José Salomão Schwartzman. Bases neurobiológicas do comportamento e da aprendizagem José Salomão Schwartzman Universidade Presbiteriana Mackenzie Universi

José Salomão Schwartzman

Bases neurobiológicas do comportamento e da

aprendizagem

José Salomão SchwartzmanUniversidade Presbiteriana Mackenzie

[email protected]é Salomão

Schwartzman

http://www.schwartzman.com.br/


desenvolvimento do sistema nervoso central

prosencéfalo

mesencéfalo

rombencéfalo

medula espinhal

telencéfalo

diencéfalo

mesencéfalo

medula espinhal

metencéfalo

mielencéfalocanal central

IV ventrículo

III ventrículo

ventrículolateral

hemisfério cerebral

tálamo


telencéfalo

diencéfalomesencéfalo

metencéfalo

mielencéfalo

medula espinhal


28 dias

40 dias100 dias

6 meses

9 meses

prosencéfalomesencéfalo

rombencéfalo

mesencéfalometencéfalo

mielencéfalo

diencéfalotelencéfalo

prosencéfalo

hemisfério cerebral

mesencéfalo

ponte

cerebelo

medula oblonga

medula espinhal

sulco central

ínsula

ponte

cerebelo

medula oblonga

medula espinhal

sulco central

sulco lateral

cerebelo

pontemedula oblonga

medula espinhal


Células do sistema nervoso

neurônios e células gliais

contém cerca de 1011 (100 bilhões) de neurônioso número de sinapses por neurônio é de,

aproximadamente, 1000boa parte das sinapses de um determinado

neurônio se faz dentro de uma área de 1-2mm, ou seja, são predominantemente locais


estrutura em camadas do córtex cerebral

córtex sensitivo córtex associação córtex motor

aferentes específicos

de outras partes do córtex

para outras partes do córtex

fibras associação

fibras motoras

I

II

III

IV

V

VI

sub

stâ

nci

a b

ran

ca

camada molecular

camada granular externa

camada piramidal externa

camada granular interna

camada piramidal interna

camada fusiforme


I

II

III

IV

V

VI

camada molecular

camada granular externa

camada piramidal externa

camada granular interna

camada piramidal interna

camada fusiforme

colorações distintas:A- corpo celular e prolongamentosB- corpo celularC- mielina

A B CJosé Salomão Schwartzman

neurônios do cérebro humanoJosé Salomão Schwartzman

neurônios do cerebelo humanoJosé Salomão Schwartzman

vári

os t

ipos d

e d

e n

eu

rôn

ios

José

Salo

mão

Sch

wart

zman

espinhas dendríticas de um neurônio


dendritos

núcleo celular terminal axônico

bainha mielinaaxônio

estrutura básica do neurônioJosé Salomão Schwartzman

dendritos




dendritos





bainha de mielina

soma

axônios não mielinizados

oligodentrócito

célula de Schwann

axônios mielinizados


potencial de membrana em repouso (polarizada)

exterior da célula

membrana celular

interior da célula


condução do estímuloJosé Salomão Schwartzman

condução saltatória

soma mielinanodo de Ranvier


botões terminais vistos à microscopia eletrônicaJosé Salomão Schwartzman

junção mioneural (músculo esquelético)José Salomão Schwartzman

junção mioneural (músculo esquelético)José Salomão Schwartzman

axônio-dendritoaxônio-axônio

axônio-dendrito

axônio-soma

dendrito-dendrito


neurônio pré-sináptico

vesículas sinápticas

neurotransmissor

receptores pós-sinápticos

neurônio pós-sináptico

estrutura de uma sinapse genérica


direção da propagação do impulso

mitocôndria

vesículas sinápticas

fenda sináptica

botão pré-sináptico

membrana pós-sináptica

receptores

esquema de uma sinapse química interneuronal


neurônio pós-sináptico

receptores de neurotransmissores

neurotransmissores

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+Na+


neurôniopós-sináptico

axônio deneurônio

excitatório

axônio deneurônioinibitório

direção da propagação do impulso

Na+ Na+

Na+

K+ K+

K+

C l-


12

3

4

neurônio pré-sináptico

neurôniopós-sináptico

célula da glia


sinapse neuro-muscular


sinapse: somação


Células GliaisCélulas Gliais


Células da glia

temos 10 vezes mais células gliais do que neurônios

tipos de células gliais: oligodendrócitos: formam a bainha de mielina astrócitos: colaboram na constituição da barreira

hematoencefálica; ajudam na recuperação do tecido lesado e na formação de cicatrizes

células ependimais: revestem os ventrículos cerebrais e o canal central da medula

microglia: (macrófagos cerebrais) fagocitam microorganismos invasores e retiram restos celulares


células gliaisJosé Salomão Schwartzman

Neurotransmissores & neuromoduladores


Neurotransmissores e neuromoduladores

neurotransmissores: ação rápida alterando o potencial da membrana pós-sináptica através do controle químico de canais de íons; seus efeitos se dissipam de forma, também, muito rápida

neuromoduladores: ação bem mais lenta, vários milisegundos após sua liberação; sua ação persiste por mais tempo; podem alterar o potencial da membrana mas atuam através de vários outros mecanismos


Neurotransmissores

1- acetilcolina

2- aminoácidos:glutamatoaspartatoGABAglicina


Neuromoduladores

3- monoaminas:

a- catecolaminas

dopamina

norepinefrina

b- indolaminas

serotonina


estruturas e vias serotoninérgicas, noradrenérgicas e dopaminérgicas


Neuromoduladores 4- peptídeos:

a- hipotalâmicos hormônio liberador de tireotropina somastatina hormônio liberador de hormônio luteinizante

b- hipofisários vasopressina ACTH (hormônio adrenocorticotrópico)

sistema digestivo colecistoquinina (CCK) peptídeo intestinal vasoativo (VIP) substância P

outras encefalinas


Acetilcolina foi o primeiro neurotransmissor identificado

funciona tanto como neurotransmissor (excitatório) quanto como neuromodulador

presente no SNC e SNP, com poucos receptores SNC

presente nas sinapses neuro-musculares da musculatura estriada (voluntária)

inativada pela enzima acetil-colinesterase


Glutamato

é o neurotransmissor mais comum no encéfalo

ação excitatória

seus receptores estão concentrados no córtex cerebral (hipocampo, corpo amigdalóide e núcleos da base) e são particularmente vulneráveis à excitotoxicidade do ácido glutâmico


Aspartato

localizado, primariamente, na medula espinhal

neurotransmissor excitatório

juntamente com a glicina, forma um par excitatório/inibitório na medula


Glicina

aminoácido encontrado principalmente na medula espinhal

neurotransmissor inibitório através da hiperpolarização da membrana pós-sináptica

a estricnina é um antagonista da glicina


Ácido amino-gama-butírico (GABA)

presente em grande quantidade no encéfalo

a concentração cerebral de GABA é cerca de 200 - 1000 vezes maior do que a das

monoaminas e acetilcolina

concentrado na substância negra, núcleo pálido e substância cinzenta peri-ventricular

neurotransmissor inibitório


Monoaminas: dopamina

substância de ação inibitória

facilita a vigília

presente no núcleo caudado influenciando a postura

presente no núcleo accumbens associada com a velocidade do animal e sensação de prazer


Monoaminas: dopamina

presente na substância negra

envolvida no controle motor levado a efeito pelo striatum (núcleo caudado e putâmen) que parece depender de equilíbrio entre neurônios dopaminérgicos inibitórios e neurônios colinérgicos excitatórios


substância negra e outrosnúcleos dopaminérgicos

sistema de projeção da dopaminaJosé Salomão Schwartzman

Monoaminas: norepinefrina/noradrenalina

sintetizada a partir da dopamina

concentração elevada no locus ceruleus da ponte;

estimulação elétrica desta região determina estado de

hiper-alerta

este sistema é importante no mecanismo da atenção

concentrada

o locus ceruleus foi identificado como um centro do

prazer e parece contribuir para a ansiedade


núcleos adrenérgicosdo tronco cerebral

locus coeruleus

sistema de projeção da noradrenalinaJosé Salomão Schwartzman

locus coeruleus


Indolaminas: serotonina

neurotransmissor e neuromodulador do SNC

a maior concentração é encontrada na glândula pineal

neurônios serotoninérgicos podem ser encontrados nos núcleos da rafe

sintetizada a partir do aminoácido triptofano


Indolaminas: serotonina

parece contribuir para a ansiedade e impulsividade

indivíduos com níveis baixos de serotonina foram identificados entre suicidas

tem sido responsabilizada por várias desordens mentais, particularmente, depressão


sistema de projeção da serotonina

núcleos da rafe eoutros serotoninérgicos


córtex

diencéfalo

cerebelo

troncocerebral

mesencéfalo

ponte

bulbo medula

divisões do encéfalo


lobofrontal

loboparietal

lobo temporal

lobos do cérebro

lobooccipital


comissura anterior

cauda do núcleo caudado

núcleo lentiforme(putâmen)

corpo amigdalóide

cabeça donúcleo caudado

corpo do núcleo caudado

núcleos da baseJosé Salomão Schwartzman

núcleos da base

putâmennúcleo caudado

globo pálidoglobo pálido

(segmento interno)

núcleo accumbens

corpo amigdalóidecomissura anterior

mesencéfalo

cauda núcleo caudado

núcleo rubro

substância negra

núcleo subtalâmico


componentes do sistema límbico

corpo caloso

giro do cíngulo

região septal

região pré-óptica

bulbo olfatório

trato olfatório

hipotálamo

corpo amigdalóide

hipocampo

corpo mamilar

trato mamilotalâmico

núcleos talâmicos

fórnix


núcleo basal de Meynert

área septal

núcleo accumbens

córtex órbito-frontal

corpo amigdalóidegiro para-hipocampal

hipocampo

corpo mamilar

istmo

fórnix

corpo caloso

córtex do cíngulo

núcleo dorsomedial do tálamo

núcleo anterior do tálamo


áreas límbicas: emoções e memória

giro para-hipocampal

hipocampo

córtex órbito-frontalcorpo amigdalóide

núcleo basal de Meynert

corpo mamilar

giro do cíngulo

núcleo accumbensárea septal

núcleo anterior

núcleos mediais


Corpo amigdalóide


núcleomedial

núcleobasal

núcleocentral

núcleolateral

núcleobasolateral

córtexsensorial

tálamo sensorial

hipotálamo,mesencéfalo,ponte e bulbo

bulbo olfativoprincipal e acessório prosencéfalo mediobasal e

hipotálamo

matéria cinzenta periaquedutal

formação hipocampal

núcleo dorsomedialdo tálamo

estriado ventral

diagrama simplificado das principais divisões e conexões do corpo amigdalóide


área septal

corp

o cal

oso

estria terminal

corpo amigdalóide

via amigdalofugal

ventral

bulbo

mesencéfalo

giro do cíngulo

hipocampogiro para-hipocampal


conexões do corpo amigdalóide

corpo do núcleo caudadoestria terminal

tálamo

fibras hipotalâmico-mesencefálicas

subst. cinzentaperi-aquedutal

mesencéfalo“límbico”

mesencéfalo

fibras autonômicasdescendentes

bulbo

núcleos parassimpáticos

vias amigdalofugais ventraispara o tálamopara o hipotálamocorpo

amigdalóide

estria olfatórialateral

pré-ópticomediallateral

núcleos hipotalâmicos

tracto ópticouncus

comissuraanterior

região dosepto


Corpo amigdalóide

disfunções que têm sido descritas em indivíduos com lesões do corpo amigdalóide:

prejuízos no reconhecimento de determinadas expressões emocionais faciais, particularmente o medo

prejuízos na memória para reconhecer faces

dificuldades na identificação da direção do olhar


Corpo amigdalóide

evidências adicionais da participação do corpo amigdalóide no processamento de informações faciais:

estudos com ressonância magnética funcional em indivíduos normais mostrando ativação do corpo amigdalóide em resposta à exposição a expressões faciais amedrontadoras


córtex visual

tálamo visual

corpo amigdalóide

músculopressão arterial

freqüência cardíaca

reação de medoJosé Salomão Schwartzman

GIRO OCCIPITAL INFERIORpercepção inicial dascaracterísticas faciais

SULCO TEMPORAL SUPERIORaspectos variáveis das faces-

percepção da direção do olhar,expressão e movimentos labiais

GIRO FUSIFORME LATERALaspectos invariáveis das faces-percepção de identidade única

SULCO INTRAPARIETALatenção espaço-dirigida

CÓRTEX AUDITIVOpercepção pré-léxica da fala

AMÍGDALA, ÍNSULA, SISTEMA LÍMBICOprocessamento emocional,

resposta emocional

TEMPORAL ANTERIORidentidade pessoal, nome,informações biográficas

SISTEMA CENTRAL: ANÁLISE VISUAL

SISTEMA ADICIONAL: PROCESSAMENTOADICIONAL EM CONJUNTO COM OUTROSSISTEMAS NEURAIS

MODELO DE SISTEMA NEURAL PARA AANÁLISE VISUAL DE FACES (HAXBY ET AL., 2000)


giro fusiforme (FG) e giro temporal inferior

D E


Autismo e corpo amigdalóide

as primeiras sugestões de que o corpo amigdalóide esteja implicado no AI foram feitas há mais de 20 anos por Damasio e Maurer

mais recentemente estudos têm demonstrado a importância do corpo amigdalóide na mediação da percepção social e no controle da emoção


área pré-motora

área motora primáriaárea somestésica primária

área de associaçãopré-frontal

área visual primária

área de associaçãoparieto-têmporo-occipital

área visualsecundária

área de associaçãolímbica

área auditivaprimária

área auditivasecundária



E D


Dizem que as mulheres:

são mais empáticas, cooperativas, e julgam melhor o comportamento das pessoas

desenvolvem suas habilidades de linguagem mais rapidamente, sendo mais eficazes em decifrar e compreender certas nuances de significado

são melhores na combinação de elementos diversos são mais hábeis na geração de idéias, especialmente por meio

de palavras são mais rápidas na comparação de objetos semelhantes são melhores em cálculos matemáticos são mais hábeis em trabalhos manuais delicados


Dizem que os homens:

se sobressaem em raciocínio matemático, apesar de não serem tão eficientes em cálculos aritméticos

são mais hábeis em tarefas espaciais diferenciam melhor figura/fundo têm maior habilidade em tarefas de rotação mental atingem alvos com maior precisão distinguem melhor formas embutidas em padrões

complexos são melhores em habilidades mecânicas


The Essencial Difference Baron-Cohen 2003

cérebro feminino: Empathizing (E)propensão a identificar emoções de outras pessoas e

pensamentos e a responder a elas com as emoções apropriadas

o cérebro masculino: Systemizing (S)propensão a analisar, explorar e construir sistemas


assimetrias hemisféricas torção no sentido anti-horário

direitoesquerdo


assimetrias hemisféricas


planum temporale


planum temporale


ED

planum temporale assimétricoJosé Salomão Schwartzman

assimetria (habitual) do planum temporale

planum temporale simétrico

e d e d


arranjo espacial / locaisárea para-hipocampal

facesárea fusiforme

forma visual das palavras?

análise deformas?

diagrama mostrando os locais corticais aproximados de alguns doscomponentes funcionais do reconhecimento visual


tarefa de navegaçãoJosé Salomão Schwartzman

algumas áreas foram ativadas de forma diversa: área fronto-temporal direita nas mulheres e hipocampo esquerdo nos homens sugerindo áreas gênero-específicas

ativadas frente a uma tarefa de navegação

José

Salo

mão

Sch

wart

zman

Plasticidade cerebral


Fatores neurotróficos



são polipeptídicos que através de receptores específicos agem no:

desenvolvimentosobrevivênciamanutenção de neurônios

são essenciais para a sobrevivência do sistema nervoso central e do periférico em desenvolvimento



substâncias com propriedades neurotrópicas e neurotróficas:

induzem a diferenciação de células precursoras em neurônios

definem o fenótipo morfológico e químico dos neurônios especificam o papel funcional dos neurônios definem a localização espacial dos neurônios guiam o axônio dos neurônios até o alvo apropriado mantêm a conectividade e organização funcional dos

neurônios durante toda a vida do indivíduo


Famílias de fatores neurotróficos

neurotrofinas

neuropoietinas (neuroquinas)

fatores transformadores de crescimento

fatores de crescimento dos fibroblastos

neurogulinas

fatores de crescimento insulina-like

fator de crescimento derivados das plaquetas

fator de crescimento do hepatócito

neurotransmissores e neuroreguladores

outros fatoresJosé Salomão Schwartzman


a classe de fatores neurotróficos mais conhecida é a das neurotrofinas

quatro principais neurotrofinas foram isoladas de mamíferos:o NGF (nerve growth factor)o BDNF (brain-derived neurotrophic factor)a neurotrofina 3 (NT-3)a neurotrofina 4/5 (N 4,5)

Copray et al., 2000


controle NGF

glutamato aspartato

glutamato + NGF aspartato + NGF

efeito de substâncias excitatórias e fatores neurotróficos

sobre a maturação de células de Purkinje José Salomão Schwartzman



crescimento celular no córtex cerebral (0 a 2 anos)José Salomão Schwartzman

sinapses / mm3

sinapses total

sina

pses

/ m

m3 (

x 10

8 ) sinaps es to tal (x 1011)

densidade sináptica e número de sinapses na área 17 em função da idadeJosé Salomão Schwartzman


3 a 6 anos 7 a 15 anos 16 a 20 anos

crescimento e poda neuronal


comprimento dosdendritos (microns)

250

200

150

100

50

0

50 70 70 comAlzheimer

90


plasticidade do sistema nervosomecanismos: brotamento regenerativo

em casos de lesão axonal:degeneração anterógradadegeneração retrógrada (?)

pode haver brotamento este fenômeno já foi observado no cérebro; porém, não se

sabe se estas conexões são funcionais

este processo é dificultado pela presença de tecido cicatricial

este processo é facilitado pela injeção de uma proteína promotora de crescimento nervoso nas áreas vizinhas


plasticidade do sistema nervosomecanismos: brotamento regenerativo


plasticidade do sistema nervosomecanismos: brotamento colateral

brotamento colateral de axônios íntegros

para áreas comprometidas já foi observado

em várias regiões do cérebro

invade locais lesados e forma novos terminais

estas novas conexões parecem ser funcionais


plasticidade do sistema nervosomecanismos: brotamento colateral


plasticidade cerebral efeitos do “enriquecimento

ambiental”, Diamond, 1988

resultados de experimentos realizados na década de

60 indicaram que o córtex occipital mostrava

espessuras significativamente maiores em animais

criados em “ambientes enriquecidos” por 80 dias,

quando comparados com animais criados em

“ambientes empobrecidos”


condições experimentais básicas (Diamond, 1988)José Salomão Schwartzman


ambiental”. Diamond, 1988

os estudos iniciais demonstraram claramente que havia diferenças estruturais entre os cérebros de animais criados em “ambientes enriquecidos” por 80 dias (do dia 25 ao 105) e de animais-controle

os “ratos enriquecidos” apresentavam córtices mais espessos, com um distanciamento maior entre as células, principalmente nas camadas externas



ambiental”. Diamond, 1988

os ratos Long-Evans chegam a viver, no laboratório

da autora, 904 dias

foram estudados grupos de ratos ( “enriquecidos x não

enriquecidos”) com 444 e 630 dias de idade

nos dois grupos, os córtices mostraram-se mais espessos

nos grupos “enriquecidos”


neurogênese

evidências recentes demonstram que certas áreas cerebrais retêm a possibilidade de gerar novos neurônios (em roedores, primatas não humanos e humanos adultos)

a proliferação celular no giro denteado do hipocampo de ratos adultos é mais significativa nos animais que são criados em ambientes enriquecidos

no camundongo adulto, atividade física (corrida) aumenta esta proliferação celular (van Praag, Kempermann e Gage, 1999)



neurogênese

o número de neurônios gerados no giro denteado (hipocampo) de ratos adultos duplica em resposta a treinos em tarefas de aprendizagem associativa (que requerem a participação do hipocampo)

estes resultados indicam que estes neurônios recém-gerados são afetados e potencialmente envolvidos na formação de memórias associativas


foi demonstrada neurogênese no hipocampo de homens com

idade média de 64,4+2,9

estes indivíduos haviam recebido injeção de bromodeoxiuridina,

com finalidades diagnósticas

neurônios com o DNA marcado por esta substância foram

identificados em espécimes cerebrais destes pacientes

neurogênese


microfotografia de tecido hipocampal de adulto que faleceu de câncer: a célulacorada de verde revela que seus cromossomos contém bromodeoxiuridina


plasticidade do sistema nervosoneurogênese Mezey et al., 2003

estudadas quatro pacientes do sexo feminino que receberam transplante de medula óssea de doadores do sexo masculino: paciente 1: transplantada aos nove meses de idade, faleceu

dez meses depois paciente 2: transplantada aos 34 anos de idade, faleceu nos

dois meses subseqüentes paciente 3: transplantada aos dez anos de idade, faleceu

nos dois meses subseqüentes paciente 4: transplantada aos 20 anos de idade, faleceu nos

dois meses subseqüentes


plasticidade do sistema nervosoneurogênese Mezey et al., 2003

foram estudadas amostras do neo-cortex, striatum, hipocampo,estruturas temporais mesiais e cerebelo

nas quatro pacientes foram observadas células contendo cromossomos Y em várias regiões

a maior parte destas células não eram neurais: células endoteliais e células da substância branca

neurônios marcados foram identificados, especialmente no córtex cerebral e no hipocampo

a paciente mais nova e que sobreviveu por mais tempo ao transplante apresentava o maior número de neurônios marcados


plasticidade do sistema nervoso

transplante de tecido cortical fetal Bhattacharya et al., 2002

estudados 12 pacientes com moléstia de Parkinson com idade variando de 45 a 75 anos

transplante de um grama de tecido cerebral (área frontal) extraído de feto com menos de 20 semanas de idade gestacional e retirado dentro de um minuto após a histerectomia para a região axilar

não houve nenhum tratamento imunossupressorJosé Salomão

Schwartzman

plasticidade do sistema nervoso

transplante de tecido cortical fetal Bhattacharya et al., 2002

uma parte do tecido transplantado foi removido após 1-2 meses: não foram observados sinais de rejeição nem de processos inflamatórios

estavam presentes sinais de crescimento do tecido: neurogênese, gliogênese, neo-vascularizaçao e angiogênese

avaliação dos pacientes após um mês: discreta melhora (até 33%) em 41,6% dos casos melhora moderada (até 66,6%) em outros 41,6% dos casos em 16,8% dos casos, nos quais não houve melhoras objetivas, os

pacientes referiram melhoras gerais sendo que foi possível uma redução das doses de L-Dopa em 75% dos casos


condicionamento físico reduz perda neural em idosos. Colcombe et al.; 2003

entre as idades de 30 e 90 anos há perda de 15% do córtex cerebral e de 25% da substância branca

as perdas mais significativas ocorrem nos córtices frontais, parietais e temporais

vários estudos demonstram que melhoras no condicionamento físico podem exercer efeitos benéficos em habilidades cognitivas na espécie humana


condicionamento físico reduz perda neural em idosos. Colcombe et al.; 2003

foram estudados 55 indivíduos, destros, com mais de 55 anos de idade

de acordo com estudos anteriores, estes indivíduos apresentavam deterioração na substância cinzenta e branca que eram mais evidentes nas regiões pré-frontais, parietais superiores e temporais médias e inferiores

os autores estudaram a relação entre condicionamento físico e grau de comprometimento neural



1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade


1/2 2 x 4 x


hipertensão arterial não tratada


1/2 2 x 4 x


níveis elevados de colesterol


1/2 2 x 4 x


níveis elevados de homocisteína associadosa níveis reduzidos de B12 e folatos


1/2 2 x 4 x


múltiplos traumatismos cranianosassociados ao coma


1/2 2 x 4 x


níveis elevados de estresse e depressão


1/2 2 x 4 x


programa regular de exercícios


1/2 2 x 4 x


hábito de ler e de aprender


1/2 2 x 4 x


atividades de lazer e sociais



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