimplificada) é a de que as cores das coisas podem serrepresentadasemumlocalnocérebro,eotipodeanimal,nooutro.Sevocêvirum sapoverde, uma interseçãoocorreránamatriz dohipocampoparaverde esapoemumneurônioqueseráodetectordecoincidênciaparaessacoisa.Entãoverumsapoverdeativaasáreascorticaisparaverdeesapo,queativamacélulahipocampaldesapoverdecujassinapsessãofortalecidas.

FIGURA15-5:Amatrizdememóriadohipocampo.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Imaginequealgumasáreasdocórtexvisualcodificamparadiferentescoresdecoisas, e esses detectores de cores projetam para uma linha de detectores decoincidênciahipocampais.Algumasoutrasáreasdocórtexpodemterneurôniosrespondendo a tipos de sons ou gostos de animais (pássaros, lagartos, e assimpordiante).Haveráumdetectordecoincidênciahipocampalquerespondeparasapos amarelos, um para mamíferos verdes, e assim por diante. É claro, ohipocamporealtemmuitascélulassimilaresdecadapreferência.

O fortalecimento de sinapses hipocampais funciona por umprocesso chamadopotenciação de longo prazo, descrita anteriormente, em que as sinapses sãofortalecidas quando várias entradas são simultânea e altamente ativas,produzindo uma breve descarga de alta frequência. Um processo espelhadochamadodepressãodelongoprazotambémocorre,reduzindoaforçasinápticaquandoassinapsesnãoestãosimultaneamenteativas.

Ao replicar essa estrutura de matriz, você pode obter os detectores decoincidência hipocampais, que respondem seletivamente a qualquer lista deatributoscondicionais.Seessesatributossãoapresentadosmuitasvezes(váriossapos amarelos), então, pela potenciação de longo prazo, alguns grupos dedetectores de coincidência serão muito ativados para a aparição daquelesatributos que significam um sapo amarelo— coisas como tamanho pequeno,encontradopróximode lagos,come insetos,eassimpordiante.Agoraaquelesneurônios codificam para um conceito abstrato de ordem superior depois deaprender,produzindoessascélulasdeconteúdo.

Ohipocamponãoétãoimportanteparaamemóriadecurtíssimoprazosobreascoisasàsuavolta,issopareceserotrabalhodocórtexpré-frontallateral.Emvezdisso, o hipocampo é responsável por transferir memória de curto para a delongo prazo, que é, na verdade, armazenada no próprio neocórtex. OsneurocientistassabemdissoporcausadofamosopacienteHM.

Lembrando-sedecomosaber:

MecanismoscorticaisO aspecto crucial do sistema hipocampo-córtex quando se trata de formarmemóriaséqueocórtexnãosóprojetaparaohipocampoecausafortalecimentosináptico,masosneurônioshipocampaiscujassinapsesforamativadastambémprojetamaatividadedevoltaparaocórtexepodemativá-lasdohipocampo,emvezdedaentradasensorial.

Isso significa que você pode recriar no seu córtex uma versão do padrão deatividade que ocorreu quando você realmente experienciou alguma coisa.Quandovocêcontinuaapensar,ouensaiar,namemóriadealgumaexperiência,aatividadereverberaentreohipocampoeocórtex.Sevocêensaiaosuficiente(oqueaconteceduranteosonoREM,particularmente),sinapsesmodificáveisnocórtexsãomudadasparaqueoprópriocórtexpossareproduziraatividadeneuralassociadacomumaexperiência.

Amemóriadelongoprazoexistenasmesmasáreascorticaisquerepresentamaexperiência inicial. O hipocampo é um rascunho para manter o ensaio paraformaramemóriadelongoprazo.Ohipocampointeragetambémcomocórtexpré-frontal lateral que contém a memória operacional, que mantém umamemória tempo o suficiente para permitir que você realize uma tarefa quedepende daquelamemória, como se lembrar se há alguém em seu ponto cegoantesdemudardefaixa.

Umdosmodelosmaisinteressantesparaentenderofuncionamentohipocampalveio de registrosmultieletrodos feitos no hipocampo de ratos se comportandolivrementeaocorrer(vocêadivinhou)emlabirintos.Pesquisadoresdescobriramque células no hipocampo do rato, chamadas células de lugar, respondiamquandoos ratos estavamemum lugar específicodo labirinto.Ou seja, célulasdiferentes eram ativadas por lugares diferentes do labirinto. Depois que ospesquisadoresdescobriramqueo lugareascélulasdegradeestavamligadasalugares específicosdo labirinto, podiam realmentedizer ondeo rato estavanolabirinto só olhando que lugar e quais células de grade estavam ativas. Nosexperimentos, os ratos estavam aprendendo esses labirintos para ganharrecompensas(provavelmentequeijo).

Uma das coisas fascinantes sobre esses experimentos foi que quando os ratosdormiam depois das sessões de treinamento e entravam em sono REM, seushipocamposrepetiamasequência transversalcorretado labirinto,ativando,emsequência, o local e as células de grade e as áreas corticais estimuladas pelavisão,audição,olfatoequalqueraspectocodificadoparaaquela localizaçãodolabirinto. Essa repetição ocorria com cerca de sete vezes a velocidade que osratosfaziamoslabirintos.SeosratosfossemimpedidosdeentraremsonoREM,eles não consolidavambemo dia de treinamento e tambémnão aprendiamoslabirintos.

Osneurocientistas se surpreenderamcomo fatodeamemóriade longo termoresidirnasmesmasáreasdocórtexqueprocessamaentradasensorialduranteaexperiência original, e os cientistas realmente não entendem esse fenômenomuitobem.Entretanto,há receptoresNMDApor todoocórtex,eexperiênciasdurante o desenvolvimento claramente podem modificar o neocórtex. Algunsmecanismosquemedeiamessaplasticidadededesenvolvimentotambémpodemser a base para o aprendizado. Trabalho considerável deve ser feito no séculoXXIparacompreenderasespecificidadesdisso.

Saberversussaberquevocêsabe:ContextoememóriaepisódicaA imagem das entradas para o hipocampo dadas na Figura 15-5 não tem umcomponente crucial: o papel dos lobos frontais, que também projetam para ohipocampo. Essa projeção fornece algo diferente do que só a identidade doobjeto de atenção, como está representada nos lobos parietal, occipital etemporal.Aentradadolobofrontalcontribuicomcontexto.

Contexto é a informação sobreumevento específico envolvendoumobjeto, enão apenas a informação sobre o objeto em si. Contexto é saber onde vocêaprendeuqueacapitaldoAcreéRioBranco,emvezdesóconhecerofato.Onome para a memória contextual é memória episódica, ou seja, memóriaassociadacomumeventoouepisódio.Amemóriageralsobrefatoséchamadamemóriasemântica.

Memóriaepisódicaricaéaquelaassociadaaosmarcosdaconsciênciahumana.Animais claramente aprendem muitas associações que são equivalentes amemórias semânticas, como meu cachorro sabendo quando a comida cai natigelademanhãbemcedoequeachuvavemdepoisdotrovão.Noentanto,não

é claro se animais têm alguma memória episódica, porque ela envolve aconsciênciade si emseusarredoreseem tempoespecíficos.Essaconsciência,por sua vez, depende do que está na memória operacional, que é vastamentemais complexa emhumanos do que emoutros animais devido a nossos lobosfrontaismaiores.

Amemóriaepisódicaconsistedeconteúdoecontexto.Contextoincluitodasascoisasassociadascomumaexperiênciaespecíficanotempo.Porexemplo,vocêpode tervistoumsapoamareloontem,emumdiade sol,no lagodaescolaecom sua amiga Suzie. Áreas corticais que representam todos esses aspectosexperienciaistambémprojetamnohipocampoepodemseligarumacomaoutrae com a visão do sapo amarelo. Agora você tem neurônios hipocampaisrespondendoparaumsapoamarelobemespecíficovistoontemcomSuzie,umsapoamarelovistoanosatrásnolagodaescola,eassimpordiante.Lembre-setambém de que as projeções do neocórtex para o hipocampo incluem níveisassociadosde significânciabaixos (realista,detalhado) e altos (abstrato),dessaforma,ocontextodequalquermemóriapodeserbemelaboradoeespecífico.

Umavezqueamemóriaécodificada,comoaatividadenascélulashipocampaisproduzemaexperiênciadamemória?Comojámencionei,nãosópraticamentetodooneocórtexprojetaparaohipocampo,masohipocampoprojetadevoltaparatodooneocórtex.

Agorasuponhaquevocêvejaalgoamarelo.Issoativaosdetectoresdeamareloemseucórtexe,então,arededecélulasamarelasnohipocampo(naFigura15-5).Entreascélulashipocampaisnessalinhaestáodetectoramarelo-sapo–ontem,que teve suas sinapses fortalecidas. Por um mecanismo de controle que oscientistas ainda não entendem muito bem, essa ativação pode fazer a célulahipocampalsapoamareloserativada,queprojetadevoltaeativatodasasáreascorticaisativadasnaexperiênciadeontem,queprojetadevoltaaohipocampo,que fortalecea imagem.Se todas as áreas cerebrais ativadas sãoasque foramativadas quando você experienciou o sapo amarelo ontem, você, com certeza,experienciaráoeventoemsuamenteagora.

PerdendosuaMemória:Esquecimento,AmnésiaeOutrosDistúrbiosNavidareal,nossainabilidadedelembrardascoisaspodeocorrerseamemóriaemsi formuito fraca (as sinapsesnão são suficientemente fortalecidas)ou se,apesarde amemória estar lá, nãopudermos recuperá-la.Noúltimocaso, comalgumas dicas, podemos lembrar, mas se a memória for muito fraca, nãoseremoscapazesdelembrar,independentedequantasdicasforemdadas.

A inabilidade de recuperar memórias pode acontecer temporariamente oupermanentemente. Todos nós experimentamos perda de memória temporáriachamadaexperiênciana-ponta-da-língua,emquetemoscertezadequesabemosalguma coisa, mas não conseguimos recuperar o fato no momento. Essainabilidade pode ser devido à ansiedade e fatores distrativos que dificultam aconcentração.Tambémpodeacontecerdevidoaocontexto.Lembrardealgonocontextoemquefoiprimeiramenteaprendidoémaisfácildoquelembraremumcontextodiferente.Experimentosforamfeitos,porexemplo,commergulhadoresque aprenderam uma lista de palavras embaixo d’água e então foramquestionados a lembrarem dos termos mais tarde, na superfície e embaixod’água.Osresultados?Odesempenhodebaixod’águafoimelhor.

A memória também pode ser perdida por lesões na cabeça e convulsõesepiléticas que interrompem a atividade cerebral. Como o processo deconsolidaçãodamemóriaentreohipocampoeocórtexpode levar semanas, ainterrupçãodaatividadecerebral tendeaafetarmais severamenteasmemóriasmaisrecentes.

A terapia de eletrochoque (e, recentemente, algumas formas de estimulaçãomagnéticatranscraniana,ouEMT)éumtratamentoqueproduzdeliberadamenteesseefeitopara trataradepressão.A ideiapor trásdissoéadeque,durantea

depressão, pessoas deprimidas interpretam e lembram de tudo com umasensaçãonegativa.Essasmemóriasnegativas criamdesesperança e aindamaisefeitos negativos para experiências atuais. Ao eliminar asmemórias negativasrecentes, essa terapia reinicia a sensaçãodopacienteemumpontodistantedoestabelecidocomocriticamentenegativo.

As pessoas também podem sofrer com a síndrome de perda de memóriatemporária,conhecidaclinicamentecomoamnésiaglobaltransitória(AGT).AAGTpodeocorrersemcausasfisiológicasóbviascomoderramesououtrodanocerebral,masàsvezessurgeapósumintensoesforçofísico,particularmenteemhomens. Cientistas fizeram uma hipótese de que a AGT às vezes resulta daisquemiatransitória,umaperdadefluxosanguíneoadequadoaalgumapartedocérebro, como os lobos temporais. A AGT, se não for associada com danocerebral significativo, pode se resolver em alguns dias, e a pessoa volta a selembrarque realmente é casado coma Jennifer, apesar de seu comportamentonosúltimosdoisdias.

Outro tipo de perda de memória envolve a inabilidade de experienciarsentimentos adequados de imagens ou experiências emocionalmente salientes.Essacondiçãonãoéfrequentementepensadadiretamentecomoumproblemadememória; entretanto, o comprometimento do sistema amígdala-córtexorbitofrontal(vejaoCapítulo14paramaisdetalhessobreele)constituiumtipodeperdadememóriaemquepacientesnão têm reaçõesdemedoadequadasasituações perigosas, similares àquelas que experienciaram anteriormente e quedeveriamevocarreaçõesdemedo.

MEMÓRIASFALSASEREPRIMIDASMemóriasreprimidas,pordefinição,envolvemalgumasupressãodomecanismoderecuperaçãodeumamemóriaexistenteedeveriaserrecuperável.Umamemóriapodeserreprimida,porexemplo,sevocêtreinouasimesmoparapensaremalgumaoutracoisanoprimeiroreconhecimentodequeocontextoparaumamemóriaespecífica(digamos,dolorosa)estácomeçandoaseformar.Essetreinamentopoderiasetornartãoautomáticoqueamemóriasetornariaefetivamenteirrecuperável.

Váriospsicólogosclínicosficarambemconhecidosnadécadade1980,edepois,porusarahipnosepara“recuperar”memóriasreprimidasdeabusosexualnainfância.Váriosdessescasosacabaramemcondenaçõesjudiciaisdosabusadoresacusados.

acabaramemcondenaçõesjudiciaisdosabusadoresacusados.Entretanto,essemovimentoperdeusuacredibilidadequandoevidênciasfactuaismostraramquealgunsdosabusadorescondenadosnãopoderiamrealmentetercometidooabusoporque,porexemplo,nãoestavamnacidadenomesmodiaqueosupostoabusoocorreu.

EstudoscuidadosamentecontroladospelapsicólogaElizabethLoftustambémmostraramqueasugestionabilidadeextremaqueocorreduranteahipnoseeemcertastécnicasdeinterrogatóriopodemcriarmemóriasfalsasparaeventosimplantadosqueclaramentenuncaocorreram,especialmenteemcrianças.Essapesquisanãosignificaquenãoexisteessacoisadememóriareprimidadeabusosexualnainfância,apenasqueahipnoseeastécnicasdeinterrogatóriosugestivasnãosãométodosconfiáveispararecuperarcasosreaisdememóriasreprimidas.

O famoso caso neurológico do trabalhador da ferrovia Phineas Gagemostrouque o dano ao lobo frontal poderia deixar a inteligência normal relativamenteintacta, mas comprometer severamente as inteligências emocional e social.Depois que Gage perdeumuito da função do seu córtex orbitofrontal em umacidente,elevoltouaotrabalho,massetornouirresponsável,erráticoeapostavacontinuamenteseusalárioemesquemasduvidosos,nosquaiseleanteriormentenão tinha nenhum interesse, para ficar rico. Você pode ler mais sobre essahistórianoCapítulo12.

FicandomaisCrânio:MelhorandoseuAprendizadoOaprendizadotemumatrajetóriadevidaútil.Écompulsivamentefácilquandovocêémuitojovem,difícildepoisdaadolescênciaemuitodifícilparaamaioriados idosos.Nãoconseguimos fazermuito sobreoprocessodeenvelhecimentoalémdecuidardenósmesmos,maspodemosmantereatéaumentarahabilidadede aprender com o envolvimento em atividades intelectualmente desafiadoras.Nesse sentido, o cérebro é muito como um músculo, que você pode usar ouperder.

O aprendizado ocorre mais rapidamente, e geralmente ficamos mais felizes,quando encaramos desafios moderadamente difíceis que podemos superar.Parece ser particularmente importante exercitar e ter experiências reaisestimulantes,porqueoaprendizadonãoéumaatividadepuramente intelectual,masalgoembutidoemnossahabilidadederealizartarefascomodescobrircomochegaranovoslugareselidarcomnovaspessoas.

Razões importantes para neurocientistas estudarem os mecanismos deaprendizadoincluemmelhorarahabilidadedeaprendizadodepessoasnormaisediagnosticar e tratar as chamadas dificuldades de aprendizagem. Emboranenhuma pílula tenha sido descoberta para permitir que você memorize aWikipédia em uma noite, existe agora uma base científica sólida para usarpráticas específicas de aprendizado paramelhores resultados, como a próximaseçãoexplica.

Otermodistúrbiodaaprendizagemé inadequadoparaamaioriadoscasosemque é aplicado. Disfunções cognitivas como a dislexia e a disgrafia não sãoconsideradaspelamaioriadoscientistascomobaseadasemqualquerdisfunçãoespecífica em mecanismos de aprendizagem. Em vez disso, são quasecertamenteoresultadodeumadisfunçãoemalgumaspectodarepresentaçãodaentradasensorialrelevante,queficaevidenteduranteoaprendizado.Umarazãopara os cientistas saberem isso é que crianças que exibem esses deficitsespecíficosaprendemváriasoutrascoisasperfeitamentebem.

DistribuindootempodeestudopormuitassessõescurtasEm muitas situações reais, as pessoas precisam aprender algo, mas podemdedicarapenasalgumashoras,nototal,paraaprendê-la.Comosevê,amaneiracomo essas horas são distribuídas faz uma grande diferença. O aprendizadofuncionamelhorquandootempodedicadoaeleédistribuídoporváriassessõesmais curtas, em vez de ser feito em apenas uma sessão longa. Desculpe,Virgínia,estudarnavésperapodesermelhordoquenadaparapassaremuma

prova, mas produz pouca retenção de longo prazo. A razão? Você não estádando tempo o suficiente para o sistema de reverberação hipocampo-córtexconsolidaroaprendizadoporváriasnoitesdesono.

DormindoosuficienteA maioria da reverberação hipocampo-córtex ocorre durante o sono REM, eratos experimentais privados do sono REM não retêm bem o aprendizado dolabirinto(vejaaseçãoanterior“Lembrandocomosaber:Mecanismoscorticais”para detalhes sobre o estudo). O papel-chave do sono REM no aprendizadotambémémánotíciaparaaquelesqueficamanoiteinteiraestudandoparaumaprova,porquefazerissorealmentesósobrecarregaamemóriaoperacional,semumengajamentoadequadodoprocessodeconsolidaçãorequeridoparamoverainformaçãoparaamemóriadelongoprazo.

PraticandoemsuamenteDurante os sonhos sobremovimentos e ao imaginar omovimento, a atividademotora do lobo frontal émuito similar àquela que ocorre quando uma pessoaestá realmente em movimento. A implicação disso, que foi verificadaexperimentalmente,éque,apenasporpraticarmentalmenteumaatividadecomobateremumaboladetênis,vocêpodeficarmelhornela.Psicólogosesportivosetreinadores agora ensinam atletas rotineiramente a imaginar as sequências queexecutarão em seu esporte e a incorporar essa prática em seus regimes detreinamento,assimcomopraticamnocampo.

RecompensandoepunindoUm dos resultados de décadas de redes neurais artificiais de simulações deaprendizadoéqueosucessoeofracassopodemserinstrutivos.Ofracassoéumsinal para mudar pesos sinápticos, enquanto o sucesso significa que algumsubconjunto deveria sermelhorado. Em ambos os casos, amelhormudança émuitomoderadaparaqueofracassonãoinduzaaumadestruiçãoemmassadoquearedejáaprendeueosucessonãoproduzaumvíciopelabuscadeumúnicoresultado.

Uma das funções do sistema de dopamina no cérebro é fornecer feedback derecompensa/punição por adaptar o cérebro a atividades nas quais você estáenvolvido. Infelizmente, diversas drogas podem sequestrar direta ouindiretamente esse sistemae levar aovício, incluindovício às configurações ecomportamentosassociadosaoseuuso,assimcomoaprópriadroga.Entenderafarmacologiadocérebropermitiuodesenvolvimentodedrogasmaispoderosasenovasmaneirasdecombaterseusefeitoscolaterais.Comoousodedrogasexistehá mais tempo do que a compreensão sobre o cérebro, pode-se certamenteesperarqueoconhecimentosobreocérebroeasmoléculasqueeleusatenhaumefeitopositivoehabilitadorsobreahumanidade,emvezdecontribuircomaindamaisproblemascomovício.

O

Capítulo16DesenvolvendoeModificandoCircuitosCerebrais:Plasticidade

NESTECAPÍTULO

Entendendoodesenvolvimentodoneocórtex

Classificandoosdetalhesdeconexãodetrilhõesdesinapsesindividuais

Examinandodisfunçõesdodesenvolvimentodosistemanervoso

Observandooenvelhecimentodocérebro

computadormaispoderosoqueconhecemos,oqualconsistedecercade100bilhõesdecélulaseumquadrilhãodesinapses,constróiasimesmo.

Éocérebro,claro.Océrebroconstróiasimesmosemumprojetoexplícitoparaaestruturafinal.ODNAnogenomahumanoespecificaumconjuntoderegrasbásicaspeloqualascélulasdividememigramparaformaraestruturageraldosistemanervoso.Osdetalhessurgemdeinteraçõesdosprópriosneurônios,comapoiodascélulasdaglia,quepodemseratédezvezesmaisnumerosasqueosneurônios.

Considereumninhodecupimouumformigueiro.Essasestruturaspodemcontercentenasdecentímetrosdetúneisedúziasdecâmarasprecisamentesintonizadasparacircularareregularofluxodaáguadachuva.Masnenhumcupimmestreespecifica a estrutura. Cupins correm por aí e respondem a características do

ambiente em que estão e ao que os cupins vizinhos estão fazendo.Hámuitosinícios falsos. Mas, por tentativa e erro, essas respostas são suficientes paraconstruirarcos,escavarcâmaraseligartodaacolôniacomumsistemadetúneiseficaz.

Também é assim como cérebro.O genoma codifica regras pelas quais váriascentenasdeáreascerebraissurgirão.Algumasoutrasregrasespecificamolocalaproximadodessasáreas,oseutamanhoeostiposdeconexõesqueterão.Issoconstitui um programa geral dodesenvolvimento.Dicas químicas do ambientelocal e interações de neurônios, como aquelas dos cupins, determinam aarquiteturafuncionalfinal.Amanobradetentativaeerroacercadosneurôniosesuas forças sinápticas até que as coisas funcionem de maneira mutualmentesatisfatória (para os neurônios) são chamadas de plasticidade, o tópico destecapítulo.

DesenvolvendodesdeaConcepçãoUm organismo novo se forma quando um esperma e um óvulo se unem paraformarumzigoto.Antesdesejuntarem,oespermaeoóvulosurgiramporumprocesso de divisão celular chamadomeiose, no qual cada célula-filha obtémapenasumfilamentodocromossomodeDNAduploqueosadultostêm.Quandoo esperma e o óvulo se unem, os cromossomos do esperma se juntam aos doóvuloparaformarumnovoconjuntodecromossomosduplos,metadedamãeemetadedopai.EssamisturadeDNAésempreumserúnico,diferentedetodososoutroshumanos,excetonocasodegêmeosidênticos.

TODAASUAMITOCÔNDRIAVEMDASUAMÃEDentrodocitoplasmadoóvulofertilizadoestáamitocôndria,quetodasascélulasdemamíferospossuemparafazermoléculasde

todasascélulasdemamíferospossuemparafazermoléculasdeenergiaATP.AmitocôndriaconverteaçúcaremATP,amoedadeenergiauniversalparaatividadescelulares.ElatemseupróprioDNAesedivideindependentementedasdivisõesdacélulaemquereside,deacordocomasnecessidadesdeenergiadacélula.Aúnicacontribuiçãodoespermaparaoóvuloparaformarozigoto,poroutrolado,éoDNAnuclear.

CientistastrabalhandoemlinhagenshumanasusaramessefatorparatraçarlinhasmaternaispurasdedescendentesanalisandomutaçõesdoDNAmitocondrial.ComooDNAmitocondrialépassadosemmisturademãeparafilhosdeambosossexos,suaanáliseéumadasferramentasmaispoderosasparatraçarlinhagens.

Dessaúnicacélula,umorganismodemuitostrilhõesdecélulassedesenvolverá.PraticamentetodososmilharesdetiposdecélulasespecializadasterãoomesmoDNA,masquaisgenessãoexpressadosdeterminaquaiscélulassediferenciamemvasossanguíneos,rins,pulmõesouneurôniosdeváriostipos.

Surgindodaectoderme:OsistemanervosoembrionárioDepois da fertilização, o zigoto começa a se dividir e formar uma esfera decélulaschamadablástula.Emcercadedezdias,ablástulaparadeseresférica,mas se diferencia em uma gástrula, que consiste de três camadas de tecidoprincipais:

»Aendodermeformaórgãosassociadoscomosistemadigestório,comoofígadoeopâncreas,oepitéliodosistemadigestórioeosistemarespiratório.

»Amesodermeproduzmúsculos,ossos,tecidoconjuntivo,sangueevasossanguíneos,entreoutrasestruturas.

»Aectodermedáorigemàepidermedapele,aocérebroeaosistemanervoso,queémeufoconestaseção.

A formação do sistema nervoso começa quando a camada germinativa daectoderme começa a formar a placa neural. Ela eventualmente se dobra paradentro,formandoosulconeural.Finalmente,osulcosefechanotopo,formandootuboneural.Osistemanervososedesenvolvedessaestruturatubular,retendoacavidade central no interior, o que dá origem aos ventrículos do cérebro e aocanalcentraldamedulaespinhal.

Océrebroposterior,omesencéfaloeoprosencéfalo:AsdivisõesdaectodermeDivisões celulares adicionais na ectoderme particionam o desenvolvimento dosistemanervosoemrombencéfalo,queformaocérebroposterior;omesencéfalo,quesetornaomeiodocérebro;eoprosencéfalo,quesedesenvolvenocérebroanterior.

Uma mudança estrutural notável durante o desenvolvimento é a dobra doembriãodesuaformainicialdelinhareta.Essasdobrassãochamadasflexõeseincluemacefálica,pontinaecervical.

As imagensdaFigura16-1mostramosistemanervosoembrionárioemváriosestágios-chave. No início do desenvolvimento (antes da terceira semana degestação),oembriãotemumaformalinearparecidacomadeumgirino,comomostradonaFigura16-1A.Entreofinaldaterceirasemanaeaquintasemana,ocorreaflexãocefálica(Figura16-1B).Dentrodeoutrasduassemanasocorremasoutrasflexões(pontinaecervical,mostradasnaFigura16-1C).

FIGURA16-1:Desenvolvimentoembrionáriodorombencéfalo,mesencéfaloeprosencéfalo.

©JohnWiley&Sons,Inc.

EnquantoobservaaprogressãodeAparaBparaC,notequeessastrêsregiõescerebrais começam com tamanhos quase iguais (e, em vertebrados inferiorescomolagartos,elestendemapermanecerdomesmotamanho).Noentanto,maistarde, emmamíferos, e especialmente no desenvolvimento humano, o cérebroanteriorsetornamuitomaiordoqueomesencéfaloeorombencéfalo.Océrebroanteriorconsistedodiencéfalo,queincluiráotálamo,ohipotálamoeaglândulapituitária,eotelencéfalo,queincluiráoneocórtexeosgângliosbasais.

Aontogenianãorecapitulaafilogenia,masparecequesimO embrião humano, nos primeiros estágios do desenvolvimento embrionário(chamadoontogenia),comonaFigura16-1A,lembramuitoosestágiossimilaresemnossosancestraisevolucionários,comolagartos.Depoisdeummêsoudois,oembriãohumanoéparecidocomodamaioriadosoutrosmamíferos.

ErnstHaeckel(umbiólogoalemãodoséculoXIX)cunhouafrase“aontogeniarecapitula a filogenia”. Tradução: o desenvolvimento embrionário de umindivíduo (ontogenia) segue os mesmos estágios que a evolução das espéciescomoumtodo (filogenia).Essa ideianãoé literalmenteverdadeira,porque (1)há estágios e formas no embrião humano (ou qualquer outro) que não estãopresentesemnenhumaespécieancestral,e(2)háformasdeespéciesancestraisquenãoestãopresentesnoembriãohumano.

Aindaassim,comoosmamíferosevoluíramdevertebradosdesanguefrio,mastiveramumalongagestaçãoembrionária,grandepartedesuasprimeirasformasgestacionaisésimilaràsdeseusancestraisdesanguefrio,porquecompartilhamo mesmo plano corporal geral, que foi determinado antes na evolução. Pelamesma razão, embriões primatas lembram embriões de outros mamíferos dosquais evoluíram, porque a maioria da diferenciação entre primatas e outrosmamíferosocorremaistardenodesenvolvimento.

Portanto, embora o embrião em desenvolvimento não retrace literalmente ocaminho evolucionário do organismo, você pode encontrar algumas estruturasembrionáriassimilaresàquelasdeancestraisevolucionáriosnaordememqueosancestraisevoluíram.Eisumexemplo:baleiasevoluíramdeanimais terrestres.Durante o desenvolvimento embrionário da baleia, estruturas de broto demembro aparecem e, então, desaparecem antes do nascimento. Os membrosfrontais da baleia (suas nadadeiras) são derivadas principalmente de patasdianteiras de seus ancestrais, enquanto seus brotos de membros traseirosaparecem brevemente durante o desenvolvimento embrionário e, então,simplesmentedesaparecem(comexceçãodealgunspequenosossosvestigiais).

Adicionandocamadas:OdesenvolvimentodocórtexcerebralPor quase meio século, os neurocientistas focaram uma grande parte de seutempo em compreender o desenvolvimento do neocórtex, a maior e maisdominanteestruturanocérebrohumano.

Oneocórtex temumaorganizaçãode circuito celular de seis camadas por suaextensão, sugerindo que todas as suas áreas se desenvolvem, inicialmente,usandoregrasgeraisdedisposição.Arazão?Os20milgenescodificadoresqueespecificamtodooorganismohumanopossivelmentenãopodemenglobarumaplantadetalhadaparaos100bilhõesdeneurôniosdocérebroeumquadrilhãode

sinapses interconectantes, bem como as células da glia interagentes. Para queessa estrutura universal de circuito neural processe entradas de todos os cincosentidos, bem como execute programas para controle motor, as conexõessinápticas devem ser bem sintonizadas durante o desenvolvimento de acordocom padrões de atividade e experiência impostos em cada região neocortical.Essa sintonização do desenvolvimento, que é estabilizada depois em circuitosneuraispermanentes,échamadadeplasticidade.

Células-tronconeuraisecélulasprecursorasmigratóriasO neocórtex se desenvolve de uma camada especializada de células-tronconeuraisnoqueéchamadodezonaventricular.Essazonaestálocalizadaabaixodo que se torna a substância branca do neocórtex. Células-tronco neuraisresidindo nessa zona dividem-se assimetricamente: uma filha da divisãopermanece uma célula-tronco neural, mas a outra filha se torna uma célulamigratóriaquemigraparaumacamadaneocorticalespecíficaesediferenciaemum tipo de célula específica, como uma célula piramidal. Essas células sãochamadascélulasprecursorasmigratórias.

CÉLULAS-TRONCOAscélulas-troncoprometemmuitoparaotratamentodemuitascondiçõeshumanasdegenerativas,porque,seinseridasemumaáreadanificada,respondemcomoteriamrespondidoduranteodesenvolvimentoparareparardanospeladiferenciaçãoemtiposcelulareseestruturasadequados.Noentanto,células-troncosãodifíceisdeencontrareidentificar.Asprimeirascélulas-troncovieramdeembriõesporqueumaaltaporcentagemdetodasascélulasembrionáriassãocélulas-troncopluripotentes.

Alémdosmuitosproblemaséticossobretransplantarcélulas-troncoembrionárias,hátambémquestõespráticascomorejeiçãodetecido(porqueascélulas-troncoembrionáriasvêmdeumdoador).Umamaneiraderesolveresteeoutrosproblemaséusandocélulas-troncoadultasquevêmdopacientecomacondiçãodegenerativa.Oproblemaéencontraressascélulaseidentificarseucaminhodedesenvolvimentoeoquantodiferenciaram-senessecaminho.Algunscientistasfizeramprogressorecentementeemconverteralgumascélulas,comocélulasdapele,emcélulas-troncomodificandodiretamenteaexpressãodoDNA.

diretamenteaexpressãodoDNA.

TodasascélulasnoorganismoemdesenvolvimentotêmomesmoDNA.Célulassediferenciamemtecidosetiposcelularesdiferentesdeacordocomoquepartedo DNA é realmente expressada, ou lida, pelo RNA mensageiro para serconvertida emproteínas. Isso é controlado, emparte, por seções doDNAquenão fazem proteína, mas regulam a expressão de outros segmentos do DNA.Essas sequências regulatórias de DNA são afetadas pelo ambiente passado epresentedacélula.Noiníciododesenvolvimento, todasascélulassãocélulas-troncopluripotentes,significandoquepodemsediferenciaremqualquertipodecélula. À medida que o desenvolvimento acontece, elas se tornamcomprometidas em ser tipos celulares endoderme, mesoderme ou ectoderme,depois em tipos especializados dentro dessas divisões, e assim por diante, atéquesediferenciememumtipocelularfinalepermaneçamassimduranteavidadoorganismo,nuncasedividindonovamente.

Colandoascoisas:CélulasdagliaedesenvolvimentoComojámencionei,oneocórtexéumaestruturadeseiscamadas(asubstânciacinzenta)que fica sobreaxôniosmielinizados (a substânciabranca).Essas seiscamadasconstroemdebaixoparacima,comaajudadecélulasespeciaisdagliachamadasgliaradial.

Antes de a migração neural começar, a glia radial estende processos da zonaventricular(aárealogoabaixodasubstânciabranca)paraasuperfíciedocórtex.Ascélulasprecursorasneuraismigramparaessesprocessos.

Algunsneurocientistas acreditamquecadacéluladaglia radial eosneurôniosprecursores que migram por ela formam uma unidade fundamental deorganizaçãocorticalchamadaminicoluna(vejaaFigura16-2).Umaminicolunaconsiste de cerca de 100 células dispersas verticalmente pelas seis camadascorticais.

FIGURA16-2:Ascélulasdagliaradialformamoandaimeparadesenvolvimentodoneocórtex.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Esse grupo de células pode ter surgido de células precursorasmigratórias queusavam o mesmo processo da glia radial para migrar, em que sãointerconectadasdeumamaneirapadrãoqueconstituioneocórtexemhumanos.Nocórtexsensorial,porexemplo,todasascélulasemumadadaminicolunatêmo mesmo local do campo receptivo (embora difiram em como respondem aestímulos nesse local). Alguns pesquisadores acreditam que erros sutis emestabelecer essas minicolunas padrão adequadamente podem subjazer algunsdistúrbiosmentais,comooautismo.

MigrandoporcélulasdagliaradialediferenciandoEiscomooneocórtexdeseiscamadaséconstruído (aFigura16-3 ilustraessasequência):

1.Asprimeirascélulasdeixamazonaventricular—ascélulasprecursorasneurais da divisão assimétrica descritas anteriormente — e viajampelosprocessosgliaisradiaisparaumacamada logoacima,deondeasubstânciabrancaacabará.Lá,elasparamecomeçamasediferenciar.

2.Célulasprecursorasnascidasmaistardenascélulasdazonaventricularmigramatravésdascélulasjádiferenciandoparaformaroutracamadaacimadascamadasjápresentes.

3. Este processo continua até que a última camada seja formada. Essacamadaéacamadacelularmaissuperficialdocórtex.

FIGURA16-3:Comoasseiscamadasdoneocórtexseconstroemumasobreaoutra.

©JohnWiley&Sons,Inc.

Conectandotudo:ComoosaxôniosconectamváriasáreasdocérebroumasàsoutrasDepoisqueaestruturadeseiscamadasdoneocórtexéformada,ocorrealigaçãoaxonal.Neurôniosemtodasasáreascorticaisenviamseusaxôniosparaoutrasáreascorticais.Projeçõesaxonais tambémvãodotálamoaocórtexedocórtexaotálamo.Todosessesaxônios(emaisalguns)formamasubstânciabranca.

Uma grande questão na neurociência considera como os axônios sabem paraondeireaoqueseconectarquandoalcançamsuasáreas-alvo.

Afinidadesquímicasemarcadoresdasuperfíciecelular

A frase frequentementemencionada “mapa genético” dá a falsa impressão de

que o código genético contém algum tipo de planta para a estrutura doorganismo. O que o código genético realmente codifica é um conjunto derespostas celulares que abrangem regras ou procedimentos que as célulasseguemaoresponderaseusambientes,oquefazempormeiodafabricaçãodeproteínas.

Durante o desenvolvimento, as respostas relevantes incluem a fabricação demarcadoresdasuperfíciecelularesaberquando(ese)semoverousediferenciaremcontatocomoutrosmarcadoresdesuperfíciedascélulas.

Durante o desenvolvimento embrionário, até antes de o sistema nervoso serformado,ascélulasnospolosdorsaleventraldoembrião,bemcomoemoutroslocais,liberammensageirosquímicos.Eisoquevocêprecisasaber:

»Aconcentraçãodosmensageirosquímicosestabelecegradientespeloembrião.Célulasemdesenvolvimentosentemosváriosgradientesquímicoseusamessainformaçãoparadeterminarondedevemestarequetipodetecidodevemformar.

»Célulastambémexpressammarcadoresdesuperfíciequeagemcomosubstânciastróficas.Essassãomoléculasorganizadasporreceptoresemcélulasmigrantesqueatraemeguiamocrescimentoaxonal.Quandoosaxôniosemcrescimentoentramemcontatocommarcadoresdesuperfíciecelularesnoscaminhosqueosaxôniosviajam,osmarcadoresdesuperfícieestabilizamocrescimentodosaxônios.Ogenomacodificaaproduçãodeumconjuntodegradientesquímicosqueespecificamrespostasespecíficasemcélulasemdesenvolvimento,taiscomoqueascélulasnonúcleoAdeveriamenviarseusaxôniosparaonúcleoBe,quandochegaremlá,fazersinapseemdendritoscommarcadordesuperfíciecelularC.

JuntandoaestruturacerebralbásicaA afinidade química e os sistemas de marcadores de superfície celularcompletam a maioria da estrutura cerebral básica e a conectividade em umasequênciadeestágios,que,bemamplamente,são:

1.Selecionardesenvolvimentodeáreas.

2.Essasáreasliberamprodutosquímicosdeafinidade.

3.Neurôniosqueprojetamparaessealvoenviamaxôniosemdireçãoaessealvo de afinidade, frequentemente usando processos da célula da gliacomocaminhosdemigração.

Essa orquestração complexa pelo genoma só estabelece a estrutura básica docérebro. Detalhes de conexão são resumidos por vários mecanismos. Umaimportante é a competição entre neurônios projetores por sinapses-alvo. Esseprocessoécontroladoporatividadenosprópriosneurôniosqueocorreduranteedepoisdodesenvolvimentoembrionário.Apróximaseçãotemosdetalhes.

AprendendocomaExperiência:PlasticidadeeoDesenvolvimentodeMapasCorticaisA afinidade química e os sistemas de marcação de superfície celularespecificados pelo genoma são o suficiente para obter tratos de axôniosprincipaisaproximadamentenonúcleo-alvocerto.Masosdetalhesdaconexãononívelde trilhõesdesinapses individuaisvãomuitoalémdoqueconseguemorquestrar.Asconexõesfinaissãofeitasdepoisdeumprocessocompetitivoemqueumasuperabundânciadeconexõesiniciaisépodadaparaumsubconjuntodeconexões final mais funcional. Esse processo é chamado de plasticidade efuncionaviaatividadenosistemanervosoemdesenvolvimento.

Oembriãonãosedesenvolveemumvácuo.O fetoobtém tatodoseuprópriomovimentoedasuamãe.Osompenetraoúteroeativaosistemaauditivo.Ondenãohá estimulação direta de porções do sistemanervoso emdesenvolvimento(como a visão), disparos espontâneos ocorrem. Isso faz as células da glia naretina dispararem mesmo antes de existirem fotorreceptores. A atividadeespontânea na medula espinhal faz os músculos contraírem. Os disparos

espontâneos são muitas vezes organizados em ondas que ajudam a formar asconexõessinápticascorretas.

Aplasticidadefuncionaporumtipodeintercâmbiodesinaisentreneurôniosprée pós-sinápticos. Da aleatoriedade inicial na conectividade neural inicialsuperabundante, algunsgruposdeneurôniosdeentrada serãomais eficazesdoque outros em conduzir neurônios pós-sinápticos. Essas conexões serãoestabilizadas,easoutras, removidas.Neurônios tãoazaradosquenão recebemsinapsessuficienteseventualmentemorrem.Issoéchamadodepodaneural,eascélulasdagliatêmumpapelimportantenesseprocesso.

A plasticidade permite que o organismo em desenvolvimento compense pordesviosimprevisíveisdoplanogeraldedesenvolvimentodevidoamutaçõesoudanos. Suponha, por exemplo, que qualquer mutação aleatória ou uma toxinaingerida pela mãe destrua a retina. A competição mediada pela plasticidadeduranteodesenvolvimentoremoverámuitassinapsesdocaminhovisualdeáreasdoneocórtexpróximasdeentradasauditivasesomatossensoriais,queassumirãoessescaminhos.Issopodeajudaroindivíduoemparticularacompensarafaltadevisãocomumasuperiorprecisãoauditivaedetoque.Aplasticidadetambémfuncionadentrodossentidosparacompensarpordefeitosmenosseveros.

As seções seguintes observam como a plasticidade molda a conectividadeprogramada geneticamente inicial para gerar arranjos de processamentoneocorticalorganizado,comoosmapassensorialemotor.

Mapeandotudo:Colocando-seemummundovisual,auditivoedetoqueUmpadrãodeconectividadequeocorrepelasáreassensoriaisdoneocórtexéaformaçãodemapas.Considereestesexemplos:

»Ocórtexvisualprimáriocontémummaparetinotópiconoqualcélulasganglionaresretinaisadjacentesprojetam(depoisderetransmitiratravésdonúcleogeniculadolateraldotálamo)paracélulascorticaisadjacentes.Comoaóticadoolhogaranteque

locaisretinaisadjacentescorrespondamalocaisdocampovisualadjacentes,oresultadoéqueocampovisualémapeadodemaneiraordenadanasuperfíciedocórtexvisual.(OCapítulo5temmaissobreosistemavisual).

»Nosistemasomatossensorial(tratadonoCapítulo4),omapadocórtexsomatossensorialprimárioéummapaordenado,emboradistorcido,dapele.

»Nocórtexauditivo(Capítulo6),omapadaperiferiaécodificadoemfrequência(outonotópico),correspondendoàorganizaçãoprimáriaentrefibrasnervosasauditivasdeixandoacócleaemdiferentesbandasdefrequência.

Mapasprecisossãoformadosnocórtexdeduasmaneirasprincipais,resultandoem um relacionamento topográfico bem ordenado entre o local da superfíciecorticaleolocaldosreceptoressensoriaisnaperiferia.

Primeiro,pormeiodoprocessodeadesão,osaxôniosdascélulasqueestavampróximos uns dos outros na área de projeção tendem a ficar juntos quandoalcançam sua área-alvo do córtex. Isso produz, automaticamente, algumatopografiaentreaperiferiaeoneocórtex.Entãoessemapaémaisrefinadoporoutros mecanismos dependentes de atividade. Isso envolve um ajuste deconexões de células de entrada para as de saída, para que células de entradapróximas conduzam células de saída próximas. Um aspecto importante desseprocessoéchamadodeLeideHebb,discutidanapróximaseção.

Disparandoeconectando:ObservandoaleideHebbPor todo o sistema nervoso em desenvolvimento há competição por espaçosináptico. Na retina, por exemplo, árvores dendríticas de células ganglionarescompetemporentradasinápticadecélulasprecursoras(bipolareamácrina),aomesmo tempo em que células ganglionares enviam seus axônios ao tálamo.Como o tálamo, e o córtex depois dele, não podem saber antes quais célulasganglionaresganharãoacompetição,devehaverummecanismoquepermitaqueas células corticais mantenham sinapses conduzidas por células ganglionaresretinais“vencedoras”edescartemasdasperdedoras.

Em1949,DonaldOHebb,umpsicólogocanadense,postulouquedeveriahaver

um princípio pelo qual as sinapses poderiam ser modificadas de acordo comatividadeslocaisàsinapse,ouseja,nãodependentedenenhumainformaçãoouprocessonãoassociadodiretamentecomasinapseemsi.

EntendendoaleideHebbHebbcomeçousuaideiaassim:“QuandoumaxôniodacélulaAestápróximoosuficienteparaexcitaracélulaBerepetidamente,oupersistentemente,participado seudisparo, algumprocessodecrescimentooumudançametabólicaocorreem uma ou ambas as células, de modo que a eficácia de A, como uma dascélulas disparandoB, é aumentada”. Isso é coloquialmente parafraseado como“neurônios que disparam juntos, conectam-se juntos”. Claro, como a citaçãoindica, nem Hebb nem ninguém tinha ideia na época exatamente como essemecanismodemodificaçãosinápticalocalfuncionaria.

Apesar de não saber exatamente quais mecanismos poderiam mediar esseprincípiodemodificação sináptica, a ideia tinhaumapelo tremendo,porqueomecanismo sugerido era inteiramente local e era possível imaginar muitosesquemas que fariam o trabalho. Por exemplo, quando os lados pré e pós–sináptico da sinapse eram frequentemente ativados juntos, cada lado liberariaumasubstânciametabólicacomplementar,que,juntas,fortaleceriamasinapse.

AleideHebb,comoficouconhecida,geroumuitosprogramasdepesquisaemneurociênciacomputacionaleinteligênciaartificialquesupunhamduascoisas:

»Aplasticidadeeoaprendizadoocorrempelamodificaçãodaforçadassinapses(amodificaçãodepesosinápticoédiscutidanoCapítulo15).

»Essamodificaçãoocorredeacordocomatividadecorrelacionadanoselementospréepós-sinápticosdassinapses.

AplicandoaleideHebbemmapascorticaisEntão, o que isso tem a ver com mapas corticais? Considere duas célulasganglionaresadjacentesnaretina.Cadaumadelastemumcamporeceptivoqueé a área do mundo visual projetada naquela parte da retina que faz a céluladisparar. Células ganglionares retinais adjacentes terão campos receptivos queousesobrepõememalgumgrauouseencostamumnooutro.Comoresultado,texturas e objetos no mundo tenderão a afetar ambas as células ganglionarespróximaseproduzirãodistribuiçõessimilaresdeluzemseuscamposreceptivos.

Emoutraspalavras,odisparodascélulasganglionaresretinaisadjacentestendea se correlacionar.Quando os axônios dessas células ganglionares alcançamonúcleogeniculadolateral(NGL)dotálamo,elesinicialmenteseramificammuitoe tentam inervarmuitos alvos, que é quando a lei deHebb assume.Eis o queacontece:

»OsaxôniosindoparaalvosNGLdecélulasganglionareslongedaretinanãodispararãojuntascomfrequênciaporquesuaatividadenãoétãocorrelacionadaquantocélulasganglionaresadjacentes.

»Célulasganglionaresadjacentesserãocorrelacionadasnãosóumascomasoutras,mastambémcomcélulas-alvoqueinervamjuntas,porque,quandoessascélulasganglionaresdisparamaomesmotempo,criamumsinaldeentradaforteparaacélula-alvoNGL.

Assim, os axônios de células ganglionares adjacentes acabam compesos altosnos mesmos alvos, enquanto células ganglionares distantes não recebemaumentosdepesoquandoinervamomesmoalvo.

Contanto que a projeção inicial da retina para o NGL seja aproximadamenteordenada (porgradientesquímicos,por exemplo), a leideHebbgarantequealigaçãofinal formaráumbommapa.Essemecanismodepodaerefinamentoétãoimportantenosistemavisualque,duranteodesenvolvimento,antesmesmode existirem fotorreceptores na retina, ondas de disparos espontâneosorganizadoseautoinduzidossemovemconstantementepelaretinaparaproduzirumdisparocorrelacionadogeradointernamente.

Quandootálamoprojetaparaocórtex,umprocessosimilarocorre.Mecanismosdequimioafinidade colocamos axônios talâmicosdentroda regiãoneocorticaladequada,ondecompetemporespaçosinápticoemdendritospós-sinápticosdosneurônios corticais. A lei de Hebb estabiliza as sinapses de células talâmicasadjacentesenquantoremoveentradasnãocorrelacionadas.

Efeitosambientais:InatoversusadquiridoDepoisqueaestruturageraldocérebroestáestabelecidasobcontrolegenético,como explicado em seções anteriores deste capítulo, seus detalhes sãoestabelecidos por atividade dentro do sistema nervoso. Durante odesenvolvimento embrionário, a modificação dependente de atividade de

sinapses é embutida emumprocesso altamente competitivo emqueneurôniossão, primeiro, produzidos em excesso, e então, mais tarde, os perdedoresmorrem.Depois da gestação, processos competitivos similares ocorrempara oaprendizado,masemvezdematarosneurôniosemlargaescala,osefeitossão,principalmente,mudarpesossinápticosrelativosemumsistemaestabelecido.

Umaspectoúnicododesenvolvimentohumanocomparadoaoutrosmamíferoséque a produção de neurônios em humanos continua por meses depois donascimento, seguida de podas que duram até um ano. Nesse ponto, umacontagemdeneurôniosrelativamenteestáveléalcançada,emboraaneurogêneseadultacontinuenobulboolfativoenohipocampo.

Amaioriadaspessoasnãopensana“experiência”comoalgoqueocorreduranteo desenvolvimento embrionário. Ainda assim, o sistema nervoso está ativo,mesmousandomecanismosúnicos de autoestimulaçãopara produzir atividadenaausênciadeestimulaçãosensorialdireta.Todamãetambémsabequeofetochuta e gera outras respostas motoras. Testes mostraram que, no nascimento,crianças já são familiarizadas com a voz da mãe por escutá-la no útero, porexemplo. Isso é possível porque os neurônios emcórtices auditivos de recém-nascidos já respondemmelhor a sons da fala damãe em sua língua do que aoutrasvozesnamesmalínguaoudafaladamãeemumalínguadiferentequeelanãousouenquantoeleestavanoútero.

Genética:EspecificandooprocedimentodeconstruçãocerebralDuranteadivisãocelular,oDNAéreplicado(copiado).AmoléculadeDNAdecadeiaduplasesepara,ecadafilamentoproduzumnovocomplementoparasi,criando duas cópias idênticas da sequência de DNA de cadeia dupla. Essareplicação é possível porque os pares base que formam o DNA sãocomplementares.Issosignificaqueosnucleotídeoscitosinaseligamàguaninaeosnucleotídeosadeninaseligamàtiminavialigaçõesdehidrogênio.

A enzima DNA polimerase é responsável por esse processo, adicionandonucleotídeos complementares aos nucleotídeos do filamento original para criarnovosfilamentos.

OutroprocessodereplicaçãoenvolvendoDNAénecessárioparafazerproteínas.Oprimeiro passo é o processo chamado transcrição, que é a criação deRNA

mensageiro(mRNA)doDNA.ORNAéquimicamentesimilaraoDNA,excetoque

»ORNAcontémoaçúcarribose,emvezdadesoxirribosedoDNA.»AbasecomplementarparaadeninanoRNAéuracilo,enãotimina,comonoDNA.

»RNAédecadeiaúnicaenquantooDNAédecadeiadupla.

O próximo passo é transformar proteínas em translação, que é a reunião deproteínas por ribossomos usando omodelomRNA.Há vários passos antes dasequência de mRNA ser traduzida em uma sequência de aminoácidos queformamumaproteína.Emcélulaseucarióticas (célulascomnúcleos,comonoseucorpo),omRNA(chamadodetranscriçãoprimária)passapormodificaçãopós-transcricional, pela qual os íntrons (partes não codificadoras do gene) sãoremovidos para formar o mRNA final, que é composto apenas de éxonscodificantes.

AsequênciafinaldoRNAmensageirotemumcódon“inicial”quecodificaparametioninaemeucariontesqueespecificao localde inícioparaaconstruçãodeuma proteína. Ribossomos usam oRNAmensageiro para anexar aminoácidosespecíficos ao comprimento da proteína. Isso é realizado com moléculaschamadas RNA transportador (tRNA). Cada tRNA é uma pequena moléculaligada a um único tipo de aminoácido, que ela liga. Outra parte da moléculatRNA é complementar e liga um códon de três nucleotídeos específico nomRNA.OribossomoseligaaofimdeumamoléculamRNAe,então,semoveporelaanexandoaminoácidosentreguespelos tRNAscorrespondentes.Depoisqueo tRNAdá seus aminoácidospara aproteína, ele é liberado, eoprocessocontinua para o próximo códon mRNA, ligação tRNA, transferência deaminoácidoeliberaçãodetRNA.Trêscódonsespeciaisdeparada(TAA,TGAeTAG)nomRNAfazemoprocessoterminareaproteínaserliberada.

EPIGENETICADepoisqueosbiólogosmolecularesJamesWatsoneFrancisCrickdescobriramaestruturadoDNA(comosdadosdeRosalindFranklin),incluindoamaneiraóbviaqueumaestruturacomplementardeduplahélicepoderiasereproduzir,Crickelaborouochamadodogmacentraldabiologiamolecular.Deacordocomessedogma,oDNAfazoRNA,eoRNAfazproteínas.Asinformaçõessóseguemumavia,deDNAparaproteínas,nuncaocontrário.Noentanto,essenãoésempreo

paraproteínas,nuncaocontrário.Noentanto,essenãoésempreocaso.

AexpressãodopróprioDNAéaltamenteregulada,oquepermitequeomesmoconjuntodecromossomosproduzacentenasdetiposcelularesdiferentesemumorganismo.MuitodoDNAserveaessafunçãoregulatória,emvezdeproduzir,viaRNA,proteínasusadasparaalgumaestruturadentrodacélula.

OprocessodemudarqualporçãodoDNAdeumacélulaéexpressadoenvolvefatoresambientais(dedentrooudeforadocorpo)queafetamonúcleo.EssamudançanaexpressãodoDNAéchamadadeepigenética.ElafuncionapelaalteraçãodaexpressãogenéticadoDNAsemalterarasequênciadoDNA.Mudançasepigenéticassãonormalmenteretidaspordivisõescelulares,representandoaespecializaçãocadavezmaiordecélulasemváriaspartesdocorpoduranteodesenvolvimentonormal.Foidescobertorecentementequemudançasepigenéticaspodemocorreremcélulasreprodutivase,assim,serempassadasparafuturasgerações.Mãesdeprimidaspodemdaràluzcriançasafetadasepigeneticamentepeloestadomentaldesuasmães.

Dentrodoscromossomos,asproteínascromatina,comohistonas,compactameorganizam a estrutura do DNA para controlar sua expressão. A presença dehistonasbloqueiaaexpressãodoDNA.Emumprocessochamadoacetilaçãodehistona, enzimas histona acetiltransferase (HATs) dissociam o complexo dehistona de uma seção do DNA, permitindo que a transcrição para o mRNAcontinue.A expressãodoDNA tambémé regulada pormetilaçãovia enzimasmetiltransferase, que adicionam grupos demetil para nucleotídeos adenina oucitosinanoDNA.AlgunsDNAsqueforamumdiachamadosde“lixo”porquenãocodificavamproteínasforadonúcleoproduzemmRNAquecontrolamessesprocessosregulatórios.

Substânciasexternasque são levadasporumacélula tambémpodem regular aprodução de proteína por meio de mecanismos de histona e metilação. Outroprocesso, chamado transcrição reversa ou retrotranscrição, usa RNA de umvírusqueentrounacélulaparafazerDNAemseunúcleo.Atranscriçãoreversaocorre em retrovírus como o HIV e é uma característica comum do ciclo dereplicação para muitos vírus, pelo qual eles sequestram o maquinário detranscriçãodacélulaparafazercópiasdesimesmos.

EscolhendooCaminhoErrado:DistúrbiosdoSistemaNervosodoDesenvolvimentoOfatodeque todogenomahumanoéumacombinaçãonovaeúnicadegenesderivados de dois pais significa que cada concepção é um experimento. Aprimeira parte do experimento é se esse novo genoma pode controlar odesenvolvimentodeumfetoviávelqueprogredirácompletamenteenascerá.

A concepção errada sobre genética é a de que genes individuais especificamtraçosindividuaisindependentemente.Masessaideiacontradizacomplexidadedoprocessodecontrolequegeraorganismosmulticelularesviáveis.Umaporçãoconsiderável do genoma consiste de genes que regulam o tempo e o nível daexpressão de outros genes. Uma mutação que rompe apenas um dos muitosgradientesespecificando localou temponodesenvolvimentoembrionáriopodelevaràmalformaçãodeórgãosvitaisouestruturasdetecidoemorteprematura,resultandoemaborto.

Há distúrbios genéticos de genes individuais bem conhecidos, é claro. Elesincluem anemia falciforme, fibrose cística, doença de Tay-Sachs e hemofilia.Todas elas são autossômicas recessivas, significando que o herdeiro devereceberumgenedefeituosodeambosospaispara terodistúrbio.Há tambémdistúrbios genéticos autossômicos dominantes, como a doença de Huntington,emque umúnico gene dominante herdado de qualquer umdos pais produz odistúrbio.

Além dos distúrbios que podem ser traçados a genes específicos, há muitodistúrbiosgenéticosparaosquaisnenhumgeneindividualfoiidentificadoouemquenãoénemsabidoqueodistúrbioégenético.Muitosdistúrbios têmváriascausasgenéticascomdiferentesníveisdeseveridadeesuscetibilidadeaefeitosambientais.Porexemplo,oautismoeaesquizofreniamostramherançaalta,ouseja,tendênciadeocorreremfamíliase,particularmente,emcriançascujospaissoframdadoença.Noentanto,ambosparecemterváriascausasgenéticasdevidoagenesemcromossomosdiferentes.

DNA“LIXO”MuitosbiólogosmolecularesficaramchocadosquandofoioriginalmenterelatadoqueumaporcentagemconsideráveldoDNA—estimativasatuaiscolocamessaquantidadeem98%dogenomahumano—nuncaétraduzidaemnenhumaproteína.OtermoDNAlixocomeçouaseraplicadoataissequências,implicandoqueesseDNAera,dealgumamaneira,vestigial,tendoumdiatidoumafunçãoqueagoranãoeramaisnecessária.Asituaçãosemostrousermaiscomplicada.Muitodogenomaéregulatório,fazendocodificaçãopararegulaçãotranslacionaletranscricionaldesequênciasdecodificaçãodeproteínas,emvezdecodificardiretamenteparaproteína.AlgunsdosDNAsumdiachamadosde“lixo”podemestarrealizandoessafunção.

Outrasituaçãocomuméaexistênciadeíntronseéxons.Ogeneparaumaproteínaespecíficapodeterváriasregiõesdecodificação(éxons)interrompidasporregiõesquenãoestãocodificando(íntrons).AmbassãoinicialmentecodificadasnoRNAmensageiro,queestáacostumadoafazeraproteínafinal,masossegmentosíntronsãoremovidospelosprocessosdeligaçãodeRNAnacélulaantesdeproduziraproteína.Noentanto,muitodogenomarealmenteé“lixo”noqueconsisteemrepetiçõesdeumdostrêsparesbaserepetidamente.

Além do mais, o autismo e a esquizofrenia também não têm 100% deconcordância nem em gêmeos idênticos com omesmo genoma. Isso significaque as constelações genéticas que subjazem esses distúrbios devem criarsuscetibilidades(emalgunscasosmuitoaltas)paraodistúrbio,masaindadevehaver um fator ambiental, como leves diferenças na dieta ou meio social.Diferenças ambientais entre gêmeos idênticos existem até no útero, porque asposições levemente diferentes de gêmeos no útero os expõem a diferentessubstâncias da circulação damãe, como níveis de circulação do hormônio do

estresse,cortisol,assimcomooutrosfatoresdesconhecidos.

Essas variações também sugerem que podem haver mecanismos de feedbackpositivotrabalhandoemdistúrbioscomooautismoeaesquizofrenia,dosquaisalgumaspessoasconseguemsairoununcaentrar,enquantooutrascomamesmasuscetibilidade genética mergulham na espiral da doença. Embora o pêndulotenhabalançadofortementeemrelaçãoadistúrbioscomosendoorganicamentecausados, pessoas diferentes claramente lidam diferentemente com a “mão decartas genéticas que recebem,” com vários resultados diferentes. Esse é umgrandemistérioparaaneurociênciadoséculoXXIexplorar.

Atualmenteoscientistasentendemalgosobreafunçãodecercade50%dos20milgeneshumanos.Abuscapormutaçõesgenéticasquecausamdistúrbiosdodesenvolvimento significa que se deve encontrar uma mutação genética entrecercade3bilhõesdeparesbasenogenomahumano,entrevariaçãodepessoapara pessoa de cerca de 0,1%, ou aproximadamente 1 milhão de pares base.Geneshumanosvariam, emmédia, de cercade3mil paresbase, emborahajaumavariaçãoconsiderável,comalgunsgenesconsistindodeváriosmilhõesdeparesbase.

BuscandoerrosgenéticosdodesenvolvimentoemratosmutantesNasúltimasdécadas,usarratosajudoumuitoapesquisaparabasesgenéticasdedoençasgenéticas.Osratosnãosócompartilhammuitosgenesemcomumcomhumanos,elessãopequenosesereproduzemeamadurecemrapidamente.Comoresultado, os pesquisadores podem testar rapidamente o efeito demutações deDNA(umamudançanogenótipo)emumgrandenúmerodeanimais(oresultadodamutaçãonaformaoucomportamentodoanimalfinal,chamadodefenótipo).

Para conduzir esses estudos, pesquisadores podem induzir deliberadamentemutações específicas, normalmente inserindo um novo segmento de DNA noembrião do rato. Em alguns casos, o gene intrínseco também é silenciado. Atécnicachamadaknockoutenvolveremoverousuprimirumgeneousequência

degenesespecíficos.Porexemplo,seoscientistassuspeitamqueumamutaçãoemumaproteínaespecíficasejaacausadeumefeitogenéticohumano,podemfazer substituições de aminoácidos específicos seletivamente em posiçõesespecíficas na proteína em diferentes linhas de ratos. Esse procedimento poderevelarqualregiãodassubstituiçõesdeaminoácidosdaproteínacausadefeitosgenéticos e, portanto, implicar os erros de dobras proteicas, mudança ematividade catalítica ou ligação de receptores ou outros problemas metabólicosassociadoscomoaminoácidoalterado.

Umdosprimeirosemaisconhecidoscasosemqueumamutaçãofoiassociadacom uma anomalia do desenvolvimento foi o reeler mouse (assim chamadodevido à sua tendência de girar demaneira desigual enquanto semove). Essamutaçãosurgiuespontaneamenteefoirelatadanoiníciodadécadade1950.Ofenótipo exibia um cerebelo anormalmente pequeno e uma organizaçãoneocortical rompida devido a um defeito na reelina, uma proteína usada paraguiar a migração celular (veja “Migrando por células da glia radial ediferenciando”,anteriormentenestecapítulo).

Ratosknockout,cujosgenesforamdesligadosparadeterminarsuasfunçõesporsua ausência, foram gerados para estudarmuitos distúrbios humanos, como odiabetes,ocâncer,doençascardíacas,artrite,envelhecimento,obesidade,maldeParkinsoneatéabusodesubstâncias.Hátambémmutaçõesknockinnasquaisosgenes são inseridos e só podem ser ativados em algumas células em certostecidos.

DEGENERAÇÃOEOCÓDIGOGENÉTICOODNAconsistedequatrobasespossíveisemcadalocal:adenina(A),citosina(C),timina(T)eguanina(G).Umtriodebasesconsecutivaséchamadodecódon.Onúmerodecódonsúnicospossíveisé64(quatrobasespossíveisemcadaposiçãovezestrêsposições).Noentanto,oDNArealmentegeraapenas47aminoácidosdistintos,entãoalgunsaminoácidossãocodificadospormaisdeumcódon.Porexemplo,GAAeGAGespecificamomesmoaminoácido

(ácidoglutâmico).Essaredundânciaéchamadadegeneração.

IssosignificaqueasmutaçõespodemmudaralgumasbasesnoDNAsemefeitonoaminoácidoespecificado.Alémdisso,muitosaminoácidosemalgumasproteínaspodemsermudadossemafetarsignificativamentecomoasproteínasdobramousuasfunções.Porcausadisso,pesquisadoresqueprocuramasmutaçõesquecausamumdefeitogenéticotêmqueclassificarvariaçõesconsideráveisemsequênciasdeDNAeaminoácidosquenãosãoacausa.

Àsvezesabuscaporbasegenéticadeumdistúrbioéajudadaseacontecedeogenedesconhecidocausadordadoençaestarnomesmocromossomoepertodeumgenequeespecificaumtraçofacilmenteobservávelcujabasegenéticaéconhecida.Issosignificaqueoscromossomosdepessoascomofenótipoobservávelpodemserseletivamenteexaminadosparaprocurarolocaldocromossomopróximoquetemamutaçãodadoença.Esseprocessoéchamadodemapeamentodelinkageougênicoouanálisedelinkage.

EfeitosambientaisnodesenvolvimentodocérebrohumanoOembrião é particularmente suscetível a produtos químicos estranhos, porquesuascélulasestãorespondendoagradientesquímicosemarcadoresdesuperfíciecelularparamigrarediferenciarparaproduzirformasetiposdetecidos.Muitassubstâncias no ambiente têm pouco efeito em adultos e efeitos profundos nodesenvolvimentoembrionário,porqueafetamadiferenciaçãoemigraçãocelularnoembrião.Otermogeralparasubstânciasquecausamdefeitosdenascimentoéteratogênio.Elesincluem:

»Toxinasambientaiscomochumbodetintaemercúrioorgânico,quecausamtamanhocerebralreduzidoeretardamentomental

»Radiaçãoionizantecomoconsequênciadearmasatômicaseraios-X

»Infecçõescomocitomegalovírus(CMV),herpes,rubéolaesífilis»Remédiosprescritoscomotalidomida,umtranquilizanteeficazque,

infelizmente,tambémresultouemterríveisdeformidadesdemembrosemfetosdemulheresqueestavamgrávidasquandotomaram,emetotrexato,umremédioanticâncer

»Superexposiçãoasubstânciasnãoprescritas,comoálcool(síndromealcoólicafetal)ecafeína

»Desequilíbriosmetabólicosedeficiênciascomodiabetesedeficiênciadeácidofólico

OEnvelhecimentoCerebralOcérebrosedesenvolveaumentandoonúmerodeneurônioseaconectividadedurante a embriologia e a primeira infância. Durante esse tempo, a podasináptica também ocorre, resultando na redução de sinapses redundantes e decélulas. O processo da mielinização de axônios, no qual os axônios sãoenvolvidosembainhasdemielinaparatornaraconduçãodopotencialdeaçãomaisrápidaeconfiável,continuaatéquaseofinaldaadolescência.Asúltimaspartesdocérebroaseremtotalmentemielinizadassãooslobosfrontais,asáreasdocérebromaisnecessáriasparapensamentoabstratoejulgamento.

A idade adulta normal é caracterizada por relativa estabilidade em númeroscelulares e estruturas, com o aprendizado continuando a modificar forçassinápticas e substituição contínuadeneurônios emalguns locais, comoo loboolfativoeohipocampo.Noentanto,onúmerodeneurônioscomeçaadiminuircom a idade, devido a podas adicionais, acumulação de toxinas e errosmetabólicos,e,possivelmente,fatoresgenéticosqueprogramamavidacelular.

Oenvelhecimentoéumprocessocomplexoqueincluimecanismosquevariamdonívelsubcelulara todooorganismo.Porexemplo,os telômerosnofimdoscromossomosdentrodonúcleodecélulassópodemsercapazesdeumnúmerofinitodedivisões.Cadavezqueumacélula sedivide,os telômerosdiminuematé que estejam pequenos demais para a célula dividir. A célula, então, podeficar inativa ou morrer. No nível do organismo inteiro, as articulações sedesgastameosvasossanguíneosenrijecemouficamentupidoscomdepósitos.Qualquer comprometimento de qualquer um dos tecidos ou órgãos inter-relacionadosdocorpopodeafetaradversamentetodososoutros.

Algumas teorias do envelhecimento o consideram como uma acumulação de

maisoumenosdegeneração aleatória emvários tecidos, o que, no fim, leva àmortedetodooorganismo.Outrasteoriasapontamparafenômenosespecíficos,comooencurtamentodotelômero,parasugerirqueavidacelulare,portanto,oenvelhecimento,énaverdade,programada.

Independente do mecanismo, está claro que a maioria dos picos defuncionamentodashabilidadescognitivasatléticasebrutasédos25aos29anos.Entretanto, a capacidade cognitiva, por uma variedade de razões, continua aaumentaralémdisso.Acontinuidadedoaumentodahabilidadementaldepoisdopicodahabilidadefísicaérealizadaporumamudançanaestratégia.

Vivendomuitoebem:MudançasdaexpectativadevidaemestratégiacerebralNa cognição, a acumulação de conhecimento e experiência tende a sercompensado nos últimos anos por reações e capacidade dememória de curtoprazo um pouco mais lentas. Uma distinção feita por pesquisadores deinteligênciaéentreainteligênciafluidaecristalizada.

Inteligência fluida trata de aspectos físicos do processamento cerebral,particularmente a velocidade, que sãomuito similares a habilidades atléticas eque provavelmente têm picomais oumenos namesma idade. Esses atributosincluem velocidade de memória, tamanho da memória de trabalhoorganizacional e velocidade de processamento perceptivo — os tipos deatributosquevocêgostariadeveremumpilotodejatodecombateoudecarrodecorrida.

Inteligênciacristalizadaéassociadacomoconhecimento,particularmentecomestratégias para usar o conhecimento. Esse tipo de inteligência continua aaumentardepoisdopicofísicodainteligênciafluida.Muitodissotemavercomreconhecerpadrõeseterboaintuiçãosobresituações.Ébemdocumentado,porexemplo,queresolvedoresdeproblemasdesucessopassamrelativamentemaistempo nos estágios iniciais de compreender um problema e encontrandosimilaridades com problemas experimentados antes do que resolvedores ruins.Estestendemaseapressarparaoprimeiroesquemadesoluçãoemquepensame,emboracomecemmaisrápido,pagamdepoiscomtempoaoescolheropçõesruins.

Muitos estudos nas últimas décadas descobriram que a inteligência e ahabilidadecognitivanão têmque, inevitavelmente,diminuircoma idade,pelomenos namaioria das pessoas.Alémdisso, algumaperda da função cognitivaparece ser restaurável. Fatores que aparecem para ajudar a manter a funçãocognitivaincluem:

»Práticaintelectual:Écrucialatéparamanter,quemdirádesenvolver,habilidadescognitivasduranteoenvelhecimento.Ametáforadequeocérebroécomoummúsculoqueprecisaserexercitadoprovavelmentenãoestátãolongedamarca.Habilidadesderesoluçãodeproblemasedesenvolvemmelhorquandoaspessoassãorotineira,moderadaeintelectualmentedesafiadas.

»Boasaúdeenutrição:Éigualmenteclaroqueumaboasaúdeedietacontribuemparaamanutençãodehabilidadesintelectuais.Pressãosanguíneaalta,diabeteseabusodesubstânciasmatamneurônios.Háevidênciasrecentesinteressantesdequeoexercício,comocorrer,aumentaosritmoscerebraisassociadoscomaconcentraçãoeamemória.Exercíciostambémpodemestimularaproduçãodenovosneurôniosearemoçãodedetritosouneurôniosdanificadosemalgumaspartesdocérebro.

»Suplementosnutricionaisedietéticos:Muitossuplementos,comoacolina(relacionadaaoneurotransmissoracetilcolina),tambémsãopromovidosparamelhorarafunçãocerebral,pelomenosemcurtoprazo.

Impulsosdecurtoprazoemfunçãocognitivadevemderivardemuitosestimulantes,comoacafeína.Noentanto,substânciasqueproduzemganhosemcurtoprazotendematerefeitoscolaterais,particularmentequandovocêasingereemaltasdoses.Parecenãohaveraindaumapíluladainteligênciaseguraoueficaz.Éclaro,sevocêtemdeficiênciasvitamínicasdequalquertipo,tomarsuplementosparamelhorarofuncionamentogeraldocorpopodetambémmelhorarhabilidadescognitivasaomelhorarasaúdeeo

estadodealertaereduzirodesconforto.

Acumulandoafrontas:DisfunçõescerebraisespecíficasdaidadeEnvelheceréumgrandefatorderiscoparamuitasdoençasneurodegenerativas,incluindo o mal de Alzheimer, o mal de Parkinson e doenças vasculares queafetamocérebro,assimcomoéparaaartrite,afetandoasarticulações.Muitosdesses distúrbios têm uma propensão genética subjacente e algum gatilhoambiental.

MaldeAlzheimerOmaldeAlzheimer costumava ser coloquialmente conhecido comodemênciasenil.Eratãocomumenteobservadonosidososeeratãorarodeoutraformaqueera pensado como sendo uma consequência mais ou menos inevitável doenvelhecimento.AgoranóssabemosqueoAlzheimeréumadoençaespecíficaassociada com o acúmulo de proteínas tau e detritos celulares comoemaranhadosneurofibrilares.Aprobabilidadedeteressadoençaaumentamuitocom a idade,mas oAlzheimer não é uma doença somente de idosos. Nem éinevitávelduranteseuenvelhecimento.HávítimasbemjovensdoAlzheimerealgumaspessoasbemidosassemele.

Os neurônios que morrem nos estágios iniciais do mal de Alzheimer sãoprimariamente colinérgicos (usam a acetilcolina como neurotransmissor), masoutrosneurôniostambémmorrem.Amorteneuronaléparticularmentemarcadano hipocampo no início do curso da doença.Como essa estrutura é vital paratransferirmemóriasdecurtoparalongoprazo(vejaoCapítulo13),aprogressãotípicadoAlzheimeréprimeiroaperdadememóriaepisódica(“Eunãoconsigomelembrardeondedeixeiaschaves”),seguidaporperdadememóriasemântica(“Eunãoseiondeestouenãoreconheçonada”),paraaperdaquasecompletadefunçãocognitivae, finalmente,o falecimentopormorteneuronalmassiva,queeventualmentecomprometefunçõesdemanutençãocorporal.

MaldeParkinsonOmaldeParkinsonéassociadocomamortedecélulasdopaminérgicasemumnúcleo dos gânglios basais chamado substância negra (que é, na verdade, nomesencéfalo).Amortedessascélulasinterferenahabilidadedopacientedefazer

movimentos voluntários ou correções voluntárias durante o andar, como pisarsobre um obstáculo. Pesquisadores tiveram dificuldade em determinar se essadoença se deve a uma deficiência genética que simplesmente demora muitotempoparaaparecerouaumacombinaçãodeumasuscetibilidadegenéticamaisumgatilhoambiental.(VocêpodelermaissobreoParkinsoncomoumadoençadecontrolemotornoCapítulo10.)

Emumfamosoconjuntodecasosclínicosdadécadade1980,váriosviciadosemheroínaseinjetaramumaheroínasintéticafeitanaruaqueacabouporserumasubstância(MPTP)altamentetóxicaparaasubstâncianegraeproduziasintomasdeParkinsonempessoasmuitomaisjovensdoqueaquelasemquenormalmenteocorre.Issoeraruimparaessespacientes,masadescobertadequeMPTPpodiainduzir a doença (que seria usada para pesquisa em animais de laboratório)permitiu que um grande progresso fosse feito em avaliar tratamentos emmodelosdeanimais.

DoençasautoimunesVáriosdistúrbiosdedegeneraçãoneuralcujaincidênciaaumentamarcadamenteduranteo envelhecimento são tidos comodistúrbios autoimunes.Elesocorremquandoanticorpossãofeitosparaatacartecidoscorporais,emvezdeinvasoresexternos.Pensa-sequemuitosdistúrbiosautoimunesocorramcomoresultadodeinfecçõesviraisnasquaisumapartedacoberturadeproteínaviralésimilara(ouevoluídaparaimitar)umtecidonocorpo.

A esclerosemúltipla é uma das doenças autoimunesmais comuns do sistemanervoso.Nela, as bainhasdemielinaque envolvemos axôniosdo cérebro e amedulaespinhalsãoatacadas.Issolevaàconduçãoreduzidaou,eventualmente,falhadaconduçãodepotenciaisdeaçãoporessesaxônios,cominflamaçãogeralecicatrizesemtratosnervosos.

Oprimeirosinaldadoençaé,muitasvezes,fraquezamuscular.Issopodelevaràparalisiatotaleincapacidadecognitiva,contudo,ocursodadoençaéaltamentevariável. Embora tecnicamente não seja uma doença do envelhecimento, aesclerosemúltiplanormalmenteaparecenoiníciodavidaadulta.Émaiscomum

emmulheresdoqueemhomens.

DerramesOenvelhecimentoaumentaoriscodederrames.Umderrameéumainterrupçãodosuprimentodesanguenormalparaocérebro. (Essesuprimentodesangueéextensivo, porque o cérebro constitui cerca de 20% dometabolismo do corpotodo.)Hádoistiposbásicosdederrames:

»Derramesisquêmicos,emquebloqueiosdevasosproduzemaperdadonutrienteetransportededetritos.

»Derrameshemorrágicos,emquevasossanguíneospermitemovazamentodesanguenocérebro.

Em ambos os casos ocorre uma interrupção temporária da função cerebral naregião afetada, seguida por morte neuronal, seguida por alguma recuperaçãodevidoàplasticidadeereaprendizagem,muitasvezesauxiliadaporreabilitaçãoespecífica.

Muitos derrames passam despercebidos porque produzem poucos sintomasperceptíveis. Um padrão comum é que a vítima tenha uma longa série depequenosderramesduranteváriosanos,quelentamentecomprometemafunçãocerebral, seguida por um derrame muito maior, que causa a busca portratamento. O imageamento cerebral, então, pode detectar a existência dosderramessilenciososanteriores.

TumoresTumores (neoplasmas) ocorrem no cérebro assim como em qualquer lugar docorpo.Osefeitosdostumorescerebraisdependemdesualocalizaçãoeextensão.Sintomas iniciais podemvariar denáusea e fraquezamuscular aproblemasdevisão.

Um tipo de tumor cerebral relativamente comum com um prognósticoparticularmente ruim é o glioma, um tumor derivado de células da glia nocérebro. Gliomas raramente têm cura, em parte porque a forte barreirahematoencefálica isolao cérebrodo sistemanervoso,demodoque,mesmo setodo o tumor for destruído durante a cirurgia, quimioterapia ou radiação,algumascélulas restantesconseguemreiniciaro tumoreespalhá-loparavárias

áreascerebrais.

Também é possível ter tumores cerebrais benignos cujo prognóstico éconsideravelmentemelhor do que gliomas. Eles são normalmente tratados porremoção cirúrgica, às vezes seguida por radioterapia pós-operação ouquimioterapia.

Também existem tumores secundários do cérebro. Esses tumores invadem océrebroapartirdeumcânceroriginadoemoutrosórgãos.Omecanismoéodequecélulascancerígenasdotumorprimárioentramnosistemalinfáticoevasossanguíneose,então,percorremacirculaçãosanguíneaparaseremdepositadasnocérebro. Tumores cerebrais secundários ocorrem com frequência em fasesterminais de pacientes com câncer metastático incurável originado em outraparte do corpo. Essas são, na verdade, as causas mais comuns de tumorescerebrais.

M

Capítulo17DisfunçõesNeurais,DoençasMentaiseDrogasqueAfetamoCérebro

NESTECAPÍTULO

Examinandoascausasorgânicasdedoençasmentais

Categorizandotiposdedoençasmentais

Observandoosremédiosusadosparatratardoençasmentais

uitascoisaspodemdarerradocomumsistematãocomplicadoquantoocérebro.Umadelaséadoençamental,umtermomuitoinadequadopara

um espectro de distúrbios que incluem várias formas de distúrbio daaprendizagem, síndromes específicas que podem ou não ser associadas comdistúrbios da aprendizagem (síndrome deDown versus autismo), e disfunçõesmentais mal compreendidas, como depressão, transtorno bipolar e transtornoobsessivo-compulsivo.DoençasmentaisestãoentreosproblemasdesaúdemaisdesafiadoresecarosnoBrasilenomundo.

Entenderetratardisfunçõesneuraiséumadasáreasmaisativasnaneurociência.Neste capítulo eu explico o pensamento atual sobre as causas das doençasmentais, listo alguns dos tipos mais comuns ou debilitantes e observo osremédiosdesenvolvidosparatratá-las.

ObservandoasCausaseTipos

deDoençasMentaisPesquisassobredoençasmentaismostramquemuitostipossãoassociadoscomanormalidades de neurotransmissores que têm uma base genética ou foramcausadasporalgumaexperiênciadevida.Essasdoençasoudeficiênciasmuitasvezes surgem de causas genéticas, causas ambientais ou alguma interação deambas.Porexemplo,odefeitogenéticoqueresultanasíndromedeDownébemconhecido, e a esquizofrenia e o autismo mostram hereditariedade alta, mascomplexa,noquepodemser causadosporváriosdefeitosgenéticos e tambémsãoinfluenciadospeloambiente.

A ideia simplista de que defeitos genéticos individuais “causam” síndromesgenéticas individuais está dando lugar a uma ideia mais sofisticada de quevariações genéticas específicas normalmente produzem suscetibilidades deváriostiposdedeficiênciasdeaprendizagem,síndromesedoençasmentais,masaverdadeiramanifestaçãoincluiinteraçõescomoutrosgenesecomoambiente,incluindo o ambiente do útero. Por exemplo, estresse extremo na mãe quemodulahormônioscirculantesesubstânciasqueelaingerepodemafetaralgunsfetossuscetíveismuitomaisdoqueoutros.

A ênfasemoderna em causasmédicas de doençasmentais não significa que aexperiênciadevida,comoestressecrônicoouagudo,nãopodeproduzirdoençamental em um cérebro outrora “normal”. O que acontece, no entanto, é queexperiências de vida que causam doenças mentais normalmente resultam emefeitos orgânicos no cérebro, como desequilíbrios crônicos deneurotransmissores ou altos níveis de hormônios do estresse.Essas podem sertratadas com mais eficácia, atualmente, pelo uso de remédios para aliviar odesequilíbrio de neurotransmissores, normalmente em conjunção com apsicoterapiatradicional.

Já foi considerado que a doença mental era causada por coisas somenteexterioresaocérebro.Historicamente,eramuitoatribuídaaalgumaintervençãodivina(oudemoníaca).EduranteoinícioeametadedoséculoXX,pensava-sequeaesquizofreniaeoautismo,porexemplo,eramoresultadodecriaçãomal

adaptadadacriança(“mães-geladeiras”,porexemplo,noautismo).Otratamentode doenças mentais, então, focou em reverter os efeitos que esses elementosexternostinham.

DOSOFÁPARAAFARMÁCIA:UMAMUDANÇANOTRATAMENTODesdeoinício,apsicologiaeapsiquiatriaexistemcomocamposdistintosdedisciplinascomoneurologia.Aprincipalrazãoparaessadivisãoéacrençafundamentalanteriordacausalidadedeestadosmentais.Todasastradiçõespsicoanalíticas,independentedaescoladeterapiaàqualpertencem,acreditam,porexemplo,queaterapiaenvolvereverterosefeitosquealgumtipodeexperiênciaouvisãomental(comosentimentosreprimidos,desejossubconscientes,traumasesquecidosoureforçosinadequadosqueestabeleceramumcomportamentoruim)tinhamemumcérebrooutroranormal.Parasuperaressasexperiências,aterapiabuscadescobrirmemóriasquecausamdificuldadesoumudarocomportamentocomumesquemaderecompensa/puniçãonovoemaisadequado.

Hoje,entretanto,entendendoquemuitasdoençasmentaissãoassociadasaanormalidadesdeneurotransmissores,muitassubdisciplinaspsicológicas,bemcomoocampodapsiquiatriaemgeral,tendemaveradoençamentalmaiscomoumproblemacerebralorgânicoasertratadocomremédios.Nessavisão,aterapiaéusadaparaavaliaraeficáciaeoprogressodotratamentofarmacológico,emvezdeumaferramentadetratamentoprimária.Asabordagensmaissofisticadaspodemusarterapiafarmacológicaparapotencializaraterapiacognitivaoucomportamental.

AvariasgenéticasO sequenciamento do genoma humano (e os genomas de muitos animais,principalmente de ratos) produziu enormes avanços no entendimento de comováriassíndromesdedisfunçõescerebraisdependemdesubstituições,exclusõesouadiçõesgenéticasespecíficas.Aseguirháuma listadedistúrbiosgenéticosbemconhecidosquetêmsériosefeitoscognitivosouneurológicos:

»SíndromedeDown:Tambémchamadadetrissomia21,écausadapelapresençadeumcromossomo21extraoupartedele(humanostêm48cromossomosnumeradosde1a48).AsíndromedeDownocorreemmaisdoque1em1.000nascimentoseémaiscomumemcriançasnascidasdepaismaisvelhos,devidoàchanceestatisticamentemaiordeelesteremessedanocromossômicoaleatórioespecífico.Asíndromeéassociadanãosócomdeficiênciamentaldemoderadaagravedeaprendizagem,mastambémacomplicaçõesemoutrossistemasdeórgãosalémdocérebro,oquereduzaexpectativadevida.Aquelesquevivematéos50anostêmumriscosignificantementemaiordemaldeAlzheimerprecoce.

»SíndromedoXFrágil:RecebeestenomeporqueresultadamutaçãodocromossomoX,eéacausahereditáriamaiscomumdadeficiênciaintelectual.Tambéméacausamaiscomumenteconhecidadegeneindividualdoautismo.AsíndromedoXFrágilécaracterizadapordeficiênciasdeaprendizagemeváriascaracterísticasfísicas,emocionaisecomportamentaisperceptíveis.Ascaracterísticasfísicasincluemumrostoalongado,orelhasgrandessalientes,péschatosebaixotônusmuscular.IndivíduoscomXFrágilexibemansiedadesocial,incluindo,particularmente,aversãoaoolhar.AsíndromedoXFrágiléneurologicamenteassociadacomfunçãoreduzidadasregiõespré-frontaisdocérebro.

»SíndromedeRett:Éumdistúrbiocerebraldodesenvolvimentocaracterizadopormorfologianeuronalanormaleníveisreduzidosdosneurotransmissoresnorepinefrinaedopamina.Característicasfísicasincluemmãosepéspequenoseumatendênciaàmicrocefalia.Traçoscomportamentaisincluemapertarasmãosrepetidamente,habilidadesverbaisruinseumatendênciaemterescoliose.Asíndromeafetaquaseexclusivamentemulheres(homensafetadosnormalmentemorremnoútero).

»SíndromedeWilliamsouSíndromeWilliams-Beuren:Éumdistúrbiorarodoneurodesenvolvimentocaracterizadopordeficiênciasdeaprendizagem,excetoporforteshabilidadeslinguísticas.IndivíduoscomasíndromedeWilliamstendemasermuitoverbaisesociáveis.Elestêmumaaparênciafacial“élfica”,

comumapontenasalbaixa.Essasíndromeécausadaporumaexclusãodeváriosgenesnocromossomo7.

»Autismo:Éumdistúrbiodoespectrocomváriascausasgenéticaseumagamadecaracterísticasemdiferentesindivíduos,variandodedeficiênciasseverasdeaprendizagemaleveinaptidãosocial.AsíndromedeAspergerénormalmenteincluídanoespectrodoautismocomoautismosematrasooudisfunçãosignificantedelinguagem.Indivíduosautistaspodemterinteligênciaacimadamédiaeexibiraptidãoincomumparacertasáreastécnicasouartísticas.Muitosprodígios(pessoascomhabilidadesdecálculo,memorizaçãoouartísticasextraordinárias)sãoautistas.Emsuaformasevera,oautismoémuitodebilitante,caracterizadoporumainabilidadetotaldeenvolvimentoeminteraçõessociais,comportamentosrepetitivos,comoobalançocontínuo,ehabilidadesdelinguagemextremamenteruins.Emborasejaclaroqueoautismotemváriascausasgenéticasdevidoasuaaltahereditariedade,osmecanismosdeseusefeitoscontinuammalcompreendidos.

DoençasmentaisdodesenvolvimentoedoambienteAdoençamentalpodeclaramenteocorreremumcérebrogeneticamentenormalquesofreudanoorgânicoduranteoudepoisdodesenvolvimento.Tambémpodesurgir de trauma ou estresse que leva a mudanças indiretas no cérebro comfatorescomoestressecrônicoouprivaçãodesono.Disfunçõescerebraisgeradasambientalmentebemconhecidasincluemasseguintes:

»Síndromealcoólicafetal:Desenvolvidaquandoamãebebeálcoolexcessivamenteduranteagravidez.Oálcoolcruzaabarreiradaplacentaepodedanificarneurônioseestruturascerebrais,levandoadeficiênciascognitivasefuncionaiscomodeficitdeatençãoememória,comportamentoimpulsivoecrescimentogeralatrofiado.Aexposiçãofetalaoálcooléumacausasignificantedadeficiênciaintelectual,estimadaemcercade1acada1.000nascimentos.Éassociadacomcaracterísticasfaciaisdistintas,incluindonarizcurto,lábiosuperiorfinoedobrasdepelenocantodosolhos.

»Estressematernal:Seumamãeéaltamenteoucronicamenteestressadaenquantoestágrávida,seufilhoémaispropensoaterproblemasemocionaisoucognitivos,comodeficitdeatenção,hiperatividade,ansiedadeeatrasodelinguagem.Oambientefetalpodeseralteradoquandooestressematernalmudaoperfilhormonaldamãe.Pensa-sequeissoocorrepeloeixohipotálamo-pituitária-adrenal(HPA)viasecreçãodecortisol,umhormôniodoestressequetemefeitosdeletériosnosistemanervosoemdesenvolvimento.MaisrecentementefoimostradoquemudançasepigenéticasnaexpressãodoDNApodemafetarcélulasgerminativase,portanto,serherdadas.

»Transtornodeestressepós-traumático(TEPT):Éumdistúrbiodeansiedadeseveroquesedesenvolvedepoisdeumtraumapsicológicocomoameaçademorte,guerraouameaçasignificanteàintegridadefísica,sexualoupsicológica,quesobrecarregaacapacidadedesuperação(dotrauma,nocaso),comoemumaagressãosexual.Eventostraumáticoscausamumarespostahiperativadeadrenalina,quepersistedepoisdoevento,tornandoumindivíduohiper-responsivoasituaçõesdemedofuturas.

TEPTécaracterizadopordesregulaçãodocortisolecatecolaminaalta,secreçãocaracterísticadaclássicarespostadelutaroucorrer.Esseshormôniosdesviamrecursosdemecanismoshomeostáticoscomoadigestãoerespostasimunesemdireçãoàquelesnecessáriosparaesforçomuscularintensoeimediato.Estresseextremooucrônicopode,eventualmente,danificarocérebro,assimcomoocorpo.Algumasevidênciasmostramqueasterapiasdedessensibilização,noqualosofredordeTEPTexperimentanovamenteaspectosdoestressoremumambientecontrolado,podemmitigaralgunsdeseusefeitos.Taisterapias,sebem-sucedidas,podemsersuperioresàmedicaçãoantiansiedadegeral,quepodelidarapenascomossintomas,emvezdacausadodistúrbio

Doençasmentaiscomcomponentesgenéticosedodesenvolvimento

misturadosOstiposmaiscomunsebemconhecidosdedoençasmentais,comoadepressão,a esquizofrenia e o transtorno bipolar, têm relacionamentos complexos entrevários caminhos de suscetibilidade genética e gatilhos ambientais. Apesar deseusesforçosextraordinários,oscientistasaindanãoentendemosmecanismosneurais básicos que resultam nesses distúrbios mentais. Entretanto, progressosignificativo foi feito nas últimas duas décadas, usando uma combinação deimageamento cerebral, genética e sistemas de neurociência (modelagem docérebrocomoumsistemaequilibradodinâmico)paraentenderanormalidadesdafunçãoneurotransmissoranoscérebrosafetados.Commelhorcompreensãodosmecanismos por trás desses distúrbios vêm melhores abordagens de pesquisaparadeterminarcomomelhoraliviá-los.

Sentindo-setriste:DepressãoAdepressão,queafetaquase15%dapopulação,éaformamaissériadedoençamental em termos de custo total. Algumas fontes estimam os custos direto eindiretoemmaisdeU$50bilhõesanualmentesónosEstadosUnidos.

A depressão é pouco compreendida, mas o termo claramente designa muitassíndromesedoençasdiferentes,algumasquepodemterumabasegenéticaforte,enquantooutrasnão.Porexemplo,hámuitoscasosemquepessoasficaramsemqualquerdepressão significativa avida inteira,masmergulharamnadepressãoporumaúnicaexperiênciatraumática,comoamortedeumfilhooucônjuge.Adepressão também parece resultar de estresse crônico de baixo nível. Elatambémsedesenvolveemalgunsindivíduosefamíliascomaltahereditariedadenaausênciadequalquergatilhoambientalidentificável.

Aseguirestãoalgumasteoriassobreadepressãoeasterapiasbaseadasnelas.

AHIPÓTESEDAMONOAMINA:SEROTONINAINSUFICIENTEA hipótese da monoamina sugere que a depressão resulta de um deficit noneurotransmissor serotonina. A maioria dos antidepressivos (alguns recentes,como o Prozac) são projetados para elevar os níveis de serotonina. Muitostambémtendemaelevarosníveisdenorepinefrinaedopamina.

Entretanto,pessoasdeprimidasnãomostramníveisdeserotoninaanormalmente

baixos, e diminuir esses níveis artificialmente em pessoas sem depressão nãoresulta em depressão. Assim, embora elevar os níveis de serotonina comremédioscomoISRSsouSSRI(inibidoresseletivosdarecaptaçãodaserotonina,comoProzac)possaaliviarsintomasdepressivosemalgumaspessoas,nãoestánadaclaro—e,defato,éimprovável—quefazerissocrieumestadocerebralnormalnessaspessoas,restaurandoumadeficiênciaintrínsecadeserotonina.

OCÓRTEXCINGULADOANTERIOR:ÉCULPADOCCAEstudosdeimagensdocérebroapontaramparaocórtexcinguladoanteriorcomoum local no cérebro cuja ativação pode ser responsável por alguns tipos dedepressão, especialmente se associados com dor ou dor crônica. O CCA égeralmente ativado pela dor, antecipação da dor e experiências negativas.Tambémexibeníveismaisaltosdeatividadeempessoasdeprimidasdoqueempessoas não deprimidas. Terapias usadas para lidar com um CCA hiperativoincluemasseguintes:

»Ablação:Emalgunstestesclínicos,partesdoCCAforamremovidosparatentaraliviardoresintoleráveisempacientesqueestavamterminalmentedoentes.Muitosdessespacientesrelataramqueaindapodiamsentirdorfisicamente,masasensaçãojánãoeraangustiante,similaraosefeitosdealgunsanalgésicos(eupossoatestarpessoalmenteessaexperiênciaquandorecebiDemerolparaumombroseparado).

»Estimulaçãocerebralprofunda(ECP):AECP,queinativaparcialmenteoCCAempacientesseveramentedeprimidos,envolveinserirpermanentementeumeletrodoemumaáreacerebralespecíficaeimplantarumacaixaeletrônicaestimulantemuitoparecidacomummarcapasso,quepassapulsosdecorrenteatravésdoeletrodo.Algunsdessespacientesexperimentaramalívioimediatodadorassimqueacorrentefoiligada.

OusodeECPparadepressãofoiprecedidoporumusomuitomaiscomumempacientescommaldeParkinson.Aestimulaçãodo

núcleosubtalâmicodaECPproduziualívioimediatodesintomasemmilharesdepacientescomParkinson(onúcleosubtalâmicoépartedocircuitoneuralnosgângliosbasais,quetambémincluemasubstâncianegra,áreascerebraisprimariamenteafetadaspelomaldeParkinson).

TRATAMENTOSDECHOQUE,SENTIMENTOSOUEMOÇÕESNEGATIVASEMEMÓRIAMuitos estudosmostraramque pessoas tendem a interpretar experiênciasmaisnegativamente quando estão deprimidas. Uma classe de teorias que podemutilmenteserchamadasdeteoriasdaespiraldescendentesugereumprocessodefeedbackemquesentimentosouemoçõesnegativascriammemóriasnegativas,criandoaindamaissentimentosouemoçõesnegativas,eventualmenteresultandoemumadepressãoinescapável.

Se essa é amaneira pela qual a depressão funciona, a estratégia terapêutica équebraresseciclodefeedback.Doistiposdealternativasdemodulaçãoneuralaterapias farmacológicas foramusadosparaesseefeito: terapiaeletroconvulsiva(ECT)eestimulaçãomagnéticatranscraniana(EMT).

»Terapiaeletroconvulsiva(ECT):AECTenvolvepassarcorrenteselétricaspelocérebroviaeletrodosnocourocabeludo.Opropósitoéinduzirumaconvulsãotransitóriaqueinterrompetemporariamenteaatividadecerebralecausaperdadememóriaretrógrada.Essaperdadememórianormalmenteenglobaváriosmesesanteriores,algunsdosquaissãorecuperadosaolongodospróximosdiasesemanas.Tambémpodehaverperdadememóriaanterógrada,capacidadereduzidadeformarnovasmemóriasdelongoprazo,porváriassemanas.AECTfoiusadafrequentementeduranteaúltimametadedoséculoXXparacasosdedepressãointratáveisqueenvolviamriscosignificativodesuicídio.Foiconsideradarelativamentenãoinvasiva.Noentanto,seuusocaiuemdesusoporváriasrazões:umaaversãogeraleminduzirconvulsõesempacientes;ofatodequehouverelatosfrequentesdedeficitcognitivoduradouroincluindo,masnãoselimitandoa,perdadememória;ofatodequeseusefeitosnormalmenteduravamapenasalgunsmeses;eadisponibilidadedetratamentosfarmacológicosalternativosquemostravam

possibilidadesemalgunspacientes.

»Estimulaçãomagnéticatranscraniana(EMT):Naúltimadécada,aEMTfoiusadademaneirasimilaràECT.AEMTenvolvecriarumcampomagnéticodealtopulsosobreumaáreacerebralespecíficaviaumabobinaexternaatravésdaqualumaaltacorrenteépassadaporváriosmilissegundos.Essepulsodecampomagnéticoproduzcorrentesdentrodocérebroabaixodabobina.Emboraosdetalhesneuraisdeexatamentecomoascorrenteselétricasafetamocérebronãoestejamtotalmenteclaros,aEMTinterrompeaatividadecerebralnaáreaafetadatransitoriamenteseminduzirumaconvulsão(emborapossaproduzirconvulsões,especialmenteseaestimulaçãoforbilateral—ouseja,envolvendoáreasdeambososladosdocérebroaomesmotempo).AlgunsclínicosalegaramsucessonotratamentodadepressãocomaEMT.Enquantoojúriaindanãodecide,porquenenhumtesteclínicoadequadamentealeatórioeextensofoifeito,atécnicaparecesermuitomaisbenignaqueaECT.

AEMTfoioriginalmenteumaferramentadepesquisausadapararesponderperguntassobreseoprocessamentoemumaáreacerebralespecíficaeranecessárioparapercepçãooucomportamentomotor.Porexemplo,pesquisadoresapresentaramestímulosrequerendoqueossujeitosfizessemumjulgamentosobreummovimentoenquantocriavampulsosEMTsobreasáreasdetectorasdemovimentonocórtexvisual.QuandoopulsoEMTcomprometiaacapacidadedosujeitodefazeralgo,validava,emgeral,osexperimentosdeimageamentodocérebroquemostravamatividadenamesmaáreaemummomentoespecíficoassociadocomfazeramesmatarefa.

Experienciandoconvulsõesnocérebro:Epilepsia

A epilepsia é caracterizada por convulsões no cérebro. Convulsões sãoincidentesdeatividadeneuralhiper-síncronaduranteosquaisfunçõescerebraiscontroladas enormais são severamente comprometidas.Aepilepsia temváriascausas,variandodegenéticaaanormalidadesdodesenvolvimentoquepodemtercontribuiçõesambientais.Tratamentosparaaepilepsiaincluem

»Remédios:Chamadosanticonvulsivantes;atualmente,cercade16*sãoaprovadospelaAnvisa*.AmaioriadelestemcomoobjetivoaumentaratransmissãoGABA(GABAéoneurotransmissorinibitóriorápidomaisimportanteeubíquonocérebro).Cercade70%dospacientesexperienciaumareduçãodasconvulsõescomumoumaisdessesremédios—oquedeixacercade30%dosepilépticossemmelhoracomqualquerremédioaprovado.Amaioriadosanticonvulsivantestambémtemefeitoscolateraissignificativos.

»Cirurgia:Éaprincipalpossibilidadedetratamentoparapacientescujasconvulsõesnãopodemsercontroladasporremédiosouquenãoconseguemtolerarosefeitoscolaterais.Nacirurgiadeepilepsia,aequipecirúrgicatentalocalizarofocodaconvulsão,queéaáreadanificadadocérebroondeaconvulsãonormalmentecomeça,pararemovê-la.Acirurgiaébemeficaz,poisofocodaconvulsãopodeserlocalizadoeremovido,mashámuitoscasosemqueissonãoépossível.

Abusca continuapor remédiosmelhores emelhores técnicasde imageamentoparalocalizarondeecomoasconvulsõessurgem.

Pensamentosdesordenadosepsicóticos:EsquizofreniaAesquizofrenia é umdistúrbiomental emqueo pensamento é desordenado enão reflete a realidade. Ela é associada com disfunção social significativa edeficiênciasque,emcasosseveros,requeremhospitalização.

Sintomasdaesquizofrenianormalmenteaparecememjovensadultos,ecaememduascategoriasgerais:

»Sintomaspositivossignificamcomportamentosouprocessoscomoouvirvozesoutentarescapardepessoasimagináriasseguindoosofredor.Essasvozesàsvezes“ordenam”apessoaacometeratosinadequadosesãoassociadascomparanoiaecrençasdelirantes.Examescerebraisdeesquizofrênicosdurantetaisalucinaçõesauditivasmostramatividadeemseucórtexauditivo,sugerindoque

auditivasmostramatividadeemseucórtexauditivo,sugerindoquealgumafonteinternanocérebroestágerandoatividadeemáreasauditivasqueoesquizofrêniconãoconseguedistinguirdaaudiçãoreal.

»Sintomasnegativossereferemprincipalmenteàretiradaeàfalhaemseengajareminteraçõessociais.Elesincluemafetoeemoçãoreduzidos,perdademotivação,retraimentosocial,anedonia(ainabilidadedeexperienciarprazer)efaltadeatençãoàhigieneeatividadesrotineiras.Elessãofrequentementeacompanhadosdedeclíniocognitivo.

Emborasintomaspositivospossamapresentarumdesafiodegestãoquandoospacientes agem em ideias delirantes, os sintomas negativos têm umacontribuição maior à baixa qualidade de vida e são menos eficazmentecontroladoscomremédios.

ABASEGENÉTICADAESQUIZOFRENIADevido à idade típica do início— início da idade adulta, a época em que amielinização do lobo frontal está completa (o último grande estágio damielinizaçãoduranteodesenvolvimento;vejaoCapítulo16)—,aesquizofreniaénormalmenteconsideradacomoumadoençadolobofrontalque,devidoàsuahereditariedade,temumagenéticafortee,portanto,baseorgânica.

Umfatoargumentandopelabasegenéticadaesquizofreniaéque,seumgêmeoidênticotemesquizofrenia,ooutrotemumachancede40a50%dedesenvolvera doença, mesmo quando gêmeos idênticos são criados separados. Se aesquizofrenia fosse devida a efeitos ambientais aleatórios, então a chance deambos os gêmeos terem seria muito menor do que 1%. Por outro lado, se aesquizofreniaédeorigemgenética,nãoéclaroporqueataxadeconcordância(chancede tê-laseumparentepróximocomoumgêmeoidênticoa tiver)édeapenas 50%, e não de 100%. Isso levou alguns cientistas a postularem anecessidadedeumgatilhoambientalqueageemumasuscetibilidadegenética.Ninguémtemnenhumaboaideiasobrequalsejaessegatilho.

OPÇÕESDETRATAMENTOTratamentos farmacológicos para esquizofrenia melhoraram muito a vida dealguns sofredores nas últimas décadas. Esse é, particularmente, o caso para

alíviodossintomaspositivos,quesãogeralmenteosmaisdifíceisdelidar.Porrazões desconhecidas, sintomas negativos não respondem bem à maioria dosmedicamentos.

Amaioriadosesquizofrênicosétratadacommedicamentosantipsicóticos,comoclozapina, quetiapina, risperidona e perfenazina. O que não é claro é por quealgunsdessesagentesfuncionammelhoremalgunspacientesdoqueemoutrospara sintomas positivos e por que nenhum deles realmente funciona bem emrelaçãoasintomasnegativos.Aquestãodaprescriçãoécomplicadapelofatodequeváriosdessesremédiostêmefeitoscolateraissérios.Interessantemente,entreosremédiosquealiviamalgunssintomasestãoagentesqueaumentamosníveisde acetilcolina no cérebro. A nicotina, como dos cigarros, é um agonistanicotínico, e fumar, talvez como uma forma de automedicação, é altamenteprevalenteentreesquizofrênicos.

ObsessãopeloTOCO transtorno obsessivo-compulsivo (TOC) é um distúrbio da ansiedadecaracterizado por pensamentos intrusivos que levam a comportamentosrepetitivosparaaliviaraansiedaderelacionadaaopensamento.Sintomastípicosincluem limpeza excessiva, especialmente das mãos, verificação repetida poralgo não feito ou perdido, aderência ritualística a certos procedimentos,acumulação, preocupação com pensamentos sexuais ou religiosos e aversõesirracionais, como medo extremo de germes. Em casos extremos de TOC, osofredorpodeserparanoicooupsicótico.Diferentedaesquizofrenia,noentanto,os sofredores deTOCnormalmente estão conscientes de suas obsessões e sãoangustiadosporelas.Temumaincidênciadecercade2%.

O TOC foi ligado a uma anormalidade no sistema neurotransmissor daserotoninaeé,àsvezes,tratadocomsucessocomISRSs(inibidoresseletivosderecaptação da serotonina). Mutações em genes ligados à serotonina foramidentificadosemalgunsgruposdesofredoresdeTOC,masumaligaçãogenéticaforte geral não foi identificada, e fatores ambientais podem ter um papel naproduçãodotranstorno.

APromessadosProdutosFarmacêuticos

O cérebro é um computador que usa fluxo de corrente elétrica para realizarassociações dentro dos neurônios e neurotransmissores químicos paracomunicaçãoentreneurônios (nãoobstanteumaminoriadesinapseselétricas).Atravésdafendasinápticadeondeosneurotransmissoressãoliberados,muitostipos diferentes de receptores podem existir para cada neurotransmissor. Osistema nervoso é precisamente equilibrado entre a excitação e a inibição emváriosníveis,deumúniconeurônioaocérebrointeiro.

Quase um século de trabalho em sistemas de neurociência (anatomia bruta eeletrofisiologiausadapara estudaro cérebro comoumsistemacomputacional)forneceuumaimagembemdetalhadadosváriossistemasneurotransmissoresnocérebro e os circuitos em que são usados. Eles incluem os principaisneurotransmissores rápidos, glutamato e acetilcolina, neurotransmissoresinibitórios rápidos, GABA e glicina, e vários neuromoduladores, comocatecolaminaseneuropeptídeos.

A maioria dos distúrbios mentais é associada com algum desequilíbrioneurotransmissor, mesmo se o desequilíbrio não seja a causa original, mas oresultadodealguminsultoambiental.Amaioriadostratamentosparadistúrbiosmentais, fora da psicoterapia convencional para problemas mentaisrelativamente leves, envolve remédios que afetam direta ou indiretamente afunçãodeumoumaissistemasneurotransmissores.Amaioriadessesremédiosesuplementosagesimulandoneurotransmissores.Nasseçõesseguinteseuexplicocomoessesremédiosfuncionam.

MedicaçõesantipsicóticastípicaseatípicasOs tratamentos medicamentosos mais eficazes para esquizofrenia sãomedicamentos antipsicóticos que reduzem sintomas positivos (poucas drogasaliviam sintomas negativos). Os antipsicóticos normalmente suprimem aatividadedadopaminae,àsvezes,daserotonina.

Foi originalmente teorizado que a esquizofrenia era causada por ativaçãoexcessivadeumtipoespecíficodereceptordedopamina,oD2.Remédiosquebloqueiam o D2 de dopamina funcionam reduzindo sintomas psicóticos,enquanto anfetaminas, que causam a liberação de dopamina, os pioram. Issolevou ao uso dos chamadosantipsicóticos típicos, que incluemclorpromazina,haloperidoletrifluoperazina.

No entanto, vários medicamentos antipsicóticos mais novos, chamadosantipsicóticosatípicos,tambémsãoeficazesenãotêmcomoalvooreceptorD2de dopamina. Esses agentes melhoram o funcionamento da serotonina commuito menos efeito bloqueador na dopamina. Remédios atípicos incluemclozapina,quetiapina,risperidonaeperfenazina.

HáinteresserecenteemsenúmerosanormalmentebaixosdereceptoresNMDAdeglutamatoestãoenvolvidosnaesquizofrenia (autópsiadecérebrosdaquelesdiagnosticados com esquizofrenia mostram menos desses receptores do queexiste em um cérebro normal). Remédios bloqueadores de receptoresNMDA,como a fenciclidina e a cetamina, também mostraram imitar sintomasesquizofrênicos (o alucinógeno LSD tem efeitos similares à cetamina). Acetaminatambémtevealgumsucessonotratamentodotranstornobipolar.

RemédiosqueafetamosreceptoresGABAQuando a atividade neuronal é excessiva (como na epilepsia, esquizofrenia edepressão), estratégias de tratamento que visam a redução da excitação ouaumentodainibiçãonocérebropodemsereficazes.

Paraepilepsia,aestratégiaéaumentarainibiçãodeatividadeneuronal,eissoétentadopormeioderemédioschamadosanticonvulsivantes,amaioriadosquaisvisa aumentar a transmissão GABA (GABA é o neurotransmissor inibitóriochave no cérebro). Atualmente cerca de 16 remédios anticonvulsivantes têmaprovação da Anvisa. Alguns exemplos notáveis incluem (nomes das marcasestão entre parênteses): fenitoína (Hidantal), carbamazepina (Tegretol) eclonazepam(Rivotril).

RemédiosqueafetamaserotoninaInibidores seletivos de recaptação da serotonina (ISRSs) são uma classerelativamenterecentederemédiosusadosparatrataradepressãoedistúrbiosdaansiedade.Elesfuncionam,comoseunomesugere,inibindo,oudesacelerando,a recaptaçãodaserotoninapelo terminalpré-sinápticoparaqueaconcentraçãode serotonina fique mais alta na fenda sináptica, ativando os receptores pós-sinápticospormais tempo.Aumentara serotoninaqueé liberadanaturalmenteparece produzir melhores resultados do que aumentar a concentração

sistemicamente.

Alguns potenciadores de serotonina atualmente usados incluem os seguintes(nomes dasmarcas entre parênteses): fluoxetina (Prozac), paroxetina (Paxil) esertralina(Zoloft).

RemédiosqueafetamadopaminaA dopamina é um neurotransmissor catecolamina que tem cinco tipos dereceptores conhecidos (D1, D2, D3, D4 e D5). A dopamina é produzida nasubstâncianegraenaáreategmentalventral.

Tentativasdefornecerdopaminaparacompensaressaperdanasubstâncianegra,comonomaldeParkinson, falharam,porque adopaminanão cruza abarreirahematoencefálica se administrada na corrente sanguínea. Entretanto, seuprecursor no caminho para sua síntese em células, a L-dopa, cruza. Essetratamento pode mitigar os sintomas de Parkinson por vários anos, maseventualmente se torna ineficaz. Além disso, no decorrer do tratamento, ospacientes podem desenvolver síndromes do controle motor chamadasdiscinesias.A ineficácia é provavelmente devido à perda de receptores para adopaminaoumortedecélulasqueadopaminanormalmenteativa.

A dopamina também é o neurotransmissor reforçador para o sistema derecompensa do cérebro. Ela é liberada no córtex pré-frontal em resposta acomida, sexo e estímulos neutros aos quais estímulos prazerosos foramassociados.Drogascomoacocaína,nicotinaeanfetaminaslevamaumaumentoda dopamina nos caminhos de recompensa do cérebro e podem sequestrar esobrecarregarosistemanaturalderecompensa,levandoaovício.

Muitosmedicamentosantiansiedadetêmosreceptoresdedopaminacomoalvo,particularmenteoreceptorD2,comojádiscutido.

AlgumassubstânciaspsicoativasnaturaisSubstâncias psicoativas naturais foram usadas em rituais religiosos e noxamanismopormilharesdeanos.Essassubstânciasincluemváriosbioquímicosquepodemativaros receptoresde serotonina edopamina eproduzir euforia ealucinações emdoses altas o suficiente.Exemplos perceptíveis incluempeiote

(mescalina) e psilocibina. A psilocibina é notada por seu efeito frequente deinduzirexperiênciasparecidascomasreligiosaseé,naverdade,raramenteumadrogarecreativa.Antagonistascolinérgicosnaturaisdeplantascomoabeladonaeamandrágorasãoalucinógenos.

Canabinoides encontrados namaconha ativam os receptores chamados CB1 eCB2, que estão envolvidos na dor e nos sistemas de controle imunológico docérebro.Háumavariedadedadrogapopularrecentementechamadasspice.Essenome se refere a várias misturas herbais e substâncias sintéticas quenormalmente agem com receptores canabinoides e outros neurotransmissoresafetados por outras drogas recreativas. Muitas formulações do spice foramdesenvolvidas para contornar leis banindo substâncias recreativas específicas,comosingredientesdospicetendodiferençasquímicasleves.Elasacabaramporser muito perigosas, no entanto, com algumas sendo extremamente tóxicas.MDMA,conhecidocomoecstasy,éumadrogapsicoativacompropriedadesdeumestimulantesimilaràanfetaminaeàmescalinaalucinógena.

*A lista demedicamentos aprovados pelaAnvisa sofre alterações, inclusões e exclusões sempre que oórgãodivulganovalista.Portanto,estenúmeropodemudaraqualquermomento.Valelembrarquetodososmedicamentosdestacategoriasópodemseradquiridosmedianteapresentaçãodereceitamédica.

5APartedosDez

Nestaparte…

Descubraasdezestruturascerebraiscruciaisquetornamamentehumanaoqueelaé.

Descubradeztruquesdeneurôniosqueosfazemfazeroquefazem.

Descubrafatosincríveissobreocérebro,incluindoalgunsmitosemqueseacreditamcomumente.

Descubratratamentosfuturospromissoresparaocérebroedistúrbiospsiquiátricos,incluindoapossibilidadedemelhorareletronicamentenossacapacidadecognitiva.

O

Capítulo18Dez(OuMais)EstruturasCerebraisCruciais

NESTECAPÍTULO

Observandoasáreasquecontrolamomovimento

Considerandoáreasquemedeiamaconsciênciaeopensamento

Focandoemáreasqueimpactamossentidos

cérebroconsistedemuitasáreasfuncionaisdistintas.Algumasdelassãoanatomicamentediferentes; outras funções estão espalhadaspormuitas

áreas, e não localizadas. Nos casos em que diferentes áreas cerebrais sãoresponsáveis por funções específicas, a destruição delas tende a levar à perdaseveradaquelafunção.Asáreasquelistonestecapítulosãoaquelasquetêmumaimportância crucial conhecida para uma função cognitiva específica, são oassunto de pesquisas atuais consideráveis e são especificamente afetadas pordoençascerebraissignificativas,comoomaldeParkinsoneAlzheimer.

Umalistadedezáreascerebraisépequenacomparadaàscentenasdeestruturasdosistemanervosoetratosdeaxôniosnomeados.Contudo,vocêprovavelmentepoderásepassarporumneurocirurgiãosepudercitarsóessasdez.Entãoaquiestão:dez(bem,tecnicamente11)áreascerebraisquefrequentementesãonotícia(mas,porfavor,nãotentenenhumaneurocirurgiaatéquetenhalidointeiramenteoVolumeII).

ONeocórtex

Quandovocêobservaumcérebrohumano,amaioriadoquevêéoneocórtex.Essa característica mamífera diminui o resto do cérebro, encobrindo-o eenvolvendo-o quase todo. O neocórtex tem duas propriedades notáveis emrelaçãoaorestodocérebro:

»Éenorme,contendoamaiorproporçãodeneurôniosemtodoocérebro,comapossívelexceçãodocerebelo.

ȃsurpreendentementeuniformenaarquitetura,consistindocompletamentedamesmaestruturadeseiscamadascomosmesmostiposneuronaisecircuitos.

Oneocórtexestánotopodahierarquiadeprocessamentoparatodosossentidos,bem como para controle do comportamento. Para ler mais sobre o papel doneocórtexnocomportamento,vejaoscapítulos13e14.

OTálamo,PassagemparaoNeocórtexOtálamoéaportaparaoneocórtex.Emcadahemisfériocerebral,otálamoestábempróximodocentrodocérebro,passandoerecebendoinformaçõesdeváriasáreasdoneocórtex.Écomoocentrodeumarodaqueconcentraedistribuitodasasforças.

O sistema olfativo é o único sistema sensorial em que há uma projeção daperiferia (o bulbo olfativo) diretamente para o neocórtex. Todos os outrossentidos envolvem algumprocessamento periférico, seguido por uma projeçãoparaumaáreaespecíficadotálamo,queentãoprojetaparaumaáreaprimáriadoneocórtexparaaquelesentido.Mesmonosistemaolfativo,oneocórtex(córtexorbitofrontal) projeta para uma região olfativa do tálamo, que projeta de voltaparaocórtexorbitofrontal.

Como o tálamo recebe entradas de todos os sentidos e mais do sistema decontrole motor e da formação reticular (responsável pelo estado de alerta e

atenção), ele atua como omaestro de orquestra, dividindo atividades entre osváriosinstrumentos.

O tálamo é particularmente importante para fazer ligações rápidas e eficazesentre os lobos frontais e os lobos parietal, occipital e temporal.A informaçãotransportadaentreessasáreasserelacionaàatenção,percepçãoeconsciência.

Devido a esse papel central nos sentidos, você pode encontrar muitasinformaçõessobreotálamonoscapítulosdaParte2.

OPulvinarNabuscaporáreascerebraisqueparecemcontrolarváriasoutrasáreascerebrais,osneurocientistassãofrequentementelevadosaopulvinar,umnúcleonaregiãomaisposteriordo tálamo.Essenúcleo,que temconexõesbemespalhadascomtodo o córtex, está envolvido na atenção, particularmente na visual e nomovimentodosolhos.Opulvinarpareceintegraravisãoeabuscapormetasdeforma a ligar estímulos visuais adequados a respostas motoras de contextoespecífico, enquanto administra o processamento visual para ignorar estímulosvisuaisirrelevantes.Paramaissobreopulvinar,vejaoCapítulo13.

OCerebeloOcerebeloéumadaspartesmaisantigasdocérebrodevertebrados.Étambémumadasmaioresemtermosdenúmerodeneurônios,comalgumasestimativascolocandoo númerode neurônios do cerebelo emmais doqueno restante docérebro,incluindooneocórtex.

Afunçãodocerebeloémodularecoordenarocomportamentomotor.Elerealizaessatarefadetectandoerrosentreoqueé“programado”peloslobosfrontaisparaummovimentoespecíficoeoqueé realmente executado (como tentardarumpasso normal e pisar em um buraco). O cerebelo também é responsável peloaprendizado e por permitir sequênciasmotoras rápidas. Quando você aprendepelaprimeiravezaandardebicicleta,porexemplo,precisapensarsobretudooque está fazendo, mas, depois de aprender, não pensa mais nesses detalhes,porqueoprocessofoiprogramadodentrodoseucerebelo.

O cerebelo está envolvido também na cognição em termos de pensar sobre simesmo e outras pessoas ou coisas emmovimento. Por exemplo, quando vocêjogaxadrez,precisaimaginarcomoaspeçaspodemsemoverdeacordocomasregras e com quais peças do oponente elas interagirão quando o fizerem. Ocerebeloéativadoduranteessepensamento.

Combaseemtodaessainformação,vocêpodepensarquedanificarocerebelolevariaaumadisfunçãoprofundaouatéamorte.Entretanto,oprincipalefeitododanoaocerebeloédeixarapessoadesastrada.Há,defato,várioscasosbemdocumentadosdepessoasquenasceramsemcerebeloelevaramumavidaquasecompletamentenormal.

Leiamaissobreocerebeloeseupapelnomovimentonoscapítulos8a10.

OHipocampoOhipocampoéapartedocérebroquecriaasmemórias.Essaestrutura recebeentradasdetodooneocórtexeprojetadevoltaparaasmesmasáreas.

Oarmazenamentonohipocampo,noentanto,é temporário.Ohipocampopoderepassaruma sequênciade eventos emcontexto e ativar as áreas corticais queforamativadaspeloeventoemsi.Esseplaybackocorrenormalmenteduranteosono,especialmenteduranteo sonoREM.O resultadoda reproduçãoéqueasmemórias que foram armazenadas no curto prazo do hipocampo sãoarmazenadas no longo prazo nas áreas corticais que foram ativadas durante oepisódiooriginal.

Ohipocampo evoluiu antes do neocórtex, permitindo que os vertebradosmaisantigosqueosmamíferos,comolagartoseaves,aprendamcomaexperiência.Odesenvolvimento contínuo do hipocampo e sua permissão de comportamentocomplexodependentedeaprendizadopodemterestimuladoodesenvolvimentoposteriordoneocórtex.

Você pode encontrar mais sobre o hipocampo e seu papel na memória e na

inteligêncianoscapítulos12,13e15.

ÁreasdeWernickeedeBrocaAs áreas deWernicke eBroca são instrumentais para a linguagem.A área deWernicke,nafronteiraentreolobotemporalsuperioreoloboparietal,funcionacomoumaáreadeassociaçãoauditivadeordemsuperior.

Suafunçãoéprocessarafala.Paraissoelaprecisainteragircomoutrasáreasdocérebro que armazenam informações sobre coisas (rede de semântica),especialmente o lobo temporal. A área deWernicke também precisa ajudar aextrairsignificadodesequênciasdeacordocomagramática.Aofazerisso,elatambém interage com outras áreas cerebrais, incluindo a de Broca, no lobofrontal.

AsfunçõesdelinguagemdaáreadeWernickesãorealizadasprimariamentedoladoesquerdodocérebrode95%dosdestrosedamaioriadoscanhotos.Danosaessaárearesultamemreduçãodahabilidadedecompreendereproduzirdiscursosignificativo. A área do lado direito do cérebro correspondente à área deWernicke no lado esquerdo processa tom de voz indicando ironia, humor eoutrosaspectosdaprosódia.

AáreadeBrocaestá localizadanolobofrontal (aproximadamentenaárea40*de Brodmann), imediatamente anterior às áreas do córtex motor primárioresponsáveis por controlar a língua, os lábios e outros articuladores da fala.Danos à área de Broca resultam em dificuldade em produzir a fala. DanosseverosàáreadeBrocatambémpodemreduziralgunsaspectosdacompreensãodafala.

AidentificaçãodasáreasdeBrocaeWernickenofinaldosanosde1800foiumdos exemplos de localização inequívocos no cérebro de funções específicas.Alémdomais,ambasaslocalizaçõesmostraramqueosladosesquerdoedireitodocérebronãoeramimagensespelhadasfuncionais,maspartesdeumpadrãodeespecialização hemisférica, com o lado esquerdo processando a maioria da

linguagem,eodireito,amaioriadascapacidadesdemanipulaçãoespacial.

Paralermaissobreessasáreas,váaoCapítulo13.

AÁreaFacialFusiformeA área facial fusiforme (AFF) é uma região no lobo temporal medial que dásuporte à nossa habilidade de reconhecer rostos. Pode também funcionar emnossahabilidadedereconhecerintençãoemalgunstiposdecomportamento.

Veja como isso funciona: estímulos visuais são processados em uma série deestágios no córtex em que os neurônios se tornam mais seletivos sobre ascaracterísticasdeumestímulo,masmenosseletivossobresuaposição.

Em um certo ponto, a sequência de processamento se divide em dois fluxos,chamadosoqueeonde(oucomo).Ofluxoondeprossegueparaoloboparietaleenvolveousodavisãoparamanipularobjetoseparanavegarnomundo.Ofluxooque seespalhaemcascatasporváriasáreasdo lobo inferotemporal,que temneurônios muito seletivos para formas complexas específicas, como elipses eestrelas. A complexidade das formas selecionadas se torna cada vez maior àmedida que se continua pelo lobo inferotemporal até que o polo anterior sejaalcançado.

PertodofimdofluxodaviavisualventralestáaAFF.Aquiestãoascélulasquerespondem seletivamente a rostos, mãos e outros estímulos biologicamentesignificativod.

HáváriosestudosdecasobemdocumentadosdepacientescomdanosaoAFF.QuandoodanoincluiparticularmenteoAFF,pacientesperdemahabilidadedereconhecer rostos,mesmoo próprio, embora possam ser capazes de distinguiroutrosobjetosquepareçamsimilares,comocarrosouanimais.

Paramaissobreaáreafacialfusiforme,vejaoscapítulos5e13.

AAmígdalaExistem muitas similaridades funcionais entre a amígdala e o hipocampo.Entretanto, enquanto o hipocampo é extensivamente conectado à maioria do

neocórtex,aamígdalatemconexõesextensivascomsistemassensoriaisdenívelinferioratravésdotálamoedeumaporçãodocórtexpré-frontalchamadacórtexventromedial(ouorbitofrontal).Aamígdalatambémtemconexõesdiretamentedohipocampo,queéimediatamenteposterioraela.

Ela funciona como um sistema de memória para eventos emocionalmenteimportantes.Entretanto,diferentedohipocampo,quefuncionacomoneocórtexpara reproduzir uma representação cortical de algum evento do qual podemosficarconscientes,produzrespostasautônomasinconscientesdemedo,desgostoou apreensão aos estímulos salientes. Sua função é, geralmente, nutrir umreflexoderetiradadesituaçõeseeventosquelembremaquelesque,nopassado,podemtercausadoouquasecausadodor.Essesistemafuncionacomosistemainstintivoquetodososmamíferostêm,queevocamedoaovercobras,aranhas,sangueeexpressõesdedoroumedonorostodosoutros.

Há casos bem documentados de danos na amígdala resultando na falta depreocupaçãodapessoacomosofrimentodosoutros, incluindocasosextremosemqueaquelescomaamígdaladanificadainfligemsofrimentosemremorsoouempatia.

Leiamaissobreaamígdalanoscapítulos7e14.

OCórtexPré-frontalLateralAmemóriaoperacionaléarepresentação,emnossamente,doqueéimportantesobreasituaçãocorrente.Aprincipalárearesponsávelpelamemóriaoperacionaléocórtexpré-frontallateral.Essaáreadoneocórtexrecebeentradasdorestodoneocórtex, do tálamo e do hipocampo, e faz conexões recíprocas commuitasdessas áreas. Pouco é conhecido sobre as subdivisões funcionais dentro dessagrandeáreadocórtexpré-frontal,queéessencialparaopensamentoabstrato.

Ocórtexpré-frontal lateraléo lugardaracionalidadeeapartedocérebroquemais nos libera do comportamento puramente instintivo. Ao permitirrepresentações de coisas que não estão realmente à nossa frente nomomento,permite planejamento e busca complexa demetas.O córtex pré-frontal lateraltambém é essencial para a memória episódica, a memória para um eventoespecífico,nocontextodasituaçãoacercadoevento,emoposiçãoamemóriasdefatosouassociaçõesemgeral.

Danosaocórtexpré-frontal lateralprejudicamahabilidadedeagirdemaneiraadequada a circunstâncias atuais e demudarmetas e submetas em resposta acontingências do mundo real. O comportamento se torna mais guiado peloestímuloemaisestereotipado.

Eutratodocórtexpré-frontallateralnoCapítulo14.

ASubstânciaNegra(GângliosBasais)Os gânglios basais são um conjunto complexo interconectado de núcleossubcorticais que controlamo comportamento no nível abaixo do neocórtex.Asubstâncianegrarealizaumpapelmodulatóriocrucialnessesistema.

Uma razão pela qual os gânglios basais se tornaram relativamente bemconhecidoséomaldeParkinson,queécausadopeladegeneraçãodosneurôniosprodutoresdedopaminanasubstâncianegra.

Paralermaissobreosgângliosbasaiseseupapelnomovimento,vejaoCapítulo10.

OCórtexCinguladoAnteriorEmseufamosotratadosobreohomem,Descarteslocalizouaalmanaglândulapineal, porque é a única estrutura cerebral que é singular, em vez de serbilateralmente simétricados lados esquerdoedireitodocérebro.Seeu tivessequefazeramesmasuposiçãosobrealocalizaçãodaalma,depoisdepassarpelatentação de escolher o pulvinar, provavelmente escolheria o córtex cinguladoanterior(CCA).

Ocinguladoanterioréaparteanteriordogirocingulado,localizadologoacimadocorpocalosoeabaixodoneocórtex.Nãoéneocórtex,masmesocórtex, umtipoanteriordecórtexqueevoluiuparaotopodahierarquiadosistemalímbico.

Ocinguladoanterioréespecialporqueparececontrolaroprocessamentoneuralatravésdoneocórtex,alocandoesseprocessamentodeacordocomdemandasda

tarefa. Também é implicado na experiência subjetiva associada com aconsciência,particularmenteaconsciênciadador.Ocinguladoanterioréativadopela dor, e até pela antecipação da dor. Estimulação elétrica do CCA podeeliminarapercepçãodadorsemremoverasensaçãodoestímulodoloroso.

O CCA também é ativado quando você luta com uma tarefa difícil,particularmentequandocometeerros.EssaativaçãoépartedopapeldoCCAemalocar processamento neural pelo neocórtex de acordo com as demandas datarefa.Nessafunção,funcionaeéextensivamenteconectadocomocórtexpré-frontallateral.Emrelaçãoaisso,vocêpodepensarnocórtexpré-frontallateralcomomantenedor do conteúdo do pensamento, e no CCA como selecionadordesseconteúdo.

*Vocêpodeencontrarmaissobre issonositeemespanholhttp://asociacioneducar.com/ilustracion-areas-brodmann

N

Capítulo19DezTruquesdosNeurôniosqueosFazemFazeroqueFazem

NESTECAPÍTULO

Superandolimitaçõescausadasportamanhoedistância

Ajustandoprocessos

Inventandoumaestratégiadedesenvolvimentoúnicaparavertebrados

eurôniossãocélulas.Comocélulas,contêmcomponentescomunsatodasas células animais, como o núcleo e o complexo deGolgi. Entretanto,

neurônios têm outras características únicas a neurônios, ou pelo menos nãocomuns em outras células. Essas características únicas existem porque osneurôniossãoespecializadosparaprocessamentoecomunicaçãodeinformação.Essaespecializaçãoevoluiuporquepermitiuqueorganismosaumentassemsuaschances de sobrevivência semovendo dentro de seus ambientes com base emsentircoisascomocomida,toxinas,temperaturaepredadores.

Neurôniossãotãoespecializados,secomparadosaquaisqueroutrascélulas,queo estudo dos neurônios e da organização neural engloba muitas escolas daneurociência. Se você estiver fazendo uma entrevista de emprego em umlaboratóriodeneurociência,impressionaráochefedelaboratórioaomostrarquesabesobreasdezcaracterísticasdecélulasneuraisdasquaistratoaqui.

SuperandooLimitedeTamanhoComo processadores de informações, os neurônios recebem informações de

outrosneurônios,realizamcálculoscombasenelaseenviamosresultadosparaoutrosneurônios.

Neurônios recebem informações via sinapses. A maioria dos neurônios temsinapsesemseuscorposcelulares,eosprimeirosneurôniosprovavelmenteeramlimitados a isso. Entretanto, sinapses têm um tamanhomínimo para que umacéluladetamanhonormalpossaterapenasummáximodealgumascentenasdesinapsesemseucorpocelular.

Paratermaissinapses,oscorposcelularespoderiamcrescer,masfazerissocustamuito(umamudançacúbicaemvolumeétraduzidaparaumamudançaquadradaem área). Os neurônios resolveram esse problema desenvolvendoprolongamentosaproximadamentecilíndricoschamadosdendritos,paraqueumaumentolinearemcomprimentoevolumeproduzisseumaumentoquadradoemárea. Dendritos permitem que os neurônios recebam dezenas de milhares desinapses.

Um neurônio individual é um dispositivo de computação muito complicado.Aqui,muito brevemente, estão algumas coisas-chave a saber sobre sinapses edendritos:

»Sinapsessãoelétricasouquímicas.Sinapseselétricassãosimpleserápidas,masineficazeseinflexíveis.Sinapsesquímicassãomaispoderosaseflexíveis,massãomaislentasdoquesinapseselétricas.Paraosdetalhessobrecomosinapseselétricasequímicasfuncionameascompensaçõesenvolvidas,vejaoCapítulo3.

»Aárvoredendríticaéumlugarparasinapsesquefornecementradasparaoneurônio.Masárvoresdendríticasfazemmaisdoquesófornecerespaçoparasinapses.Elastambémpermitemqueassinapsespróximasumasdasoutrasinterajamnãolinearmente.Sinapsespróximasdocorpocelulartêmefeitosmaioresnapropagaçãodacorrenteparaocorpocelulardoquesinapsesmaisdistantes.Aestruturaramificadadosdendritostambéméimportante,porqueforneceváriassubunidadesemumnívelabaixodoquedopróprioneurônio,permitindoquedezenasdemilharesdeentradaspré-sinápticascomvariaçãodetempointerajamdemaneirasdinamicamentecomplexasparaproduzirumresultadofinal.

ObtendooMaiorRetornocomEspinhasDendríticasDendritos neuronais não são meramente superfícies cilíndricas lisas entre ospontos da ramificação. São cobertos com apêndices parecidos com pequenoscogumelos chamados espinhas. Espinhas são o local de muitas das entradassinápticasparaosdendritos,particularmenteaentradaexcitatória.

Umfatointeressantesobreasespinhaséqueelaspodemapareceredesaparecere mudar dinamicamente sua forma com base na atividade no neurônio pré-sinápticoepós-sináptico.Emoutraspalavras,mudançasnaformadasespinhasparecem ser um mecanismo para mudanças dinâmicas na força sináptica quesustentamoaprendizadoeaplasticidadenosistemanervoso.

As formas das espinhas impactam pelomenos doismecanismos que afetam aeficáciasináptica:

»Ocomprimentoeodiâmetrodopescoçodaespinhaafetamaquantidadedecorrentequealcançaoeixodendríticoprincipaldasinapseatéacabeçadaespinha.

»Ovolumedaespinhapareceafetarmudançasdeconcentraçãoiônicaassociadascomacorrentesináptica,demodoquepequenosvolumespossamcausarconcentraçõeslocalmentealtasdeíons,comocálcio,quemedeiammudançasemplasticidade.

ReceptoresIonotrópicos:PermitindoqueNeurôniosseComuniquemQuimicamenteReceptores dependentes de ligantes são os complexos proteicos do lado pós–sináptico das sinapses. Eles conectam o mundo exterior ao neurônio com omundo interior, permitindo que os íons se movam através de canais namembrana. O receptor é seletivo a tipos específicos de mensagens de outros

neurônios, baseado em sua afinidade com o neurotransmissor liberado peloneurônio pré-sináptico. O canal iônico é aberto quando o receptor liga umneurotransmissor, e amensagem é comunicada para o resto das células comoumacorrentesinápticadeentrada.

Canaisiônicosdependentesdeligantesconhecidoscomoreceptoresionotrópicossão diferentes de outro tipo de receptor, chamadometabotrópico. O receptormetabotrópicofuncionaatravésdeumlocaldeligaçãodoligantenoexteriordamembrana, comoo receptor ionotrópico,masnão temcanal emseucomplexoreceptor.Emvezdisso,aligaçãodoligantecausaaliberaçãodeummensageirointracelularquefoiligadoaoladointeriordocomplexo,queativa(normalmenteabrindo)umcanalemoutrolugarnamembrana(normalmentepróximo).

Canas ionotrópicosdependentesde ligantesnormalmentemedeiamtransmissãosináptica rápida subjacente ao comportamento. Receptoresmetabotrópicos sãonormalmentemais lentos emedeiam respostasmodulatórias ou homeostáticas,emborahajaalgunscasosdecanaisdereceptoresmetabotrópicosrápidos.Elespossibilitam que um único neurotransmissor tenha diferentes efeitos emdiferentesneurôniospós-sinápticos.

Especializando-separaosSentidosDuranteaevoluçãoemformasdevidamulticelulares,osneurôniossetornaramespecializados para sentir aspectos do ambiente. Essa especialização foi oresultado do desenvolvimento de receptores especializados na membrana ouorganelas intracelulares em células individuais. Receptores sensoriais neuraissão transdutores celulares que respondem a energia, forças ou substâncias noambiente externo ou interno e convertem a detecção em atividade elétrica,muitasvezesmodulandoaliberaçãodoneurotransmissor.Eisalgunsexemplos:

»Fotorreceptoresnosolhosdevertebradostêmestruturasderivadasdoscíliosquecapturamfótonsdeluz.Essacapturacausaumacascatadeproteína-Gintracelularquefechaoscanaisdeíonspermeáveisparasódio,hiperpolarizaacélulaereduzaliberaçãodoglutamato,oneurotransmissordofotorreceptor.

»Naorelha,célulasciliadasauditivastambémtêmcílios,que,quando

dobrados,abremcanaisiônicosquedespolarizamacélulaecausampotenciaisdeaçãononervoauditivo.

CalculandocomCorrentesdeCanaisIônicosMembranas neurais, como aquelas da maioria das células animais, sãopraticamente impermeáveis para o fluxo de água e a maioria dos íons. Noentanto,membranasneuraisdiferemdaquelasdeoutrascélulas,poistêmmuitoscanaisiônicosdiferentesquepodemserativadosporligantesouvoltagem.

Quando canais iônicos são abertos e permitem que íons de sódio passem, oneurônioéexcitado.Eleé inibidoquandooscanaisdepotássiooucloretosãoabertos.Neurônios têmmilhares de canais iônicos de diferentes tipos em suasmembranas,queabrememcombinaçõescomplexasquevariamcomotempo.

Oneurôniocalculaainteraçãodetodososfluxosiônicosdetodososcanaisnoneurônio. Para essa associação acontecer, um certo número de entradasexcitatóriasprecisaestar simultaneamenteativo,enquantoumcertonúmerodeentradas inibitórias deve estar inativo. Dadas 10 mil entradas diferentes, onúmerodecombinaçõesúnicasqueumneurôniopodediscriminaréumnúmeroastronomicamentegrande.

A estrutura da árvore dendrítica do neurônio é crucial em sua computação.Pesquisadoressabemquemenoscorrenteinjetadaemsinapsesdistaisalcançaocorpocelulardoqueasinjetadasemsinapsesproximais,eotempodacorrentedistalémaislento.Umaárvoredendríticaramificadaproduzmuitomaislocaisde sinapse nosmuitos ramosdistais do que nos próximos, o que parcialmentecompensa a redução emmagnitudede correntede sinapsesdistais individuais.No entanto, ela não compensa a maior lentidão das sinapses distais versusproximais.Porcausadisso,asentradasaosneurôniosque tendemadominaraatividade rápida de neurônios pós-sinápticos tende a ocorrer em sinapsesproximais,enquantosinapsesdistaissãoprimariamentemodulatórias.

MantendooSinalFortepor

LongasDistânciasOsdendritosmais remotos emumaárvoredendríticaneural raramente estão amais do que algumas centenas de micrômetros do corpo celular. Entradassinápticas a essa distância estão severamente enfraquecidas no momento quealcançamocorpocelularpeloqueéchamadodepropagaçãoeletrotônicasobreamembrana.Masmesmoqueoenfraquecimentosejasignificativo,hásinapsesosuficientenosdendritosmaisdistantespararesultaremumaentradaefetivanocorpocelular.

Entretanto, é uma história diferente com axônios. A maioria das células temapenasumaxôniosaindodocorpocelular,eesseaxôniopodeseestenderaummetro pelo corpo e então se ramificar em centenas ou milhares de terminaisaxônicos.

Ainvençãomaisimportantedosistemanervosoéopotencialdeação,queusacanaisdesódio transientesdependentesdevoltagemnamembranaaxonalparacriar um pulso de voltagem que, causando uma reação em cadeia por célulasadjacentes, pode enviar um sinal às sinapses mais distantes sem enfraquecer.Cada pulso de potencial de ação é essencialmente idêntico, e a forma dopotencialdeaçãoémaisoumenosamesmanoterminaldoqueeranaorigem.

OAxônio:EnviandoSinaisdaCabeçaaosPésO axônio é o dispositivo pelo qual um neurônio envia sinais aos músculos,glândulasououtrosneurônios.Axôniossãoestruturasparecidascomcabosquetêmduasfunções:comunicarpotenciaisdeaçãodocorpocelularaoterminaldoaxônioe,no terminaldoaxônio, liberarumneurotransmissorquese ligaaumreceptordamembrananacélulapós-sinápticaeabreumcanaliônicoexcitatórioouinibitório.

Para alcançar seus alvos pós-sinápticos, os axônios conseguem se estender alongasdistâncias(ummetrooumais)eencontraressesalvos.Osaxôniosnãosóalcançamlongasdistâncias,mastambémsãocapazesdeencontrarváriosalvosem várias áreas cerebrais e, em cada região-alvo, se ramificar no número

adequadodeterminaisdeaxônioefazercontatonoslocaisdendríticoscertosdascélulasadequadas.

Enviarumamensagemdasuacabeçaparaseudedodopéenvolveumaligaçãode dois axônios. Um neurônio motor superior em seu córtex motor primárioenviaseuaxôniopelamedulaespinhalparafazerumasinapsecomumneurôniomotor inferiorquecontrolaummúsculoemseudedo.Esseneurôniomotornamedula espinhal envia seu axônio pela perna, pé e para seu dedo. Toda aextensãodoseucorpoéatravessadaporduascélulas.

AcelerandoasCoisascomAxôniossãodispositivosmaravilhososparaconduzirpotenciaisdeaçãodeumcorpocelularparaumterminaldeaxônioquepodeestaramaisdeummetrodedistância. O quão rapidamente o potencial de ação viaja é aproximadamenteproporcional ao diâmetro do axônio. Axônios muito finos podem conduzirpotenciaisdeaçãoaumataxadealgunsmetrosporsegundo;axôniosdecalibremaisgrossopodemconduzirpotenciaisdeaçãomaisrapidamente.

Alargaraxôniosparaconduçãomaisrápidafuncionabememinvertebrados,quetêm números pequenos de neurônios, relativamente falando.A seleção naturalproduziualgunsaxôniosdecalibrebemgrossoemalgunsinvertebradosemquea velocidade alta é necessária.O exemplomais famoso é o axônio gigante dalula, que pode ter até ummilímetro de diâmetro, grande o suficiente para servistoaolhonu!Oaxôniogiganteda lulamedeiao reflexode fugaativandoojatodesifão.

O axônio gigante da lula é tão grande que os primeiros eletrofisiologistas queestudaramopotencialdeaçãoousaramemseusestudos.

Mas em vertebrados com centenas de milhões ou bilhões de células em seusistema nervoso, axônios com ummilímetro de diâmetro não dariam certo.Asolução? Mielinização, que permite que axônios de calibre menor conduzampotenciaisdeaçãomuitorapidamente.

Na mielinização, certas células da glia se enrolam muitas vezes ao redor dequase todos os axônios, mas deixam lacunas em intervalos regulares. EssesintervalossãochamadosdenódulosdeRanvier,queéondetodososcanaisdesódiodependentesdevoltagemestãoconcentrados.

Axônios mielinizados conduzem esses potenciais de ação de modo que elespulam de um nódulo de Ranvier para o próximo. Esse processo permite queaxôniosdeapenasalgunsmicrômetrosdediâmetroconduzampotenciaisdeaçãoemvelocidadesdeaté100metrosporsegundo.

HomeostaseNeuralAcodificaçãogenéticacompletaesboçandotodaaestruturadosistemanervosoépossívelparaumanimal,comouminvertebrado,quetemalgumascentenasoumilharesdeneurônios.Naverdade,emmuitosinvertebrados,cadaneurônioeamaioriadassinapsessãogeneticamenteespecificadaseidênticasdeanimalparaanimal. Mas em vertebrados, que têm milhões ou bilhões de neurônios, talesquemadedesenvolvimentonãoé factívelviacodificaçãodecercade20milgenes.

Portanto, em vertebrados, o sistema nervoso é desenvolvido por um processoqueespecificaregrasgeraisparaconectividade,maspermitequeosestímulosdoambiente e eventos aleatórios dentro do sistema nervoso em desenvolvimentoconcorram por sinapses. Em outras palavras, aspectos importantes de aptidãosináptica e neural são localmente determinados dentro da estrutura do projetogenético principal. Isso é certamente um procedimento de construção valiosoparaumsistemaquetemqueseconstruirsozinho.

Um dos princípios que permite que esse sistema funcione é a homeostase, naqual cada neurônio mantém um certo equilíbrio de entradas excitatórias einibitórias e um número mínimo de sinapses de saída ativas para sobreviver;casocontrário,elemorre.Acompetiçãoporumnúmerolimitadodesinapsesdeentradaéummecanismoquefazosneurôniosemumadadaárearesponderemadiferentes combinações de entradas, incluindo as novas, que são adquiridasduranteoaprendizado.

Algunsneurocientistassugeriramqueosneurôniosbuscamativamente terumavariação em suas respostas ao longo do tempo. Isso pode formar circuitosneuraismaisrobustosquepossamtolerarvariaçãoemsuasentradas,comoade

sensores neurais ruidosos.A análise do ruído neural é uma área crescente emneurociênciadesistemas.

MudandoosPesosSinápticosparaseAdaptareAprenderOesforçodedescobrirosprincípiosdoaprendizadoedamemóriacostumavaserchamado de busca do engrama, o traço dememória no cérebro que constituiuma memória. Muitas evidências agora mostram que esse aprendizado nosistema nervoso ocorre porque os neurônios modificam a força das sinapsesentreeles.Essamodificaçãosinápticapermitequepequenoscircuitosneuraissetornemaltamenteseletivosparaestímulosqueforamaprendidos.

Aprender é umaversãomenos extremademudanças em circuitos neurais queocorremduranteodesenvolvimentoembrionárioecomeçodopós-natal.Duranteo desenvolvimento, uma exuberância de sinapses e neurônios formam ecompetem por conexões sinápticas. Sinapses inadequadas são podadas, eneurônios que não emergem de podas sinápticas com conexões suficientesmorrem.

Essasituaçãoéabasedemuitosperíodoscríticosnodesenvolvimentoemquecertos tipos de experiência, como ter saída visual útil de ambos os olhos, sãonecessáriosparaformaralgumasconexõescorticais.Depoisdoperíodocrítico,as sinapses e circuitos vencedores são estabilizados, e experiências posterioresnãopodemproduzirreligaçãoneuraldelargaescala.

Depois do desenvolvimento, as sinapses em algumas áreas selecionadas docérebro ainda estão maleáveis, mas não em todo lugar, e a morte neuronalcausadapelafaltadesinapsesadequadasouparaoucontinuamuitolentamente.Além disso, ocorrem alterações sinápticas de maneira muito mais restrita. Oaprendizado no hipocampo é único porque consiste primeiro de mudanças naforçasináptica,seguidasdecrescimentodeconexõesneuraise,então,denovosneurônios.

Isso não significa que o sistema nervoso adulto tenha falta demecanismos deadaptação.Oolhoseadaptaàluzfracaversusbrilhanteusandobastonetes,emvez de cones, e as pessoas conseguem dormir em barcos e em ambientesbarulhentos.Enãoéclarooquantoamaioriadosistemanervosoadultoécapaz

de mudar dado o gatilho certo. Pode ser muito mais do que inicialmentepensado.

H

Capítulo20DezFatosIncríveissobreoCérebro

NESTECAPÍTULO

Descobrindodetalhessobreaestruturafísicadocérebro

Esclarecendomal-entendidossobrecomoocérebrofunciona

Divertindo-secomalgunsesoterismoscerebrais

á muito sobre o cérebro que não sabemos, o que não é muitosurpreendente,dadoqueoquesabemossobreeleindicaqueéaestrutura

mais complicada na Terra (ou em qualquer outro lugar). O cérebro éimpressionante por causa do que é (um quadro de distribuição de bilhões deneurônios) e por causa do que faz (a memória e as habilidades artísticas dealguns prodígios quase desafiam a crença). Neste capítulo eu passo por dezatributos do cérebrohumanoque, quandoparamospara pensar sobre eles, sãomuitoimpressionantes.

EleTem100BilhõesdeCélulaseumQuadrilhãodeSinapsesSeucérebroéconstruídodeumaquantidadeenormedeneurônios,naordemde100bilhões(mais,possivelmente,1trilhãodecélulasdaglia).Cadaumdessesneurônios faz cerca de 10 mil conexões, chamadas sinapses, com outrosneurônios, produzindo cerca de 1 quadrilhão de conexões. Na verdade, seucérebro tem neurônios e conexões neuronais o suficiente para, teoricamente,

poder armazenar cada experiência da sua vida, incluindo as sensações visuais,auditivas, táteis e outras associadas com elas. O número de estados cerebraisdistintos expressados dessa maneira excedem muito o número de átomos nouniversoconhecido.

A maioria das células em seu cérebro está no neocórtex e no cerebelo. Ocerebelo usa várias células para permitir alta precisão em movimentoscoordenados.Oneocórtexusaváriascélulasparaaltaprecisãoemdiscriminaçãosensorialeparaplanejamentodecomportamentocomplexo.

Algumas pessoas comparam o cérebro e como ele funciona e armazenainformaçõesaminiprocessadores.Elasdizemqueos100bilhõesdeneurôniosnocérebrosãocomoostransistoresemummicroprocessador.Naverdade,atéosmicroprocessadoresmaisavançados,quetêmalgunsbilhõesdetransistores,nãochegam aos pés do cérebro humano. Por quê? Porque neurônios são maiscomplicados do que transistores. Transistores digitais tendem a estar ou“ligados”ou“desligados”econectadosaapenasalgunsoutrostransistores.Cadaneurônio no cérebro, no entanto, é como um computador, capaz de umavariedadequaseinfinitadeestadosdiferentes.Neurôniostambémnormalmenteenviam saídas a cerca de 1.000 outros neurônios usando cerca de 10 milconexões.

Alémdisso,enquantoosmicroprocessadorestrabalhamprincipalmenteemsérie,processandoumaúnicainstruçãodecadavez,neurôniostrabalhamemparalelo,processandobilhõesdecoisasaomesmotempo.

AConsciênciaNãoResideemNenhumaÁreaEspecíficadoCérebroMuitaspessoascompreendemmalcomoocérebrofuncionaporcausadanoçãopopular—mas incorreta—dequecertas funções residemsomenteempartesespecíficasdocérebro.Acredita-sequeumapartedocérebro temahabilidadedo paladar; outra, a da visão; outra, a demover suamão direita, e assim pordiante.Dadaessapercepção,éfácilverporqueaspessoastendemapensarqueaconsciência resideemumaáreaespecífica,ecomopensamosnaconsciência

como a função mais superior do cérebro, também tendemos a colocar essa“localizaçãodaconsciência”notopodahierarquiacerebral.Bem,comoexplicoaolongodolivro,nãoéassimqueocérebrofunciona.

Océrebronãotemnenhumneurôniodaconsciência,enenhumaáreaespecíficadocérebro,sozinha,servecomoolugardaconsciência.Aconsciênciatambémnãoéapenasconsequênciadotamanhocerebral;casocontrário,elefantesseriamconscientes,ehumanosnão.Nenhumlugarnocérebro recebeos resultadosdetodo o processamento neural do resto do cérebro, então não há “topo” dahierarquianeural,enadanocérebro“vê”asimagensformadasemoutraspartesdele.

Emvezdisso,váriasáreasdocérebrosãonecessáriasparaaconsciência.Áreasdo cérebro que parecem ser necessárias e ativadas pela consciência incluemotálamo,ocórtexpré-frontaleporçõesdoslobosparietalemedial.Aindaassim,essasáreasnãosãoúnicasaocérebrohumano,emboraocórtexpré-frontalsejamaior (como uma porcentagem do peso corporal) em humanos do que emqualquer outro animal. Além disso, danos à formação reticular no troncocerebralproduzem inconsciência,masessaáreacerebralexisteemvertebradosnãomamíferos,comolagartosesapos.

EleNãoTemReceptoresdeDorEmboraaexperiênciadadorsejadependentedasáreascerebraiscomoocórtexcinguladoanterior,otecidocerebral,naverdade,nãotemreceptoresparador.Océrebro“experiencia”adorrelatadaporreceptoresemoutroslugaresdocorpo,principalmenteapele.

Comoo tecidocerebralnão temreceptoresdedor,acirurgiapodeser feitanocérebro com o paciente totalmente acordado (embora tranquilizantes eanalgésicossejamnormalmentedadosparareduziraansiedade,eanestesialocalsejausadaparaaprimeirafasedacirurgia,quandoapeledocourocabeludoécortadapararemoverumapartedocrânio).

Então,quandovocêtemumadordecabeça,nãoénecessariamenteporquealgoemseucérebrodói,masporqueumamensagemdedordealgumlugardoseucorpochegaaocérebro.Porexemplo,vocêpodeterumadordecabeçaporque,naverdade,temumaleveindigestãooualgumaoutradornocorpodaqualnãoestádiretamenteciente.

Isso não significa, no entanto, que a disfunção cerebral não possa ser sentidacomo dor. Enxaquecas parecem ocorrer devido a problemas vascularestransitórios no cérebro que levam a atividade neural anormalmente alta, que ésentidacomodornãoporquereceptoresdedorsãoativados,masporquealgumcircuito cerebral desconhecido interpreta essa atividade excessiva comodolorosa.Tumoresederramespodeminduziraatividadecerebralexcessiva,queocérebrointerpretasimilarmentecomodolorosa.Emalgunscasos,receptoresdedor podem ser ativados, mas referidos a lugares errados (como quandoreceptoresdedordonervocranianosãoativados).

Outro exemplo é a dor associada com olhar diretamente uma luzmuito forte.Nãoháreceptoresdedorparaluzfortenoolho,masocérebrointerpretaalgumacoisasobreodisparodecélulasganglionaresindodoolhoparaocérebrocomoindicandoqueoníveldeluzéaltoosuficienteparaserdanoso,eésentidocomodor.

CortaroMaiorTratodeFibranoCérebroProduzMenosEfeitosColateraisOmaior trato de fibras no sistema nervoso é o corpo caloso, que conecta oshemisfériosesquerdoedireitodocérebro.Essetratodefibrascontémcercade200milhõesdeaxônios(levementemaisemmulheresdoqueemhomens).

Esse trato foi cortado cirurgicamentemuitas vezes para evitar que convulsõesepilépticasseespalhassemdeumhemisfériocerebralaooutro,amplificando–seeespalhandodevolta,produzindoumaconvulsãodocérebrotodochamadadegrandemal.

Quandoesseprocedimentofoitestadoemalgunspacientes,osresultadosforamnotáveis. Vários dos pacientes experienciaram uma redução significativa nasconvulsões, enenhumdelesmostrouqualquerdeficitneurológicoevidenteporcausa da cirurgia. Mais tarde, experimentos cuidadosos realizados por RogerSperryeMichaelGazzaniganessespacientescomcérebroseparadomostraramque existiam efeitos colaterais, tais como o fato de que seus dois hemisférioscerebraisoperavamindependentementeetinhamcapacidadesbemdiferentes.A

linguagem e a habilidade de expressar pensamento abstrato, por exemplo, équase totalmente localizada no hemisfério esquerdo na maioria das pessoas,enquanto o hemisfério direito domina o processamento do espaço visual. Seestímulos eram mostrados no campo visual esquerdo, que é processado pelohemisfério direito, esses pacientes não podiam dizer nada sobre o que eramostrado,maspodiamapontarcomsuamãoesquerda(tambémcontroladapelohemisfériodireito)paraumaimagemdoobjetomostradoanteriormente.

OCérebrodeEinsteinEraMenorqueaMédiaExisteumacorrelaçãofraca,masestatisticamentesignificante,entreotamanhodo cérebro e a inteligência em humanos. Resumindo, há um consenso de queanimaiscapazesdoqueparecesercomportamentointeligente,comosímios,oumacacos antropomorfos, e golfinhos, têm cérebros maiores do que animaismenosinteligentes,comolagartos.

Apesardacorrelação,avariabilidadeemhumanoséenorme.Océrebrohumanomédio pesa cerca de 1.500 gramas (cerca de 10%menos do que a estimativapara cérebros neandertais). O cérebro de Einstein pesava aproximadamente1.230gramas, cercade18%abaixodamédia.Ele,poroutro lado, tinha lobosparietaisumtantomaioresdoqueonormal,oquepodetercontribuídoparasuahabilidadematemática.

Claramente, o tamanho cerebral total é apenas um atributo que dá suporte àinteligência. O tamanho cerebral pode representar uma capacidade potencial,comoaaltura,queoferecevantagensemalgumasarenas intelectuais,masnãoem outras.O americano autodidata Chris Langan, que tem uma cabeçamuitograndeepontuaníveisrecordesemalgunstestesdeQI,éempregadocomoleãodechácaradebar.

AdultosPerdemVáriasCentenasdeMilharesdeNeurôniosporDia

SemEfeitoPerceptívelAcontagemneuronaltemseupiconaépocadonascimentoemhumanos.Então,aolongodavida,cercade10%dissoéperdido,oqueequivaleaperderváriascentenas de milhares de neurônios por dia, mais ou menos. Embora algunsargumentem que o comportamentomasculino durante a crise dameia idade éprovadoimpactonegativoqueaperdadiáriadetantosneurôniospodeter,ofatoéqueessaperdanãocomprometetantoacapacidademental.

Aperdadetantosneurôniosqueocorrenoenvelhecimentonormalsemnenhumcomprometimento mental aparente é uma razão pela qual a maioria dosneurocientistas não acredita que um único neurônio armazene memóriasindividuais. Se assim fosse, amorte de neurônios individuais produziria perdarepentinairreversíveldememóriasespecíficas,oquenãoacontece.

Emvezdisso,a informaçãoéespalhadapormuitascélulasesinapses.Quandoneurôniosnocérebromorrem,elequasecertamenteenfraquece,masnãoapaganenhuma memória em que esteve envolvido no armazenamento. Outrosneurôniosna rede, semdúvida, compensampara refortalecer amemória.Podeserqueasenilidadeocorraquando tantosneurôniossãoperdidosquenãohajasuficientesparacompensarpelamorteneuralcontínua.

GramaporGrama,RequerBastanteEnergiaO cérebro tem a maior atividade metabólica por massa de todo o corpo. Eleconstituicercade5%centodamassacorporal,masconsomecercade20%desuaenergia.Issotambémsignificaquecercade20%dofluxodesanguetotalnocorpopassapelocérebro,comoauxíliodevasossanguíneoscujocomprimento,incluindocapilares,édecentenasdequilômetros.

O alto uso de energia pelo cérebro foi aproveitado no imageamento cerebral.Técnicas de imageamento cerebral como a fMRI (imagem por ressonânciamagnéticafuncional)realmentedetectamofluxosanguíneoaumentadoemáreascerebraisaltamenteativasouoníveldeoxigenaçãodosangueemáreasativasversusmenosativas.

OMAIORÉSEMPREMAISESPERTO?Umacoisaaconsideraraopensarsobreacorrelaçãoentreotamanhodocérebroeainteligênciaéorelacionamentoentretamanhocerebralepesocorporal.Elefantestêmcérebromaiordoquehumanos,mashumanostêmumaproporçãomuitomaiorentretamanhocerebralepesocorporal.Corposgrandesàsvezesrequeremcérebrosmaioresporrazõesquenãotêmnadaavercomainteligência:porexemplo,neurôniosemcorposgrandesprecisamdeaxônioslongos,oquerequercorposcelularesneuraismaioreseumagliadeapoio.Essetipodeescalanãocausaumaumentonainteligência.

Alémdisso,algunsanimaiscomcérebrobempequenoexibemcomportamentointeligentesurpreendente.Pássarossãoumexemplo:podemprecisartercérebropequenoporquevoam,eexcessodepesoéumgrandeproblemaparavoadores.Podeserqueseucérebroseja,emalgunssentidos,maiseficientedoquecérebrosdemamíferos.Polvostambémexibemalgunscomportamentoscomplexosextraordinários,apesardeteremcérebrobempequeno.Essesinvertebradossãotãodiferentesdosvertebradosdetantasmaneiras,eespecialmentedosmamíferos,queédifícilsaberexatamentecomocompararsuascapacidadescomasnossas.

A alta demanda metabólica criada por cérebros grandes foi usada paraargumentarqueanimaiscomcérebrosgrandes,comogolfinhos,devemsermuitointeligentes,mesmoquesua inteligênciasejadiferenteda inteligênciahumana;caso contrário, não haveria vantagem adaptativa em suportar um cérebro tãogrande,easforçasdaseleçãonaturalteriamfavorecidocérebrospequenos,emvezdegrandes.

ÉumMitoqueUsamosApenas10%deNossoCérebroVocêcertamentejáouviu:humanosusamapenas10%deseucérebro,masnãohábasecientíficaparaessaafirmação.Aorigemdessemitoéobscura.Alguns

pesquisadores creditam a ideia a atribuições errôneas das palavras de AlbertEinstein,DaleCarnegieouWilliam James (umpsicólogodeHarvard).Outrosusamosseguintesargumentosparareforçaraideia:

»Ofatodequealgumaspessoas,pordanoouanomalianodesenvolvimento,têmcérebroequivalentea10%dotamanhodocérebrodeumadultohumanomédio,masparecemnormais.Ofatodeocérebropodercorrigir,atravésdodesenvolvimento,algunsdanosouanomaliasnãosignificaqueocérebroeafuncionalidadedessaspessoassejamcompletamenteequivalentesàquelesdepessoassemdanosnocérebro.Nemsignificaquetodososneurôniosemcérebrosnãodanificadosnãosejamrealmenteusados.

»Aexistênciadeprodígios,pessoascomhabilidadesartísticasedecálculoextraordináriasqueparecemalémdacapacidadehumananormal.Éaideiadequeosprodígiosusamalgumaporcentagemdocérebroparaessashabilidadesqueorestodenósnãousa.Essepodeserocaso,masamaioriadosprodígiostemdeficiênciasprofundasemoutrasáreas.Entãocomovocêigualariaahabilidadedememorizarlistastelefônicasenquanto,simultaneamente,hajaaincapacidadedeconduzirmuitasfunçõesdavidanormal,comosevestir,comaideiadequeprodígiosusammaisdoseucérebrodoquepessoasnormaisquenãopossuemhabilidadeextraordináriaemnenhumaáreaemparticular,masquetêmumavidacompletaesignificativa?

Aafirmaçãodequeusamosapenas10%denossocérebronãoésómentira,mastambém não faz sentido. Considere o que significaria se fosse verdade:poderíamos remover 90% do cérebro sem diferença perceptível. Isso não fazsentido. Todo caso conhecido de dano cerebral extenso causa incapacidadeprofunda.Senãopoderíamosmatar 90%dosneurônios redundantes em todoocérebro sem consequência alguma. Embora seja uma ideia interessante, étecnicamenteimpossíveldetestar.Nãohácomo,portanto,afirmaraverdade,oudeterminarseaporcentagemqueusamoséde20%,89%ouqualqueroutra.

Vocênãopode simplesmentecontarneurôniosparaestimaronívelda função.Porexemplo,poralgumasestimativas,ocerebelotemtantosneurôniosquantoorestodosistemanervoso,masseédestruído,o resultadoprimáriosãopessoasum tanto desajeitadas e com a fala levemente arrastada. O fato de poderfuncionarsemumcerebelonãosignificaquevocênão“usa”osneurôniosnelequandotemum.

DanosCerebraisPodemResultaremHabilidadesProdígiosOcérebrodamaioriadosprodígios,àmedidadeterminávelpeloimageamento,éanatomicamentenormal,mashá exceções.OcérebrodeKimPeek, inspiraçãodofilmede1988RainMan,eraseveramenteanormal,sem,entreoutrascoisas,o corpo caloso. Alguns prodígios ou savants, no entanto, são pessoas quecomeçaram a vida com o que pareciam ser estruturas e habilidades cerebraisnormais,masque,derepente,setornaramprodígiosdepoisdeumdano.Casoscomo o das duas pessoas identificadas aqui são chamados de savantismoadquirido:

»OrlandoSerrelléumsavantadquirido.Elenãotinhahabilidadesespeciais,atéque,aos10anos,foiatingidoporumaboladebeisebolnoladoesquerdodacabeça.Depoisdeumperíodoinicialdedoresdecabeça,ele,derepente,criouahabilidadederealizarcálculoscomplexosdecalendárioememóriaquaseperfeitaparacadadiadesdeoacidente.

»DerekAmatoadquiriuhabilidadesdesavantmusicaisdepoisdeumferimentonacabeçaaomergulharemumapiscinarasa.Algunsdiasdepois,sesentouaopianodeumamigoetocou,apesardenuncaterfeitoissoantes.

Há vários casos na literatura de pessoas que, de repente, se tornaram pintoresrealizados depois de dano cerebral associado à demência frontotemporal

esquerda. As habilidades de pintura mostraram capacidade obsessiva derepresentar detalhe realístico, mas pouco simbolismo ou abstração.Interessantemente, esses pintores tendiam a ter memórias semânticas muitodeficientes (conhecimento geral do mundo), mas memórias episódicasrelativamenteintactas(memóriasdeeventosespecíficos).IssoéoopostodomaldeAlzheimer.

Embora não na mesma categoria que o savantismo adquirido, lembranças dememória extraordinária descobertas por estimulação cerebral durante aneurocirurgiaouhipnosesugeremquepossaexistirumrepositóriodealgumasmemóriasouhabilidadesnãoacessadasemtodosnósquepermanecemlatentes,a não ser que sejam liberadas seguindo algum estímulo incomum. Comopoderíamos ter tais habilidades latentes e por que as teríamos, mas nunca asusaríamos,éumgrandemistérionaneurociência.

CérebrosAdultosPodemDesenvolverNovosNeurôniosOsistemanervosocentraldebebêsevertebradosnãomamíferos,comopeixes,regeneraprontamenteasáreaseostratoscerebraisdepoisdedanos.Essenãoéocaso com adultos.No geral, perdemos neurônios àmedida que envelhecemos.Além disso, depois de danos como derrames, mesmo quando há algumarecuperaçãodafunção,aáreacerebraldanificadanãosecura;elaaindaconsisteemumtecidodecicatrizeespaçosvagospreenchidoscomfluido.

Entretanto, a ideia de que o cérebro adulto é fixo e incapaz de regeneraçãoneural está mudando. No último quarto do século XX, resultados de estudosmostraramquealgumasregiõesdocérebroadultohumanoàsvezescriamnovosneurônios.Particularmenteanimadora foiadescobertadequeumadas regiõesondenovosneurôniospodemseradicionadoséohipocampo,umaáreadolobotemporal medial crucial para formar memórias de longo prazo, e que ocrescimento de novos neurônios no hipocampo é associado com esseaprendizado.

Outrolugaremquenovosneurônioscrescememadultosénosistemaolfativo;especificamente os receptores olfativos, que são constantemente substituídos.Pesquisadoressupõemqueesses receptores,aodetectarodores, sãoexpostosatoxinasequeamaneirademanterafunçãoésubstituí-losrotineiramente.

Houve uma explosão de pesquisas recentes sobre as capacidades das células–tronco, que se dividem e se diferenciam em tipos finais de células diferentesdurante o desenvolvimento do organismo. Recentemente, técnicas foramdescobertasparaconvertercélulasdiferenciadasadultasemcélulas-tronco,oquepossibilita disparar farmacologicamente a regeneração neural onde fornecessário.

P

Capítulo21DezTratamentosPromissoresparaoFuturo

NESTECAPÍTULO

Observandotratamentosenvolvendomanipulaçõesgenéticas

Considerandotratamentosenvolvendoestimulaçãocerebral

Usandoprótesesparalidarcomdisfunçõesneurais

esquisadoresestãoàbeiradeumarevoluçãoemtratamentosdedoençascerebrais.Modificaçõesgenéticaspodemcurardisfunçõescerebraiscomo

derrames,eosefeitosdoenvelhecimentodoAlzheimerpodemserreduzidosourevertidos.Emapenasalgunsanos,ascélulas-troncopoderãosertransplantadaspararegenerarecurardoençasmentais.Técnicasfarmacológicaspodempermitirquealgumascélulassejamprogramadascomocélulas-troncoparacorrigirdanosou doenças atuais ou até futuras. Além disso, cérebros humanos poderão seraumentados ao ampliar seu tamanho e poder de associação. Remédios querestituemacapacidadedeaprendizadonocérebroadultocomonodeumrecém-nascidopodemserdesenvolvidos.

Nestecapítulomostroasestratégiasatuais(comoestimulaçãocerebralprofunda)que prometem muito e as tecnologias de ponta (como neuropróteses) quedemonstrammuitopotencial.

CorrigindoDistúrbiosdoDesenvolvimentopelaTerapia

GenéticaMutações genéticas, erros de replicação, combinações genéticas infelizes etoxinas ambientais podem produzir distúrbios profundos que comprometemseveramente o potencial humano, mesmo antes do nascimento. Entre osdistúrbiosgenéticosdodesenvolvimentomaisconhecidosestãoassíndromesdeDown,RettedoXFrágil.

Nãohácorreçãocirúrgicaoufarmacológicaparaessascondições.Entretanto,hácadavezmaiscompreensãodafunçãodemuitodogenomahumano,edesdeoprincípio do século XXI ocorreram rápidos avanços que permitirão queprofissionaissilenciemgenesouadicionemoutrosnovos.

Umaviaparaalterargenesouexpressá-loséousoderetrovírus.OsretrovírussãovírusRNAqueproduzemDNAnacélulahospedeiradepoisqueainvadem.EsseDNAéincorporadonogenomadohospedeiro,depoisdoquereplicacomorestodoDNAdacélulahospedeira.Elepodeserprojetadocomsequênciasquematamouinseremnovosgenesnohospedeiro.

Qualqueranomaliagenéticaquesejadetectadano iníciodagravidezpode,emteoria, ser tratada por um retrovírus que substitua funcionalmente um gene“normal” pelo defeituoso. Testes clínicos na fase inicial já mostraram algumsucesso com terapias genéticas para algumas formas de degeneração retinalhereditáriaemadolescentes.

AumentandooCérebrocomManipulaçãoGenéticaA maioria das intervenções médicas no corpo ou cérebro são tentativas deconsertar algo que foi danificado, em vez de melhorar o que é considerado“normal”. Isso, no entanto, está mudando. Os genes mais interessantes nessaárea não são aqueles que fazem proteínas para estruturas celulares oumetabolismo,masosgenesqueregulamoutrosgenes.

Porexemplo,umpequenonúmerodegenesprovavelmentecontrolaotamanhorelativodoneocórtex.Eseoneocórtexfossemaior?Hápoucadúvidadequeos

cientistassaberão,sejánãosabem,comoaumentaroneocórtexaté2020.

Há, é claro, implicações frankensteinianas associadas a esses aumentos. Amodificaçãogenéticaparaaumentodainteligênciaprovavelmenteserácontraaleinamaioriadospaísesdomundo.Entretanto,mesmoassim,édifícilimaginarquealguém,emalgumlugar,nãotentaráfazerisso.E,umavezfeito,umgeneseráinjetadoemumóvulofertilizadoqueproduzumamodificaçãotransgênicanalinhagemgerminativa—ouseja,emtodasasfuturasgerações.

Muitas questões éticas surgiriam dessa e de modificações similares. Se oaumento transgênico do córtex é feito ilegalmente, isso nega a cidadania ououtrosdireitosacriançasnascidascomtaismanipulações?Taisindivíduosserãodiscriminadosinformalmenteoulegalmente?Elespodemnosdiscriminar?Eseeles forem savants autistas, brilhantes em algumas áreas especializadas, masirremediavelmentesocialmenteretardados?

CorrigindoDanosCerebraiscomCélulas-TroncoCélulas-troncosãocélulasqueexistemduranteodesenvolvimento(e,àsvezes,depois) que são não diferenciadas e retêm a habilidade de se transformar emcélulas especializadas, como neurônios, células do rim, de paredes de vasossanguíneos, e assim por diante. Pesquisas sugerem que injetar alguns tipos decélulas-tronco em tecidos danificados, como o cérebro ou o coração, faz comqueascélulassediferenciemdeacordocomoambientehospedeironostecidosadequadosdaqueleambiente,àsvezesreparandoodano.

Umdosmaioresobstáculosaousodecélulas-troncoéobtê-las.Elasexistememadultos, mas são de difícil identificação. São abundantes em embriões, mascolher embriões para pegar células-tronco tem suas dificuldades éticas óbvias.Além do mais, células-tronco obtidas dessa maneira, como qualquer tecidoestranhotransplantado,podemserrejeitadaspelohospedeiro.

Entretanto,váriastecnologiasestãosurgindoemnossosocorro:

»Odesenvolvimentodetestesnãodestrutivosparaidentificarcélulas-tronconapessoacomdanonotecido:Umavezencontradas,essascélulas-troncopodemsertransplantadasde

voltasemproblemaderespostaimunológica.

»Técnicasfarmacológicasquepodemreverteradiferenciaçãodequalquercélulaadulta,comoacéluladapele,etransformá-laemumtipoespecíficodecélula-tronco,comoumacélula-tronconeural:Células-tronconeuraistransplantadasemumaáreacerebralondeascélulasdoprópriopacientemorreram,comoasubstâncianegranomaldeParkinson,podemproduzircélulasdesubstituiçãoàmedidaqueascélulas-troncopercebamoambienteemqueestãoesediferenciemnostiposneuraisnecessários.

Além dos tratamentos de células-tronco para omal de Parkinsonmencionadoaqui,vários laboratóriosestão tentando restauraravisãocausadapormortedefotorreceptoresusandocélulas-troncoparasubstitui-los.OutrosestãoinserindooDNA para salvar os fotorreceptores ou transformar outras células em célulasfotorreceptoras. Escolher as células-tronco certas emanipular seu estado podeser necessário para garantir a integração adequada de células-tronco nohospedeirodetalmodoquerestauremafunçãoadequadamente.

UsandoEstimulaçãoProfundadoCérebroparaTratarDistúrbiosUm dos avanços recentes mais animadores no tratamento de distúrbiosneurológicos é o uso de estimulação cerebral profunda (ECP) para aliviarsubstancialmenteossintomasdodistúrbio.Atéagora,amaioriadosalvosparaECP foramnosgângliosbasaispara tratardistúrbiosdomovimento.EmECP,um ou mais eletrodos são inseridos permanentemente no núcleo-alvo dosgânglios basais, e um dispositivo eletrônico implantado parecido com ummarcapassopassacorrenteatravésdo(s)eletrodo(s)paraestimularneurôniosnosgânglios. Os pesquisadores ainda não têm certeza se o efeito principal é aexcitaçãogeral,ainibiçãogeralouaproduçãodealgumasatividadesbenéficasde manutenção fisiológica fazendo com que muitas células disparemsincronicamente.

Os resultados de ECP em muitos pacientes foram consideráveis. Essesdispositivos eletrônicos podem ser ligados e desligados à vontade. Algunspacientes de Parkinson, por exemplo, podem ser vistos exibindo a postura

encurvada eo andar arrastado típicos comodispositivodesligado,mas, assimqueacorrenteéligada,sãocapazesdeandarepraticaresportescomobasquete.

A aprovação da FDA (Food andDrugAdministration) também foi dada paraECP para tratar dor e depressões severas. Alguns tratamentos experimentaisforam feitos para transtorno obsessivo-compulsivo e síndrome de Tourette. Ocampoétãonovoqueefeitosdelongoprazoepossíveisefeitoscolateraisaindasãoincertos,masemmuitospacientesoalíviodossintomasfoimuitomaiordoque com qualquer tratamento com remédios e com efeitos colaterais muitomenores. No Brasil, a Anvisa autoriza o tratamento de ECP para um restritogrupodeenfermidades(normalmenteParkinson).

EstimulandooCérebroExternamenteComEMTeETCCHádois tiposmuitonovosdeestimulaçãocerebralnão invasiva:aestimulaçãomagnética transcraniana (EMT) e a estimulação transcraniana de correntecontínua(ETCC).

»EMTenvolvecriarumpulsodecampomagnéticoaltobemcurtoatravésdeumabobinaforadacabeçasobreaáreacerebralaserestimulada.EMTpareceproduzircorrenteselétricastransitóriasrelativamentelocalizadasqueinterrompemaatividadeneural.Elaseassemelhacomaterapiaeletroconvulsiva(ECT),excetoqueclínicosdeECTnormalmentetentaminduzirumaconvulsão,enquantoqueemEMTasconvulsõessãonormalmenteevitadas.EmboraaEMTtenhasidoinicialmenteusadacomoferramentadepesquisaparaindicarqualáreacerebralestáenvolvidanaexecuçãodeumatarefapelosilenciamentotemporáriodaatividadenaquelaárea,temsidousadarecentementeparatratardistúrbiosmentais,comoadepressão,pelaestimulaçãorepetitivadeáreascerebrais.Nessecaso,comoaECT,osefeitosparecemdurarmuitoalémdomomentodotratamento.

»ETCCéatecnologiamaisnovaaganharpopularidade.Consisteeminjetarumapequenacorrentediretaentredoiseletrodosnocourocabeludo.Áreasdocérebropróximasdoânodoparecemser

estimuladas,eáreaspertodocátodo,enfraquecidas.Osrelatóriosdosresultadosforambastanteamplos,desdemelhorarnotasemtestespadrõesdematemáticaatéaliviarsintomasdaesquizofrenia.Seessesresultadossemantiverem,ETCCpoderáserumaferramentapoderosa,aindaquesimples,paraamodulaçãominimamenteinvasivadaatividadecerebral.Háumagrandeindústria“amadora”deETCCautoexecutada,porqueosestimuladoresde2mApodemserfeitoscomumabateriade9voltseumresistorlimitadordecorrentede3,5Kohm.

UsandoNeuroprótesesparaPerdasSensoriaisA perda de um sentido principal como a visão ou a audição é uma dasmaisdebilitantes entre os distúrbios do sistema nervoso. A maioria das perdas devisão ou auditiva ocorre por danos nos receptores periféricos ou órgãosreceptores. Enquanto muitos estão familiarizados com o uso de prótesesmecânicas para perda de membros, poucos estão cientes de neuropróteses,projetadasparalidarcomdistúrbiosdosistemanervoso.

Uma das aplicações mais bem-sucedidas de neuropróteses é o estimuladorcoclearartificial,paraperdaauditiva.Estimuladorescoclearesconsistememummicrofone,umanalisadordefrequênciaeumtransmissorforadacabeça,eumreceptor e um estimulador coclear dentro do crânio. Nomundo, o número deimplantes cocleares provavelmente passa de 200mil. Emmuitos casos, essesimplantespermitemqueousuárioconversenormalmenteaovivoouaotelefone.

A situação para a visão artificial émuitomais difícil, pois o sistema visual émuitomaiscomplexo(ummilhãodeaxôniosdecélulasganglionaresversus30milfibrasnervosasauditivas).Outrarazãoéqueacócleaforneceumainterfacefísica unicamente adequada para conjuntos de 20 eletrodos relativamentesimples em um estimulador coclear. O sistema visual não tem uma interfacesimilar.

Osprimeirosdispositivosdevisãoartificialforamcolocadosounaretinaounocórtexvisual.

»Dispositivosretinais:Usadosquandoaperdadavisãoécausadapormortedosfotorreceptores,masorestodaretina,incluindoascélulasganglionaresdaretinadesaída,estáintacto.Dispositivosatuaispermitiramquepacientescegosvissemmanchasdeluz,massemprecisãosuficienteparaleitura.

»Dispositivoscorticais:Algumasprótesesforamimplantadasnocórtex.Algunspacientescomessesdispositivosdecifraram20ou30pixels,oqueésuficienteparadetectar,masnãorealmenteidentificar,objetoscomplexos.

LidandocomaParalisiacomNeuroprótesesDanos da medula espinhal e derrames causaram paralisia em milhões deamericanos,emaismuitosmilhõespelomundo.Emborapesquisascontinuematentar descobrir como reparar neuralmente a transação espinhal, ainda não hácomo recriar células e axônios danificados necessários para permitir omovimentoparaamaioriadasvítimasdedanosnamedulaespinhal.

Muitos neurocientistas acreditam que ultrapassar eletronicamente os danos damedula espinhal seria possível. A estratégia seria registrar a atividade deneurôniosdecomandonocórtexmotorprimárioqueestãoenviandosinaisparamoverosmúsculos,masquenãoosalcançamporcausadodano.Conjuntosdemicroeletrodos registrariam esses sinais, e circuitos eletrônicos analisariam etransfeririamessessinaisalémdodanoouparaneurôniosmotorescontrolandoosmúsculosoudiretamenteparaosmúsculos.

Uma terapiaalternativapara restauraromovimentodosmembrosé registrar eanalisarsinaiscerebraisparacontrolarumdispositivoprotético,comoumbraçoartificial, ou mover um cursor e clicar botões do mouse para controlecomputadorizado. Como abrir o cérebro e instalar dispositivos de registro éaltamente invasivo, esta opção não foi muito testada. Técnicas optogenéticasrecentes para estimular oticamente e registrar neurônios geneticamentemodificados podem tornar tais implantesmenos invasivos emais seletivos.Aatividadeneuralpodeserlidaoticamenteeusadaparacontrolarumdispositivoprotético.

ConstruindoumCérebroMelhorcomNeuroprótesesAmodificaçãogenéticatemahabilidadedecriaralgoalémdonormalparaumhumano, assim como de reparar defeitos. O mesmo é verdadeiro para aneuroengenharia, que envolve fazer a interface do sistema nervoso comdispositivoseletrônicos,comocomputadoreseinternet.

Implantes cocleares para surdez e estimulação cerebral profunda são apenas ocomeço da nova tecnologia que ligará o cérebro diretamente a computadores.Conjuntosdemicroeletrodoscomcentenas,elogomilhares,deeletrodospodemregistrareestimularváriosneurôniosnonívelcelularindividual.

Testes demonstraram que humanos (e macacos) podem usar conjuntos deeletrodos implantados em seus córtices motores para mover cursores decomputador e braços artificiais apenas com o pensamento. Imagine enviarinformações para a internet por um transmissor sem fio de um conjunto deregistrosemseucérebroereceberarespostadevoltapormeiodeumconjuntodeestimulações.VocêlogopoderiasecomunicarcomqualquerpessoanaTerrasóaopensarnisso.

Dado que os princípios básicos da estimulação do sistema nervoso usadarotineiramente para implantes cocleares e experimentalmente para prótesesvisuaispodementregarinformaçõesaocérebro,nãoénadademaisimaginarumfuturopróximo(umadécada)emqueessascapacidadesestejamdisponíveis.

E uma vez que conectarmos o cérebro a eletrônicos, não é nada extravaganteimaginarmodificarocérebrogeneticamenteoucomcélulas-troncoparafacilitartais conexões. Parece um enredo de filmeB de ficção científica, compessoasmodificadas versus pessoas “naturais”? Lembre-se de que, diferente de muitaficçãocientíficaqueébaseadaemciência inventada,as técnicaspara interfacecérebro-computadorjáestãoaqui,sendousadaseaprimoradasrapidamente.

Engajando-seemAprendizadoControladoporComputadores

Aprenderédifícil.Todospassamospelomenos7horaspordiapor12anossóparaconseguirumdiplomadoensinomédio*.Sevocêtemdislexia,autismooualgumoutrotipodedistúrbiodeaprendizado,sualutapodeserárdua.

Neurocientistas agora entendemmuitomais sobre como o cérebro aprende doque há dez anos, e o que eles sabem é que aprender em alguns contextos emalgumasvelocidadesémuitomaisfácildoqueemoutras.Computadoresestãocomeçandoaserusadosparaimplementarcontextosqueaceleramoaprendizadoemcrianças,pessoascomdistúrbiosdoaprendizadoeadultosmaisvelhos.

Tutorescomputadorizadosaltamenteproficientesestãosendoencorporadosemavatares,estimulaçõescomputadorizadasdepersonagensdeensinocomquemoaluno interage.Serensinadopor taisavatares serácomo terPlatão,daVincieEinstein (para mencionar alguns), todos em um só tutor, que também possuihabilidades extraordinárias pessoais e de comunicação. O tutorcomputadorizado,infinitamentepacienteeinteligente,estabeleceriadesafiosdemelhor nível em relação à habilidade atual do aluno, e esses desafios seriaminteressantes,mas não intimidadores.O aprendizado poderia ser embutido emjogos. Matemática e ciência poderiam ser apresentadas de maneira intuitiva,interativaevisual.

Avatares provavelmente se tornarão companheiros úteis para crianças, adultosque sofrem de demência e, possivelmente, até pessoas com distúrbiospsicológicos,comodepressão,esquizofreniaeautismo.Empesquisa,osistemaavatar chamado FaceSay (www.symbionica.com — conteúdo em inglês)mostrou algum sucesso ensinando crianças autistas a monitorar expressõesfaciais e, assim, interagir melhor com outras pessoas. Avatares derivados daneurociência também podem funcionar como modelos para alguns tipos dedoençasmentais.

TratandoDoençascomNanorrobôsA nanotecnologia é a reunião de dispositivos com componentes molecularespara alcançar estruturas em nanoescala. A ideia é a de que dispositivos emnanoescala sejam autônomos, capazes de sentir, obter e armazenar energia erealizar funções programadas. O nome mais usado para os dispositivos

(atualmenteconceitual)énanorrobôs.

Muitosesquemasforampropostosemquenanorrobôsseriaminjetadosnocorpo,iriamparaalgumlocodedoençaeatratariam.Tratamentospodemincluirliberarremédios,matarcélulascancerígenasourepararvasossanguíneos.Tudo issoémuito especulativo ainda, baseado na habilidade atual de fazer coisas comoequipamentosdetamanhomoleculareoutroscomponentes.

Contudo,seosnanorrobôssetornaremcapazesdealgumasdessasfunções,terãoum sério impacto na neurociência. Por exemplo, nanorrobôs poderiam reparardanosatratosdeaxôniosereverteraparalisiaporalgumacombinaçãodecriarmecanicamente um caminho e estabelecer adesão celular ou moléculas deafinidade. Também poderiam remover emaranhados neurofibrilares e placasassociadas ao mal de Alzheimer. Ao interagir diretamente com neurôniosfuncionais, eles também poderiam compreender a interface entre os chips deprocessamentoeletrônicoinseridoseaatividadecerebral.Entretanto,asfunçõespotenciais desses nanorrobôs são, de longe, as ideiasmais especulativas nestecapítuloeprovavelmenteestãoamuitomaisdeumadécadadedistância.

*Levando-seemconsideraçãoosistemadeensinodosEstadosUnidos.