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Unidades neuronais funcionais que ocupam a mesma região do cérebro

Unidades neuronais funcionais que ocupam a mesma região do cérebro



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[Graças ao conselho de Bryan Krause, editei a pergunta.]


Definição: Deixar duas unidades funcionais ser dois conjuntos de neurônios, A e B, de modo que a probabilidade de estar conectado (sinapticamente ou por neurohormônios) para neurônios A entre si é muito alta, o mesmo para conexões BB, mas para conexões AB, a probabilidade é muito baixo.


Suponha que existam duas unidades funcionais cujas regiões ocupadas do cérebro (ou seja, cujos voxels) se sobrepõem fortemente.

Por fMRI (com sua resolução espaço-temporal dada) essas duas unidades não puderam ser distinguidas e seria difícil observar sua conectividade funcional ou não conectividade diretamente (porque as varreduras de fMRI não seriam mostradas, se apenas uma ou ambas fossem " ativo"). No entanto, algumas configurações experimentais podem revelar sua conectividade funcional ou não conectividade indiretamente.

Minha pergunta é: isso já foi observado? É sabido se existem duas unidades funcionais que ocupam essencialmente a mesma região do cérebro e que se mostraram indiretamente conectadas funcionalmente ou não (conforme definido aqui)? Ou é muito improvável que isso ocorra.


A teoria ideomotora afirma que as ações são cognitivamente representadas e acessadas por meio de representações dos efeitos sensoriais que evocam. Estudos anteriores fornecem suporte para essa afirmação, mostrando que a apresentação dos efeitos de ação inicia a ativação em estruturas motoras correspondentes. No entanto, ainda não está claro se as pessoas realmente usam representações de ação-efeito para controlar seu comportamento motor. Em nosso estudo de fMRI, pedimos aos participantes que se preparassem para ações manuais ou faciais em uma base experimental, e hipotetizamos que a preparação seria mediada pelas áreas corticais que codificam os efeitos perceptuais dessas ações. A preparação para a ação manual induziu maior ativação de áreas relacionadas com as mãos do córtex motor (demonstrando a preparação real) e da área extra-estriada do corpo, que é conhecida por mediar a percepção de partes do corpo. Em contraste, a preparação para a ação facial induziu uma maior ativação das áreas motoras relacionadas à face e da área fusiforme da face, conhecida por mediar a percepção facial. Essas observações fornecem suporte adicional para a teoria ideomotora e sugerem que as imagens visuais podem desempenhar um papel no controle da ação voluntária.

Ao adquirir novos movimentos de dança na escola de dança, tendemos a preparar o que fazer com nossos pés evocando imagens visuais de como os pés devem ser posicionados no chão após cada passo e como eles devem se mover a partir daí. Na verdade, é prática comum em escolas de dança usar imagens de batidas de pés para visualizar e ajudar a imaginar o objetivo de cada novo movimento do passo. Este é um exemplo comum do que foi descrito pela teoria ideomotora desenvolvida pela primeira vez no final do século 19 (James, 1890/1981 Münsterberg, 1888 Harless, 1861 Lotze, 1852). O pressuposto central da teoria ideomotora sustenta que as antecipações funcionais dos efeitos da ação desempenham um papel crucial no controle da ação. Lotze (1852), por exemplo, afirmou que a imagem do evento pretendido ("Vorstellung des Gewollten", p. 301) serve como uma espécie de sugestão de recuperação e ponto de acesso mental para o próprio movimento - o programa motor em execução, isto é . Como não temos controle direto sobre as particularidades das ações em termos de fibras musculares específicas, com base na suposição, usamos representações do resultado pretendido das ações - em nosso exemplo, a imagem visual das posições ideais dos pés no solo - para controlar e orientar nosso comportamento.

A ideia geral de que a imaginação desempenha um papel no controle da ação é amplamente difundida na literatura (Jeannerod, 1999 Rizzolatti, Fogassi, & amp Gallese, 1997), e trabalhos recentes reviveram e elaboraram a teoria ideomotora para fazer previsões específicas que podem ser aplicada, entre outras coisas, à neuroimagem (Elsner & amp Hommel, 2001 Hommel, Müsseler, Aschersleben e amp Prinz, 2001 Prinz, 1997 Hommel, 1996). O pressuposto é que os sistemas sensoriais e motores estão conectados por meio de um sistema de codificação comum que representa os eventos percebidos e produzidos em termos de unidades sensório-motoras ou “arquivos de eventos” (Hommel, 1998). Devido à frequente coocorrência de ações e suas consequências perceptivas (por exemplo, impressões visuais da mão em movimento, o movimento da tecla que ela opera e a lâmpada sendo ligada por essa ação), os códigos de ações e seus efeitos sensoriais são Unidos. Como a associação emergente é considerada bidirecional, reativar os códigos sensoriais que representam o flash de luz, digamos, ao imaginar ativamente a lâmpada brilhante, se espalha para o programa motor associado de modo que este programa esteja sob controle voluntário.

As evidências que apóiam esse cenário estão disponíveis em uma série de estudos recentes de neuroimagem. Um primeiro estudo de tomografia por emissão de pósitrons por Elsner et al. (2002) fez com que os participantes pressionassem as teclas à esquerda e à direita que produziam sons agudos e graves. Depois disso, os participantes realizaram uma tarefa passiva de detecção de som no scanner, durante a qual foram apresentados a várias proporções de tons neutros e de efeitos de ação adquiridos anteriormente. A frequência relativa dos tons de efeito de ação teve um efeito seletivo na ativação da área motora suplementar caudal e do hipocampo direito, sugerindo que o último vincula as representações sensoriais das consequências da ação aos programas motores correspondentes organizados por aquele. Essas observações foram confirmadas e ampliadas em um estudo recente de fMRI de Melcher, Weidema, Eenhuistra, Hommel e Gruber (2008). Suporte adicional vem de um estudo que usou fMRI para comparar a ativação cerebral induzida por tom em pianistas profissionais e não músicos (Bangert et al., 2006). Em comparação com não músicos, os músicos mostraram maior ativação de uma rede sensório-motora cortical, mesmo em uma tarefa de escuta passiva, sugerindo que a ativação de representações de tons se espalha para estruturas motoras aparentemente associadas. Observações semelhantes foram feitas em dançarinos profissionais, onde as estruturas motoras específicas da dança são ativadas quando os participantes assistiam a filmes de dança e tinham que avaliar o quão cansativas essas danças eram (Calvo-Merino, Glaser, Grezes, Passingham e Haggard, 2005 para uma visão mais ampla , ver Molnar-Szakacs & amp Overy, 2006), e em não músicos após uma quantidade modesta de treinamento para piano (McNamara et al., 2008).

Embora os resultados desses estudos sejam encorajadores, eles apóiam a teoria ideomotora de maneiras bastante indiretas. Por um lado, eles sugerem a existência de ligações entre estruturas motoras e representações sensoriais das consequências da ação, e apoiam a ideia de que essas ligações são bidirecionais e podem, portanto, propagar a ativação de qualquer maneira: de motor para sensorial, como quando vivenciando a relação entre as ações e suas consequências, e das sensoriais para as motoras, como nos estudos citados. Por outro lado, no entanto, essas observações não requerem necessariamente que as pessoas estejam realmente usando representações das consequências da ação para controlar suas ações. Assim, embora as associações de ação-efeito possam fornecer uma sugestão de recuperação e acesso a programas motores, as pessoas podem recuperar e acessar programas motores ao longo de diferentes rotas.

Para avaliar essa possibilidade, nós, no presente estudo, não apresentamos efeitos de ação a fim de preparar as estruturas motoras, mas, em vez disso, preparamos as pessoas para ações que levariam a diferentes tipos de consequências sensoriais e testamos se isso ativaria o sistema neural. estruturas que representam essas consequências. Em particular, comparamos a ativação neural envolvida na preparação para uma ação manual com a ativação envolvida na preparação para uma ação facial. Raciocinamos que pelo menos algumas das consequências sensoriais das ações manuais seriam processadas pela área corporal extra-estriada (EBA) localizada no sulco temporal inferior posterior. EBA foi originalmente considerado dedicado ao processamento de informações visuais sobre as partes não faciais do corpo de outras pessoas (Urgesi, Berlucchi, & amp Aglioti, 2004 Downing, Jiang, Shuman, & amp Kanwisher, 2001). Ultimamente, tem sido demonstrado que a área do corpo fusiforme (FBA) é mais responsiva à aparência visual de todo o corpo, enquanto EBA é responsiva a partes do corpo (Taylor, Wiggett, & amp Downing, 2007). Além disso, a observação recente da atividade de EBA durante a execução de ações motoras de membros auto-executadas (Astafiev, Stanley, Shulman, & amp Corbetta, 2004) sugere que EBA também representa as próprias partes do corpo, enquanto um estudo recente refinou esse achado, mostrando que a atividade em EBA não permite diferenciar entre o reconhecimento de corpos familiares ou desconhecidos (Hodzic, Muckli, Singer, & amp Stirn, 2009). Dado que a ação manual resulta, entre outras coisas, na autopercepção das partes do corpo de alguém, faz sentido supor que o EBA codifica alguns dos efeitos anteriormente experimentados e agora esperados das ações manuais. Nesse caso, a ativação de uma ação manual no processo de preparação para execução posterior deve ser mediada pela atividade de EBA.

Na mesma linha, especulamos que pelo menos algumas das consequências sensoriais das ações faciais seriam processadas pela área facial fusiforme (FFA) localizada no giro fusiforme lateral. Essa área foi originalmente assumida como mediadora da percepção do rosto de outras pessoas (Kanwisher, McDermott, & amp Chun, 1997), mas também pode codificar para o próprio rosto e, portanto, mediar a percepção das consequências sensoriais de movê-lo. Pode-se argumentar que as pessoas estão muito mais familiarizadas com o cinestésico do que com o feedback visual de suas próprias ações, de modo que as representações cinestésicas dos efeitos da ação deveriam estar mais fortemente envolvidas no controle da ação facial do que as representações visuais. E, no entanto, há evidências de conexões intermodais particularmente fortes (Heyes, 2001), presumivelmente até pré-natais (Meltzoff & amp Moore, 1977, 1997) entre representações cinestésicas, visuais e motoras dos movimentos faciais, o que torna provável que a preparação de uma ação facial envolve códigos visuais em FFA também.

Para resumir, esperávamos que a preparação para a ação manual ou facial fosse mediada pelas áreas do cérebro que codificam as consequências perceptivas dessas ações, como EBA e FFA, respectivamente. Assim, os participantes realizaram uma tarefa de escolha binária, na qual realizaram uma de duas ações manuais possíveis (um pressionamento de tecla com a mão direita ou esquerda) ou uma de duas ações faciais (um movimento de sorriso ou beijo) para o ( cor vermelha ou verde) de um estímulo alvo visual (ver Figura 1). O mapeamento de cores para as alternativas de ação individual foi constante em todo o experimento, mas se uma ação manual ou facial era necessária variava aleatoriamente de um ensaio para outro. Para sinalizar o tipo de ação para o próximo ensaio, os participantes foram apresentados a uma dica (a letra X ou O) que indicava a modalidade de ação. Presumimos que os participantes usariam a dica para se preparar para a ação manual ou facial e consideramos que a preparação ocorreria entre a apresentação da dica e a apresentação do estímulo de cor. Dado que nos interessávamos apenas pela ativação antecipada de EBA e FFA (em vez do processamento on-line do feedback corporal ou facial durante a execução da ação), restringimos a nossa análise a este período de preparação.


Resumo

Embora esteja bem estabelecido que todas as regiões do cérebro contêm vários subtipos neuronais com funções diferentes, os astrócitos são tradicionalmente considerados homogêneos. No entanto, evidências recentes mostraram que os astrócitos no SNC de mamíferos exibem características inter e intra-regionais distintas, bem como diversidade funcional. No SNC, os processos de astrócitos preenchem o ambiente local em domínios não sobrepostos. Portanto, uma vantagem potencial dos astrócitos com regiões específicas pode ser sua capacidade de regular o desenvolvimento local ou otimizar a função do circuito neural local. Uma visão geral da heterogeneidade regional das interações neurônio-astrócito indica novas maneiras pelas quais eles poderiam regular a função neurológica normal e mostra como eles podem se tornar desregulados na doença.


Várias regiões do cérebro nos ajudam a antecipar o que vai acontecer a seguir

Fatias verticais do cérebro, fotografadas em locais diferentes, revelam um gradiente de escala de tempo para antecipação. Os prazos são curtos na parte posterior do cérebro (azuis frios) e mais longos na frente (vermelhos quentes). Crédito da imagem: Christopher Baldassano

Se você assistir a um clipe de filme repetidamente, muitas áreas do seu cérebro começam a antecipar os próximos eventos na tela, de acordo com um estudo recente publicado em eLife. Na primeira vez que você vê o clipe, seu cérebro forma um padrão neural distinto. Então, conforme você se familiariza com o clipe nas visualizações subsequentes, esse padrão neural muda antes, demonstrando algum nível de expectativa quanto ao que está por vir. As descobertas falam mais do que apenas como reagimos a visualizações repetidas de The Grand Budapest Hotel (o filme usado neste estudo). Eles poderiam informar o pensamento sobre como o cérebro humano é organizado.

Os pesquisadores rastrearam a atividade cerebral em 30 participantes, cada um assistindo ao mesmo clipe de filme de 90 segundos seis vezes. Imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) de seus cérebros revelaram padrões de atividade mudando mais cedo em visualizações repetidas do clipe. As varreduras também mostraram que o grau de antecipação variava de acordo com a região do cérebro. O córtex frontal, por exemplo, poderia antecipar até 15 segundos de antecedência, talvez prevendo mudanças na trama do filme, enquanto as áreas corticais do cérebro posterior poderiam antecipar apenas cerca de 1 segundo à frente, provavelmente prevendo mudanças em palavras ou imagens simples.

Juntas, essas descobertas apontam para "um padrão organizado no cérebro", diz o co-autor Christopher Baldassano, neurocientista cognitivo da Universidade de Columbia em Nova York. “As partes próximas [da] parte frontal do cérebro estão mostrando uma antecipação mais longa de coisas mais distantes no futuro. Portanto, o cérebro é capaz de criar esses sinais antecipatórios em várias escalas de tempo. ”

As varreduras de fMRI mediram a atividade em milhares de pequenas áreas do cérebro simultaneamente. Para cada pequeno patch, com vários milímetros de tamanho, os co-autores observaram a atividade neural aumentar e diminuir enquanto um participante assistia ao clipe. Os pesquisadores então usaram um modelo de aprendizado de máquina para identificar o padrão médio de atividade compartilhado entre todos os 30 participantes quando assistiram ao clipe pela primeira vez. Por exemplo, a atividade cerebral pode aumentar em 3 unidades, diminuir em 5 e aumentar novamente em 2, ao longo da duração do clipe, explica Baldassano.

Quando os participantes assistiram ao clipe pela segunda vez, os pesquisadores observaram o mesmo pedaço do cérebro e avaliaram se a atividade neural média aumentava e diminuía antes da primeira exibição. a resposta parece ser sim. “Descobrimos que muitas partes do cérebro mostram esse tipo de antecipação”, diz Baldassano. Até mesmo áreas tradicionalmente associadas à percepção sensorial e outras tarefas muito mais simples anteciparam-se em algum grau, embora a quantidade variasse por região, variando de alguns segundos a cerca de 15.

A descoberta é consistente com a evidência de estudos de memória que questionam quanta informação sobre as diferentes regiões cerebrais do passado podem conter. Esse trabalho encontrou hierarquias movendo-se da parte frontal para a parte posterior do cérebro, onde as regiões frontais podem registrar dezenas de segundos, em comparação com apenas alguns segundos na parte posterior do cérebro, explica Baldassano.

Uma visão hierárquica do cérebro é muito diferente da visão modular tradicional, observa ele. Na visão tradicional, existem sistemas que processam entradas sensoriais brutas, como imagens ou sons, e existem sistemas separados que evocam memórias ou fazem planos. As últimas descobertas confundem as linhas entre esses sistemas, mostrando que regiões conhecidas por processar peças simples de informações visuais, como o córtex visual, também podem antecipar o que está por vir, mesmo que apenas por alguns segundos.

“Há muito interesse em como o cérebro faz previsões sobre o futuro em diferentes escalas e como essas informações são organizadas no cérebro”, diz a neurocientista Kimberly Stachenfeld da DeepMind em Londres, que não esteve envolvida no estudo. Este artigo, observa Stachenfeld, começa a desempacotar isso, mostrando como diferentes escalas de tempo de predição são representadas no cérebro. Ela acrescenta que esses últimos resultados são consistentes com estudos anteriores, sugerindo um gradiente ou hierarquia que se move da parte frontal para a parte posterior do cérebro. Mas olhar especificamente para a antecipação neste contexto é novo, diz ela.

“Esses resultados abrem muitas possibilidades interessantes, como verificar se essa previsão também se generaliza para experiências semelhantes, mas não idênticas”, diz Iva Brunec, pós-doutoranda em neurociência cognitiva na Temple University, em Filadélfia, PA. Também será intrigante investigar “se as pessoas sistematicamente diferem em quão longe no futuro seus padrões cerebrais podem chegar”, acrescenta ela.

Entre as próximas etapas: explorar se os participantes de estudos como este sabem conscientemente que estão antecipando e se usam essa antecipação para fazer planos. Neste estudo, todas as 30 pessoas assistiram passivamente aos clipes de filme, sem instruções adicionais. Mas uma futura linha de estudo, que a co-autora Mariam Aly, também neurocientista cognitiva da Columbia está liderando agora, pedirá aos participantes que gerem previsões sobre o futuro próximo e distante enquanto concluem uma tarefa. Isso deve permitir que Aly e seus colaboradores vejam se o comportamento e os julgamentos das pessoas estão relacionados ao que seu cérebro está antecipando, em um futuro próximo ou distante.

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Conceitos e definições

Axônio - A estrutura longa e fina na qual os potenciais de ação são gerados, a parte transmissora do neurônio. Após a iniciação, os potenciais de ação viajam pelos axônios para causar a liberação do neurotransmissor.

Dendrite - A parte receptora do neurônio. Os dendritos recebem entradas sinápticas dos axônios, com a soma total das entradas dendríticas determinando se o neurônio disparará um potencial de ação.

Coluna - As pequenas saliências encontradas nos dendritos que são, para muitas sinapses, o local de contato pós-sináptico.

Potencial de acção - Breve evento elétrico normalmente gerado no axônio que sinaliza o neurônio como "ativo". Um potencial de ação percorre o comprimento do axônio e causa a liberação de neurotransmissor no sinapse. O potencial de ação e a conseqüente liberação do transmissor permitem que o neurônio se comunique com outros neurônios.


Mecanismos neuronais de categorização visual: uma visão abstrata sobre tomada de decisão

A categorização é nossa capacidade de atribuir estímulos sensoriais de maneira flexível em agrupamentos discretos e comportamentais relevantes.Decisões categóricas podem ser usadas para estudar a tomada de decisão de forma mais geral, dissociando a identidade da categoria dos estímulos das ações que os sujeitos usam para sinalizar suas decisões. Aqui, discutimos as evidências de tal codificação categórica abstrata no cérebro dos primatas e consideramos a relação com outros paradigmas de decisão perceptiva. Trabalhos recentes sobre categorização visual examinaram a atividade neuronal em uma rede hierarquicamente organizada de áreas corticais em macacos treinados para agrupar estímulos visuais em categorias arbitrárias. Isso revelou uma transformação da codificação de características visuais nas primeiras áreas corticais visuais em representações categóricas mais flexíveis nas áreas parietais e pré-frontais a jusante. Essas representações de categorias neuronais são codificadas como estados cognitivos internos abstratos porque não estão rigidamente vinculadas a estímulos sensoriais específicos ou às ações que os macacos usam para sinalizar suas escolhas categóricas.


Nossa mente elétrica: a doutrina do neurônio

A Doutrina do Neurônio estabeleceu que os neurônios são as unidades celulares individuais do sistema nervoso, rodeadas por uma membrana celular e separadas de outras estruturas como as células em qualquer outro órgão do corpo. Ao contrário da maioria das células do corpo, no entanto, os neurônios são projetados especificamente para receber e transmitir informações.

Santiago Ramon y Cajal, o neurocientista espanhol (Imagem: Por foto original é anônima, embora publicada pela Clark University em 1899 / Domínio Público)

Esta Doutrina Neurônica foi defendida pelo mais famoso neuroanatomista que já existiu, Santiago Ramon y Cajal. Vencedor do Prêmio Nobel de 1906, Cajal determinou que, em animais jovens, você poderia realmente seguir axônios com aquele método específico até o seu término. A partir desses estudos, ele estabeleceu que os neurônios eram unidades estruturais e funcionais.

Que os neurônios são as unidades individuais do sistema nervoso e separados de outras células também foi sugerido por Sir Charles Sherrington - que também ganhou um Prêmio Nobel. Sherrington, com base apenas em considerações teóricas, acreditava que os neurônios deviam ter um espaço entre eles, uma lacuna entre os vários neurônios do sistema nervoso. Quando ele olhou para a condução como um fisiologista - olhou para a condução nos troncos nervosos - foi muito mais rápido do que se ele olhasse para a massa cinzenta do cérebro. Com base apenas nisso, ele acreditava que os neurônios eram unidades estruturais individuais que deveriam ter um espaço ou uma lacuna entre eles. Isso era ainda mais importante porque as sinapses não eram realmente vistas com um microscópio eletrônico até o início dos anos 1950.

Esta é uma transcrição da série de vídeos Compreendendo o cérebro. Observe agora, Wondrium.

Acreditamos que as sinapses são os locais do cérebro onde um neurônio interage com outro neurônio. Uma sinapse é onde a comunicação ocorre entre um neurônio e o próximo neurônio da cadeia. O terminal do axônio é onde o primeiro neurônio faz contato com o segundo. No terminal, há vesículas sinápticas, que liberam uma substância química que irá interagir com a membrana pós-sináptica - os dendritos ou o corpo celular desse segundo neurônio.

Preenchendo a lacuna entre os neurônios

Como os neurônios se comunicam entre si? Se houver uma lacuna entre eles, quem é o responsável pela comunicação? Um grande avanço na compreensão disso aconteceu com a descoberta de que os axônios realmente geram eletricidade.

Anatomia de um neurônio (Imagem: por ShadeDesign / Shutterstock)

Um sinal elétrico é propagado e começa na colina do axônio. Uma das coisas mais importantes a lembrar é que o axônio não é apenas uma extensão do corpo celular, é uma estrutura especializada e está ligada ao corpo celular na colina do axônio. Um sinal elétrico é gerado no outeiro do axônio e é propagado ao longo do axônio, de uma forma "tudo ou nada". Isso significa que o sinal não se degrada. O sinal irá percorrer o axônio de uma maneira particular. Ele pula de nó em nó, entre os invólucros de mielina.

Se todos os potenciais de ação de um determinado neurônio têm a mesma amplitude e não se degradam, como é que a intensidade seria codificada no sistema nervoso ou em um neurônio como este? E o que é responsável pela qualidade da estimulação? Precisamos aprender algo sobre o que é o código.

A intensidade e qualidade de um estímulo

A intensidade de um estímulo é codificada nos neurônios, mudando a frequência do disparo. Um estímulo mais intenso faz com que os neurônios aumentem sua taxa de disparo. A qualidade do estímulo, por outro lado, é um pouco diferente. A qualidade de um estímulo é o resultado da estimulação de diferentes tipos de neurônios, da transmissão ao longo de vias específicas e também da “interpretação” por diferentes áreas do cérebro, especialmente o córtex cerebral.

Vamos pensar sobre isso em termos de visão. A qualidade do estímulo na visão - o que experimentamos em última análise como visão - ocorre porque um sinal elétrico é iniciado por células no olho que absorvem luz. Essas células precisam ser especializadas para absorver luz. Em seguida, um sinal elétrico é transmitido ao cérebro ao longo das vias visuais. Isso é o que significa dizer que o cérebro é composto por esses vários tipos de sistemas. Em última análise, a interpretação - ou o constructo mental que interpretamos como visão - é o resultado dessas vias que chegam ao córtex e são interpretadas por áreas visuais muito específicas do cérebro. Os próprios neurônios vão se comunicar sempre com esses potenciais que são gerados nos axônios.

O que realmente está acontecendo quando esse potencial de ação ou esse sinal elétrico está sendo gerado em um axônio? Para avaliar isso e como os neurônios se comunicam, temos que entender algo sobre o ambiente interno e externo dos neurônios e como a mudança na distribuição de átomos específicos será o mecanismo de sinalização para a transmissão de informações.

Os neurônios são unidades estruturais e funcionais do sistema nervoso. São células como qualquer outra célula do corpo.

Os neurônios são unidades estruturais e funcionais do sistema nervoso. São células como qualquer outra célula do corpo. Eles têm uma membrana em torno deles que os torna uma unidade separada. Isso está dentro da célula. E os neurônios, como quase todas as células do corpo, têm organelas dentro deles. Eles têm estruturas especiais que estão envolvidas na produção de proteínas, por exemplo, proteínas de embalagem. Eles também têm dentro de si átomos que são íons, que são basicamente átomos carregados, e isso significa apenas átomos que ganharam ou perderam um elétron.

Carregando o neurônio

Dentro do corpo celular, existem organelas, íons e outras moléculas. Fora da membrana da célula neuronal está o espaço extracelular. Neste espaço extracelular também existem íons. Você pode encontrar potássio novamente, sódio, cloreto, cálcio e outros íons. O que é importante para entender como a sinalização ocorre no sistema nervoso é perceber que a distribuição de íons em uma célula, em um neurônio, é diferente entre o interior e o exterior da célula. Os íons são distribuídos de forma desigual pela membrana neuronal, de modo que, no que chamamos de estado de repouso, o interior da célula terá carga mais negativa do que o exterior. Esse é um princípio fundamental. O estado de repouso significa o neurônio em um momento em que não está disparando. Em seu estado de repouso, os íons são distribuídos desigualmente pela membrana, de modo que o interior da célula é mais negativo do que o exterior.

Esse diferencial de carga - porque, lembre-se, íons são basicamente átomos que ganharam ou perderam um elétron, por isso estão carregados - é mantido de várias maneiras. Uma das maneiras pelas quais isso é mantido é que na membrana dos neurônios existem moléculas que agem como pequenas bombas e garantem que a concentração de íons intracelular seja regulada com muito cuidado. É muito importante que as concentrações iônicas sejam reguladas, porque qualquer anormalidade neste sistema ou mecanismos de controle pode levar a uma descarga elétrica anormal. E uma descarga elétrica anormal pode causar convulsões no cérebro ou até matar neurônios. No estado de repouso, esse diferencial de carga é mantido por moléculas que realmente existem na membrana, que agem como pequenas bombas que garantem que os íons carregados corretos sejam distribuídos pela membrana de uma maneira muito particular.

Regulando a concentração iônica

No espaço extracelular, que fica fora de um único neurônio, o papel de regular a concentração de íons é tarefa dos astrócitos. Astrócitos - células gliais em forma de estrela derivadas das mesmas células progenitoras que dão origem aos neurônios - desempenham um papel crítico na regulação da concentração iônica fora do neurônio. Eles fazem isso porque, na verdade, atuam como pequenos sumidouros para átomos carregados específicos. O ambiente iônico extracelular é regulado até o átomo pelos astrócitos e a carga intracelular vai ser regulada até o átomo por moléculas específicas através da membrana.

O que acontece quando um neurônio é estimulado? Quando um neurônio é estimulado, a distribuição de íons é alterada através da membrana. Se os íons agora se distribuem quando a célula é estimulada, a carga diferencial faz com que o interior do neurônio se torne mais positivo, chamamos isso de despolarização. Se o interior da célula se tornar ainda mais negativo do que antes, ela ficará hiperpolarizada. No estado de repouso, o diferencial de carga é de cerca de -70 mV.

Como disparar um neurônio

Quando a carga atinge um determinado ponto - quando o interior da célula se torna mais positivo para cerca de -55 mV - ela dispara um potencial de ação no outeiro axônio. O que temos então é a despolarização - tornando o interior mais positivo - uma excitação no sistema nervoso. Se o interior for mais negativo, é chamado de hiperpolarização - uma inibição do sistema nervoso. Os potenciais de ação são gerados no outeiro axônio do neurônio e propagados ao longo do axônio, saltando de nó em nó entre as bainhas de mielina (ver fig. 1). Suas mudanças muito rápidas e transitórias no potencial de membrana vão ocorrer em todos os lugares onde o axônio está basicamente vazio. Como o potencial de ação salta de nó em nó, é chamado de condução saltatória. Isso significa uma "condução de salto".

Acelerando o Sinal

A velocidade de propagação pelo axônio se deve ao tamanho dessas bainhas de mielina ao redor do neurônio. Quanto maior o neurônio e maior a mielina, mais rápida é a condução. Se seu axônio não fosse mielinizado, a condução seria muito lenta e, na verdade, é muito fácil entender o porquê. Se você vai pular de nó em nó, então o único lugar em que você precisa alterar a carga diferencial é nos espaços entre cada nó. Se você tiver um axônio não mielinizado, terá que alterar a carga em cada ponto individual ao longo do axônio. A transmissão sináptica em axônios mielinizados é muito mais rápida do que em não mielinizados, porque ela simplesmente salta de um nó para outro. É por isso que você pode ter um neurônio e um córtex motor, e pode pensar que deseja estender a mão e tocar um objeto e, em seguida, fazê-lo quase que instantaneamente. No entanto, esses potenciais de ação tiveram que ir dos neurônios motores em seu córtex, até sua medula espinhal, sinapses na medula espinhal e sair para causar a contração do músculo. Mas parece quase instantâneo para nós, porque esses são axônios mielinizados que são muito, muito rápidos.

Nossa próxima pergunta é: o que acontece quando o potencial de ação atinge as terminações terminais do axônio? Esse parece ser o próximo lugar a ir. O neurônio propaga um potencial de ação para os terminais dos axônios, onde formarão sinapses com a próxima célula. O que acontece aqui na sinapse?

Cálcio, neurotransmissores e receptores

Veja a Fig. 3. O potencial de ação - a carga elétrica - faz com que uma coisa específica aconteça. Ele faz com que a membrana pré-sináptica, a terminação terminal, abra canais que permitem um influxo de cálcio - um dos íons carregados naquele espaço extracelular. Quando o cálcio chega ao terminal nervoso, ele cria uma cascata de eventos que vão resultar no movimento de pequenas vesículas até o ponto de terminação da membrana. Essas membranas se fundem com a membrana pré-sináptica e despejam seu conteúdo - neurotransmissores - na fenda, o espaço que separa um neurônio de outro.

A última pergunta é: o que acontece agora na estrutura pós-sináptica? A única maneira de o primeiro neurônio se comunicar com o segundo neurônio é por meio de algum tipo de sinal que ele possa ler. E o que acontece? O potencial de ação causa a liberação de neurotransmissores ou substâncias químicas desse terminal pré-sináptico. Esses produtos químicos se difundem pela fenda sináptica para interagir com receptores específicos na célula pós-sináptica. A interação do neurotransmissor com esses receptores pós-sinápticos vai fazer uma de duas coisas. Ou vai abrir canais diretamente nessa membrana pós-sináptica - o canal é apenas uma proteína que controla o fluxo de íons através de sua membrana. Ou, ele vai se ligar a outra molécula que eventualmente também resultará em diferentes íons sendo distribuídos através da membrana pós-sináptica. Nós nos referimos às mudanças que ocorrem em uma sinapse como potenciais de membrana ou potenciais de membrana pós-sináptica.

Avaliação do potencial pós-sináptico

Esses potenciais são diferentes dos potenciais de ação de várias maneiras. Em primeiro lugar, eles são gerados em dendritos e espinhos. Os dendritos são apenas extensões do corpo celular e as espinhas são apenas protuberâncias da superfície dendrítica para aumentar a área de superfície. Os potenciais sinápticos podem ser despolarizantes ou hiperpolarizantes. Em outras palavras, eles podem ser excitatórios ou inibitórios. Mas, ao contrário dos potenciais de ação, os potenciais sinápticos são graduados e "decrementais".

Os neurônios têm uma variedade de entradas axonais. Esses são axônios vindos de diferentes lugares, outros núcleos do cérebro, fazendo sinapses com a célula, seja em seu corpo celular ou em seus dendritos ou espinhos. Graduado e decremental significa que os potenciais sinápticos, que são gerados nos dendritos ou espinhas, são graduados de acordo com o tamanho deles depende de quanto neurotransmissor foi liberado. Decremental significa algo interessante. Espinhas e dendritos não são mielinizados. Essas são verdadeiras extensões da superfície do corpo celular. E isso significa que uma sinapse na borda de uma célula tem que mudar a membrana e a distribuição de íons em cada ponto ao longo do caminho até o corpo celular e a colina do axônio. Isso significa que à medida que o sinal é transferido, ele diminui, tornando-se menor.

Agora, qual é a consequência disso? O que isso significa? Bem, isso significa que é a soma de todas as entradas excitatórias e inibitórias para este neurônio que determinará se um potencial de ação será disparado no outeiro axônio. Existem milhares de sinapses chegando e estimulando a membrana pós-sináptica ou inibindo a membrana pós-sináptica, e então a adição de todas essas milhares de sinapses e sua excitação e inibição determinará se um potencial de ação será gerado no outeirinho do axônio. E uma vez que é gerado, esse potencial de ação será então propagado de uma forma tudo ou nada para uma sinapse novamente, e continuamente em uma cadeia de neurônios.

Perguntas comuns sobre a doutrina do neurônio

A Doutrina Neurônica foi uma teoria desenvolvida no final de 1800 & # 8217s detalhando as propriedades dos neurônios e do sistema nervoso que explicava que os neurônios eram discreto em vez de contínuo .


O cérebro tem muitas partes diferentes. O cérebro também possui áreas específicas que realizam certos tipos de trabalho. Essas áreas são chamadas de lóbulos. Um lóbulo trabalha com seus olhos ao assistir a um filme. Existe um lóbulo que controla suas pernas e braços ao correr e chutar uma bola de futebol. Existem dois lóbulos envolvidos na leitura e na escrita. Suas memórias de um evento favorito são mantidas pelo mesmo lóbulo que o ajuda em um teste de matemática. O cérebro está controlando todas essas coisas e muito mais. Use o mapa abaixo para fazer um tour pelas regiões do cérebro e aprender o que elas controlam em seu corpo.

O cérebro é um órgão muito ocupado. É o centro de controle do corpo. Ele administra seus órgãos, como coração e pulmões. Ele também está ocupado trabalhando com outras partes do corpo. Todos os seus sentidos - visão, olfato, audição, tato e paladar - dependem do seu cérebro. Experimentar a comida com os sensores na língua só é possível se os sinais das papilas gustativas forem enviados ao cérebro. Uma vez no cérebro, os sinais são decodificados. O doce sabor de uma laranja só é doce se o cérebro lhe disser que é.

Lóbulo frontal

  • Movimento do corpo
  • Personalidade
  • Concentração, planejamento, resolução de problemas
  • Significado das palavras
  • Reações emocionais
  • Fala
  • Cheiro

Lobo parietal

Lobo temporal

Lobo occipital

Cerebelo

  • Latim para pequeno cérebro
  • Controle motor fino (músculo)
  • Equilíbrio e coordenação (evite objetos e não caia)

Lobo límbico


Discussão

Ao comparar a magnitude da conectividade funcional em uma grande coorte multi-site (n = 1011) de indivíduos, demonstramos que uma rede dominante à esquerda e uma rede dominante à direita podem ser definidas em que hubs discretos mostram lateralização consistente entre as conexões entre o respectivos centros hemisféricos direito e esquerdo. Os hubs dominantes à esquerda e dominantes à direita identificados correspondem bem à arquitetura conhecida de redes de conectividade intrínseca e mostram lateralização persistente da conectividade, mesmo após a remoção da variância atribuída à assimetria estrutural da massa cinzenta. Também demonstramos que a lateralização é uma propriedade local em vez de uma propriedade do cérebro inteiro. Em outras palavras, quando uma conexão de interesse é fortemente lateralizada, o grau de lateralização para as outras conexões em todo o cérebro se relaciona apenas nas conexões que têm um hub em comum com a conexão de interesse.

Nossos dados são amplamente consistentes com estudos anteriores sobre a distribuição espacial da lateralização da conectividade funcional [16], [17]. Descobrimos que as regiões do cérebro que mostram lateralização à esquerda consistentemente forte incluem regiões clássicas da linguagem (área de Broca, área de Wernicke, pré-motor lateral e áreas motoras suplementares anteriores). As coordenadas MNI associadas à maior lateralização à esquerda são semelhantes àquelas relatadas em estudos de linguagem por fMRI baseados em tarefas [32]. As áreas de Broca e Wernicke demonstraram compreender uma rede de linguagem distribuída, predominantemente lateralizada à esquerda, em suas conexões funcionais e incluem regiões corticais e subcorticais adjacentes [33].

Outros hubs lateralizados à esquerda incluem regiões centrais da rede de modo padrão (cingulado posterior, pré-frontal medial, junção temporoparietal) [34]. Em uma variedade de tarefas cognitivas [35], esta rede mostra maior atividade durante o estado de repouso do que durante a tarefa [36], e foi proposto que esta rede pode estar envolvida no atendimento a estímulos internos, narrativa interna ou self -reflecção [37] - [40].Evidências recentes sugerem que essa rede pode ser composta de um núcleo da linha média ativo durante o pensamento autorreferencial e um núcleo temporal medial ativo durante a memória de eventos passados ​​[41], com o pré-cuneiforme mostrando três subdivisões anterior / posterior com diferentes padrões de conectividade [42] .

Em contraste, os centros de conectividade funcional lateralizada à direita correspondem bem às regiões canônicas das redes de atenção dorsal e ventral e à rede cingulo-insular ou de saliência [43] - [47]. Esta rede é mais ativa durante tarefas que requerem atenção a estímulos externos ou avaliação da saliência ou novidade do estímulo [46], [48]. Praticamente todos os centros descritos desta rede mostram lateralização certa entre si em nossa análise, incluindo sulco intraparietal, campos oculares frontais, área MT, ínsula anterior e córtex pré-frontal dorsolateral. A lateralização direita da atenção ao estímulo externo é consistente com estudos de lesão relatando uma incidência muito maior de negligência hemisférica após lesão hemisférica direita [49], particularmente associada a lesões em regiões da rede de atenção ventral [49].

Em relatórios populares, "cérebro esquerdo" e "cérebro direito" tornaram-se termos associados a traços de personalidade e estratégias cognitivas, com um indivíduo de "cérebro esquerdo" ou estilo cognitivo tipicamente associado a uma abordagem lógica e metódica e "direito- brained ”com uma abordagem mais criativa, fluida e intuitiva. Com base nas regiões do cérebro que identificamos como centros nas redes mais amplas de conectividade dominante à esquerda e dominante à direita, um esquema mais consistente pode incluir conexões dominantes à esquerda associadas à linguagem e percepção de estímulos internos, e conexões dominantes à direita associadas à atenção a estímulos externos.

No entanto, nossas análises sugerem que um cérebro individual não é "esquerdo" ou "direito" como uma propriedade global, mas que a lateralização assimétrica é uma propriedade de nós individuais ou sub-redes locais, e que diferentes aspectos da rede esquerda dominante e a rede dominante à direita pode mostrar uma lateralização relativamente maior ou menor dentro de um indivíduo. Se uma conexão envolvendo um dos hubs esquerdos é fortemente lateralizada à esquerda em um indivíduo, então outras conexões na rede dominante à esquerda também envolvendo este hub também podem ser mais fortemente lateralizadas à esquerda, mas isso não se traduziu em uma lateralização significativamente generalizada de a rede dominante à esquerda ou rede dominante à direita. Da mesma forma, se uma conexão de rede dominante à esquerda foi fortemente lateralizada à esquerda, isso não teve efeito significativo no grau de lateralização dentro das conexões na rede dominante à direita, exceto para aquelas conexões onde uma conexão lateralizada à esquerda incluía um hub que estava sobreposto ou próximo a um hub homotópico lateralizado à direita.

Observamos que a lateralização de medidas de correlação funcional não corrigidas inclui um efeito significativo de assimetrias estruturais, como a posição giratória. Tentamos corrigir esse efeito regredindo a densidade de matéria cinzenta entre os assuntos para cada um dos pontos finais de cada conexão em nosso conjunto de dados para obter uma medição menos tendenciosa de lateralização funcional. Embora esse efeito seja difícil de remover completamente, é improvável que as relações que descrevemos sejam totalmente atribuíveis a assimetrias estruturais. O mapa de lateralização de densidade de massa cinzenta mostra uma distribuição espacial diferente do mapa de lateralização de conectividade funcional, com lateralização estrutural variando abruptamente entre esquerda e direita com cada giro, e lateralização funcional seguindo arquitetura funcional bem conhecida de redes de conectividade intrínseca. Dois dos nós estão a 10 mm de seus equivalentes homotópicos nas redes dominantes à esquerda e à direita. Assim, o mesmo hub é lateralizado para um conjunto de conexões no hemisfério esquerdo e para um conjunto diferente de conexões no hemisfério direito. Isso é consistente com o tensor de difusão anterior e as análises de IRM de conectividade funcional que mostram que as conexões entre a junção temporoparietal e a ínsula são lateralizadas assimetricamente para a direita, enquanto as conexões entre a junção temporoparietal e o giro frontal inferior são lateralizadas assimetricamente para a esquerda [50], [ 51].

Também é possível que a relação entre lateralização estrutural e lateralização funcional seja mais do que um artefato. As regiões do cérebro com mais massa cinzenta em um hemisfério podem desenvolver lateralização das funções cerebrais atribuídas a essas regiões. Alternativamente, se uma assimetria funcional se desenvolver em uma região do cérebro, é possível que haja hipertrofia da substância cinzenta nessa região. A extensão em que as assimetrias estruturais e funcionais coevoluem no desenvolvimento exigirá um estudo mais aprofundado, incluindo imagens em pontos anteriores no desenvolvimento e com métricas de imagens longitudinais, e se as projeções assimétricas da substância branca [52], [53] contribuem para a lateralização da conectividade funcional .

É importante notar que nossos dados medem apenas assimetrias na magnitude da conectividade funcional entre conexões homotópicas, mas não medem diferenças no conteúdo da informação cognitiva entre conexões análogas em hemisférios opostos. Assim, uma conexão no hemisfério esquerdo pode ser associada a uma computação neural completamente nova a partir de uma conexão homotópica no hemisfério direito, mas não mostra nenhuma diferença na lateralização da conectividade funcional. No entanto, a correlação funcional lateralizada sugere uma arquitetura de rede que difere entre os dois hemisférios e pode ser um indicador do conteúdo das duas redes, dadas as diferenças conhecidas em função dos respectivos hubs lateralizados à esquerda e à direita.

Observamos uma tendência generalizada fraca em direção a uma maior lateralização da conectividade com a idade entre os 20 hubs incluídos na análise, mas a maioria das conexões individuais não mostrou mudanças significativas relacionadas à idade na lateralização. As mudanças fracas na lateralização com a idade devem ser interpretadas com cautela porque as correlações incluíram & gt1000 pontos de dados, então diferenças muito sutis podem ser observadas que não estão associadas a diferenças comportamentais ou cognitivas. Relatórios anteriores com tamanhos de amostra menores relataram diferenças na lateralização durante a adolescência no córtex pré-frontal [54], bem como diminuição da assimetria estrutural com a idade em uma faixa etária semelhante [55].

Da mesma forma, não vimos diferenças na lateralização funcional com o gênero. Esses resultados diferem de estudos anteriores nos quais diferenças significativas de gênero na lateralização da conectividade funcional foram relatadas [16], [17]. Isso pode ser devido a métodos diferentes entre os dois estudos, incluindo o uso de conectividade de curto alcance em um dos relatórios anteriores e correção de assimetrias estruturais neste relatório. Um estudo anterior realizando análises teóricas gráficas de dados de conectividade funcional em estado de repouso usando uma parcela predefinida do cérebro também não encontrou efeitos significativos de assimetria hemisférica com gênero, mas relatou que os homens tendem a ser mais localmente eficientes em seus hemisférios direitos e as mulheres tendem a ser mais eficiente localmente em seus hemisférios esquerdos [56].

É intrigante que dois hubs da rede lateralizada à esquerda e da rede lateralizada à direita sejam quase homotópicos. A lateralização máxima à esquerda na área de Broca corresponde a um aglomerado homotópico lateralizado à direita semelhante, estendendo-se para incluir a ínsula anterior na rede de saliência. Embora ambas as redes tenham homólogos bilaterais no giro frontal inferior / região insular anterior, é possível que os limites relativos do Homólogo de Broca à direita e a região de saliência frontoinsular possam “competir” pela função cortical cerebral adjacente. Estudos futuros em populações caracterizadas por traços de personalidade [57] ou função da linguagem podem ser informativos sobre se as diferenças de conectividade local nessas regiões são refletidas em características comportamentais ou habilidades. O estudo é limitado pela falta de dados comportamentais e de averiguação do sujeito disponíveis na amostra de sujeito. Em particular, faltam dados de origem sobre a destreza. No entanto, nenhum dos hubs em nossas redes lateralizadas à esquerda e à direita envolvem córtices motores ou sensoriais primários e nenhuma das conexões lateralizadas mostrou correlação significativa com métricas de lateralidade em indivíduos para os quais havia dados disponíveis.

Apesar da necessidade de um estudo mais aprofundado da relação entre comportamento e conectividade lateralizada, demonstramos que as redes lateralizadas à esquerda e à direita são homogeneamente mais fortes entre uma constelação de hubs nos hemisférios esquerdo e direito, mas que tais conexões não resultam em um sujeito - diferença de lateralização global específica do cérebro que favorece uma rede sobre a outra (ou seja, cérebro esquerdo ou direito). Em vez disso, as redes cerebrais lateralizadas parecem mostrar correlação local entre os sujeitos, com apenas mudanças fracas desde a infância até o início da idade adulta e diferenças muito pequenas, se houver, com o gênero.


A estrutura de um neurônio

Embora existam muitos tipos de neurônios com estruturas diferentes, ainda existem alguns elementos comuns. A estrutura normal é composto de três partes básicas: o soma, os dendritos e o axônio. Essa composição os ajuda a cumprir suas funções de conectores e gerenciadores de informações.

Antes de explicarmos as três partes, também vale a pena mencionar uma coisa estranha sobre a membrana de um neurônio. Não é permeável exatamente da mesma forma que as outras células do seu corpo. Na verdade, é isso que permite que ele responda aos estímulos ao seu redor. É por isso que o impulso elétrico criado em um neurônio pode viajar para outras células ou tecidos.

As partes de um neurônio

A parte central de um neurônio é o soma. É onde toda a atividade metabólica acontece. O soma é onde está o núcleo, junto com outras microestruturas e órgãos celulares que mantêm os neurônios vivos.

Os dendritos são os ramos que saem do soma e fazer com que pareça uma árvore. É aqui que ocorre principalmente a recepção de informações. As árvores dendríticas têm bifurcações que conectam um neurônio aos axônios de outros neurônios e se comunicam com eles.

Os neurônios podem transmitir informações porque os dendritos possuem neurorreceptores ao longo de sua membrana. Mesmo que a comunicação seja principalmente axônio-dendrito, pode haver outros tipos também (axônio-axônio ou axônio-soma).

O axônio sai do soma da parte mais ampla que chamamos de "outeirinho do axônio". O que ele faz é incorporar as informações captadas pelo neurônio para que ele possa transmiti-las a outros mais tarde. No final de um axônio estão os terminais do axônio. Eles se conectam aos dendritos de outros neurônios.


Destaques

Embora seja amplamente aceito que o cérebro é topograficamente organizado em áreas distintas que são integradas em redes, a contribuição única de cada área para o comportamento ainda não foi elucidada.

Diversas linhas de pesquisa usando diferentes abordagens têm contribuído para inúmeras associações comportamentais em qualquer área do cérebro.

Bancos de dados emergentes de dados de ativação baseados em tarefas oferecem a possibilidade de caracterizar o envolvimento de regiões do cérebro em uma ampla gama de condições comportamentais experimentais.

Novas grandes amostras de dados fenotípicos e de imagem fornecem uma oportunidade para complementar o padrão de ativação examinando associações entre sujeitos entre marcadores neurobiológicos derivados de imagem e características comportamentais ecológicas.

Muitas regiões do cérebro foram definidas, mas ainda falta uma formalização abrangente da função de cada região em relação ao comportamento humano. O conhecimento atual vem de vários campos, que têm diversas concepções de "funções". Revisamos brevemente esses campos e delineamos como a heterogeneidade de associações pode ser aproveitada para revelar a função computacional de qualquer região. Agregar dados de ativação de estudos de neuroimagem nos permite caracterizar o envolvimento funcional de uma região em uma gama de condições experimentais. Além disso, dados de grandes amostras podem revelar a covariação entre as características da região do cérebro e a fenotipagem comportamental ecológica. Combinar essas duas abordagens abre uma nova perspectiva para determinar as associações comportamentais de uma região do cérebro e, portanto, sua função e papel mais amplo dentro de redes funcionais em grande escala.


O cérebro tem muitas partes diferentes. O cérebro também possui áreas específicas que realizam certos tipos de trabalho. Essas áreas são chamadas de lóbulos. Um lóbulo trabalha com seus olhos ao assistir a um filme. Existe um lóbulo que controla suas pernas e braços ao correr e chutar uma bola de futebol. Existem dois lóbulos envolvidos na leitura e na escrita. Suas memórias de um evento favorito são mantidas pelo mesmo lóbulo que o ajuda em um teste de matemática. O cérebro está controlando todas essas coisas e muito mais. Use o mapa abaixo para fazer um tour pelas regiões do cérebro e aprender o que elas controlam em seu corpo.

O cérebro é um órgão muito ocupado. É o centro de controle do corpo. Ele administra seus órgãos, como coração e pulmões. Ele também está ocupado trabalhando com outras partes do corpo. Todos os seus sentidos - visão, olfato, audição, tato e paladar - dependem do seu cérebro. Experimentar a comida com os sensores na língua só é possível se os sinais das papilas gustativas forem enviados ao cérebro. Uma vez no cérebro, os sinais são decodificados. O doce sabor de uma laranja só é doce se o cérebro lhe disser que é.

Lóbulo frontal

  • Movimento do corpo
  • Personalidade
  • Concentração, planejamento, resolução de problemas
  • Significado das palavras
  • Reações emocionais
  • Fala
  • Cheiro

Lobo parietal

Lobo temporal

Lobo occipital

Cerebelo

  • Latim para pequeno cérebro
  • Controle motor fino (músculo)
  • Equilíbrio e coordenação (evite objetos e não caia)

Lobo límbico


Discussão

Ao comparar a magnitude da conectividade funcional em uma grande coorte multi-site (n = 1011) de indivíduos, demonstramos que uma rede dominante à esquerda e uma rede dominante à direita podem ser definidas em que hubs discretos mostram lateralização consistente entre as conexões entre o respectivos centros hemisféricos direito e esquerdo. Os hubs dominantes à esquerda e dominantes à direita identificados correspondem bem à arquitetura conhecida de redes de conectividade intrínseca e mostram lateralização persistente da conectividade, mesmo após a remoção da variância atribuída à assimetria estrutural da massa cinzenta. Também demonstramos que a lateralização é uma propriedade local em vez de uma propriedade do cérebro inteiro. Em outras palavras, quando uma conexão de interesse é fortemente lateralizada, o grau de lateralização para as outras conexões em todo o cérebro se relaciona apenas nas conexões que têm um hub em comum com a conexão de interesse.

Nossos dados são amplamente consistentes com estudos anteriores sobre a distribuição espacial da lateralização da conectividade funcional [16], [17]. Descobrimos que as regiões do cérebro que mostram lateralização à esquerda consistentemente forte incluem regiões clássicas da linguagem (área de Broca, área de Wernicke, pré-motor lateral e áreas motoras suplementares anteriores). As coordenadas MNI associadas à maior lateralização à esquerda são semelhantes àquelas relatadas em estudos de linguagem por fMRI baseados em tarefas [32]. As áreas de Broca e Wernicke demonstraram compreender uma rede de linguagem distribuída, predominantemente lateralizada à esquerda, em suas conexões funcionais e incluem regiões corticais e subcorticais adjacentes [33].

Outros hubs lateralizados à esquerda incluem regiões centrais da rede de modo padrão (cingulado posterior, pré-frontal medial, junção temporoparietal) [34]. Em uma variedade de tarefas cognitivas [35], esta rede mostra maior atividade durante o estado de repouso do que durante a tarefa [36], e foi proposto que esta rede pode estar envolvida no atendimento a estímulos internos, narrativa interna ou self -reflecção [37] - [40]. Evidências recentes sugerem que essa rede pode ser composta de um núcleo da linha média ativo durante o pensamento autorreferencial e um núcleo temporal medial ativo durante a memória de eventos passados ​​[41], com o pré-cuneiforme mostrando três subdivisões anterior / posterior com diferentes padrões de conectividade [42] .

Em contraste, os centros de conectividade funcional lateralizada à direita correspondem bem às regiões canônicas das redes de atenção dorsal e ventral e à rede cingulo-insular ou de saliência [43] - [47]. Esta rede é mais ativa durante tarefas que requerem atenção a estímulos externos ou avaliação da saliência ou novidade do estímulo [46], [48]. Praticamente todos os centros descritos desta rede mostram lateralização certa entre si em nossa análise, incluindo sulco intraparietal, campos oculares frontais, área MT, ínsula anterior e córtex pré-frontal dorsolateral. A lateralização direita da atenção ao estímulo externo é consistente com estudos de lesão que relatam uma incidência muito maior de negligência hemisférica após lesão hemisférica direita [49], particularmente associada a lesões em regiões da rede de atenção ventral [49].

Em relatórios populares, "cérebro esquerdo" e "cérebro direito" tornaram-se termos associados a traços de personalidade e estratégias cognitivas, com um indivíduo de "cérebro esquerdo" ou estilo cognitivo tipicamente associado a uma abordagem lógica e metódica e "direito- brained ”com uma abordagem mais criativa, fluida e intuitiva. Com base nas regiões do cérebro que identificamos como centros nas redes mais amplas de conectividade dominante à esquerda e dominante à direita, um esquema mais consistente pode incluir conexões dominantes à esquerda associadas à linguagem e percepção de estímulos internos, e conexões dominantes à direita associadas à atenção a estímulos externos.

No entanto, nossas análises sugerem que um cérebro individual não é "esquerdo" ou "direito" como uma propriedade global, mas que a lateralização assimétrica é uma propriedade de nós individuais ou sub-redes locais, e que diferentes aspectos da rede esquerda dominante e a rede dominante à direita pode mostrar uma lateralização relativamente maior ou menor dentro de um indivíduo. Se uma conexão envolvendo um dos hubs esquerdos é fortemente lateralizada à esquerda em um indivíduo, então outras conexões na rede dominante à esquerda também envolvendo este hub também podem ser mais fortemente lateralizadas à esquerda, mas isso não se traduziu em uma lateralização significativamente generalizada de a rede dominante à esquerda ou rede dominante à direita. Da mesma forma, se uma conexão de rede dominante à esquerda foi fortemente lateralizada à esquerda, isso não teve efeito significativo no grau de lateralização dentro das conexões na rede dominante à direita, exceto para aquelas conexões onde uma conexão lateralizada à esquerda incluía um hub que estava sobreposto ou próximo a um hub homotópico lateralizado à direita.

Observamos que a lateralização das medidas de correlação funcional não corrigidas inclui um efeito significativo das assimetrias estruturais, como a posição giratória. Tentamos corrigir esse efeito regredindo a densidade de matéria cinzenta entre os assuntos para cada um dos pontos finais de cada conexão em nosso conjunto de dados para obter uma medição menos tendenciosa de lateralização funcional.Embora esse efeito seja difícil de remover completamente, é improvável que as relações que descrevemos sejam totalmente atribuíveis a assimetrias estruturais. O mapa de lateralização de densidade de massa cinzenta mostra uma distribuição espacial diferente do mapa de lateralização de conectividade funcional, com lateralização estrutural variando abruptamente entre esquerda e direita com cada giro, e lateralização funcional seguindo arquitetura funcional bem conhecida de redes de conectividade intrínseca. Dois dos nós estão a 10 mm de seus equivalentes homotópicos nas redes dominantes à esquerda e à direita. Assim, o mesmo hub é lateralizado para um conjunto de conexões no hemisfério esquerdo e para um conjunto diferente de conexões no hemisfério direito. Isso é consistente com o tensor de difusão anterior e as análises de IRM de conectividade funcional que mostram que as conexões entre a junção temporoparietal e a ínsula são lateralizadas assimetricamente para a direita, enquanto as conexões entre a junção temporoparietal e o giro frontal inferior são lateralizadas assimetricamente para a esquerda [50], [ 51].

Também é possível que a relação entre lateralização estrutural e lateralização funcional seja mais do que um artefato. As regiões do cérebro com mais massa cinzenta em um hemisfério podem desenvolver lateralização das funções cerebrais atribuídas a essas regiões. Alternativamente, se uma assimetria funcional se desenvolver em uma região do cérebro, é possível que haja hipertrofia da substância cinzenta nessa região. A extensão em que as assimetrias estruturais e funcionais coevoluem no desenvolvimento exigirá um estudo mais aprofundado, incluindo imagens em pontos anteriores no desenvolvimento e com métricas de imagens longitudinais, e se as projeções assimétricas da substância branca [52], [53] contribuem para a lateralização da conectividade funcional .

É importante notar que nossos dados medem apenas assimetrias na magnitude da conectividade funcional entre conexões homotópicas, mas não medem diferenças no conteúdo da informação cognitiva entre conexões análogas em hemisférios opostos. Assim, uma conexão no hemisfério esquerdo pode ser associada a uma computação neural completamente nova a partir de uma conexão homotópica no hemisfério direito, mas não mostra nenhuma diferença na lateralização da conectividade funcional. No entanto, a correlação funcional lateralizada sugere uma arquitetura de rede que difere entre os dois hemisférios e pode ser um indicador do conteúdo das duas redes, dadas as diferenças conhecidas em função dos respectivos hubs lateralizados à esquerda e à direita.

Observamos uma tendência generalizada fraca em direção a uma maior lateralização da conectividade com a idade entre os 20 hubs incluídos na análise, mas a maioria das conexões individuais não mostrou mudanças significativas relacionadas à idade na lateralização. As mudanças fracas na lateralização com a idade devem ser interpretadas com cautela porque as correlações incluíram & gt1000 pontos de dados, então diferenças muito sutis podem ser observadas que não estão associadas a diferenças comportamentais ou cognitivas. Relatórios anteriores com tamanhos de amostra menores relataram diferenças na lateralização durante a adolescência no córtex pré-frontal [54], bem como diminuição da assimetria estrutural com a idade em uma faixa etária semelhante [55].

Da mesma forma, não vimos diferenças na lateralização funcional com o gênero. Esses resultados diferem de estudos anteriores nos quais diferenças significativas de gênero na lateralização da conectividade funcional foram relatadas [16], [17]. Isso pode ser devido a métodos diferentes entre os dois estudos, incluindo o uso de conectividade de curto alcance em um dos relatórios anteriores e correção de assimetrias estruturais neste relatório. Um estudo anterior realizando análises teóricas gráficas de dados de conectividade funcional em estado de repouso usando uma parcela predefinida do cérebro também não encontrou efeitos significativos de assimetria hemisférica com gênero, mas relatou que os homens tendem a ser mais localmente eficientes em seus hemisférios direitos e as mulheres tendem a ser mais eficiente localmente em seus hemisférios esquerdos [56].

É intrigante que dois hubs da rede lateralizada à esquerda e da rede lateralizada à direita sejam quase homotópicos. A lateralização máxima à esquerda na área de Broca corresponde a um aglomerado homotópico lateralizado à direita semelhante, estendendo-se para incluir a ínsula anterior na rede de saliência. Embora ambas as redes tenham homólogos bilaterais no giro frontal inferior / região insular anterior, é possível que os limites relativos do Homólogo de Broca à direita e a região de saliência frontoinsular possam “competir” pela função cortical cerebral adjacente. Estudos futuros em populações caracterizadas por traços de personalidade [57] ou função da linguagem podem ser informativos sobre se as diferenças de conectividade local nessas regiões são refletidas em características comportamentais ou habilidades. O estudo é limitado pela falta de dados comportamentais e de averiguação do sujeito disponíveis na amostra de sujeito. Em particular, faltam dados de origem sobre a destreza. No entanto, nenhum dos hubs em nossas redes lateralizadas à esquerda e à direita envolvem córtices motores ou sensoriais primários e nenhuma das conexões lateralizadas mostrou correlação significativa com métricas de lateralidade em indivíduos para os quais havia dados disponíveis.

Apesar da necessidade de um estudo mais aprofundado da relação entre comportamento e conectividade lateralizada, demonstramos que as redes lateralizadas à esquerda e à direita são homogeneamente mais fortes entre uma constelação de hubs nos hemisférios esquerdo e direito, mas que tais conexões não resultam em um sujeito - diferença de lateralização global específica do cérebro que favorece uma rede sobre a outra (ou seja, cérebro esquerdo ou direito). Em vez disso, as redes cerebrais lateralizadas parecem mostrar correlação local entre os sujeitos, com apenas mudanças fracas desde a infância até o início da idade adulta e diferenças muito pequenas, se houver, com o gênero.


Nossa mente elétrica: a doutrina do neurônio

A Doutrina do Neurônio estabeleceu que os neurônios são as unidades celulares individuais do sistema nervoso, rodeadas por uma membrana celular e separadas de outras estruturas como as células em qualquer outro órgão do corpo. Ao contrário da maioria das células do corpo, no entanto, os neurônios são projetados especificamente para receber e transmitir informações.

Santiago Ramon y Cajal, o neurocientista espanhol (Imagem: Por foto original é anônima, embora publicada pela Clark University em 1899 / Domínio Público)

Esta Doutrina Neurônica foi defendida pelo mais famoso neuroanatomista que já existiu, Santiago Ramon y Cajal. Vencedor do Prêmio Nobel de 1906, Cajal determinou que, em animais jovens, você poderia realmente seguir axônios com aquele método específico até o seu término. A partir desses estudos, ele estabeleceu que os neurônios eram unidades estruturais e funcionais.

Que os neurônios são as unidades individuais do sistema nervoso e separados de outras células também foi sugerido por Sir Charles Sherrington - que também ganhou um Prêmio Nobel. Sherrington, com base apenas em considerações teóricas, acreditava que os neurônios deviam ter um espaço entre eles, uma lacuna entre os vários neurônios do sistema nervoso. Quando ele olhou para a condução como um fisiologista - olhou para a condução nos troncos nervosos - foi muito mais rápido do que se ele olhasse para a massa cinzenta do cérebro. Com base apenas nisso, ele acreditava que os neurônios eram unidades estruturais individuais que deveriam ter um espaço ou uma lacuna entre eles. Isso era ainda mais importante porque as sinapses não eram realmente vistas com um microscópio eletrônico até o início dos anos 1950.

Esta é uma transcrição da série de vídeos Compreendendo o cérebro. Observe agora, Wondrium.

Acreditamos que as sinapses são os locais do cérebro onde um neurônio interage com outro neurônio. Uma sinapse é onde a comunicação ocorre entre um neurônio e o próximo neurônio da cadeia. O terminal do axônio é onde o primeiro neurônio faz contato com o segundo. No terminal, há vesículas sinápticas, que liberam uma substância química que irá interagir com a membrana pós-sináptica - os dendritos ou o corpo celular desse segundo neurônio.

Preenchendo a lacuna entre os neurônios

Como os neurônios se comunicam entre si? Se houver uma lacuna entre eles, quem é o responsável pela comunicação? Um grande avanço na compreensão disso aconteceu com a descoberta de que os axônios realmente geram eletricidade.

Anatomia de um neurônio (Imagem: por ShadeDesign / Shutterstock)

Um sinal elétrico é propagado e começa na colina do axônio. Uma das coisas mais importantes a lembrar é que o axônio não é apenas uma extensão do corpo celular, é uma estrutura especializada e está ligada ao corpo celular na colina do axônio. Um sinal elétrico é gerado no outeiro do axônio e é propagado ao longo do axônio, de uma forma "tudo ou nada". Isso significa que o sinal não se degrada. O sinal irá percorrer o axônio de uma maneira particular. Ele pula de nó em nó, entre os invólucros de mielina.

Se todos os potenciais de ação de um determinado neurônio têm a mesma amplitude e não se degradam, como é que a intensidade seria codificada no sistema nervoso ou em um neurônio como este? E o que é responsável pela qualidade da estimulação? Precisamos aprender algo sobre o que é o código.

A intensidade e qualidade de um estímulo

A intensidade de um estímulo é codificada nos neurônios, mudando a frequência do disparo. Um estímulo mais intenso faz com que os neurônios aumentem sua taxa de disparo. A qualidade do estímulo, por outro lado, é um pouco diferente. A qualidade de um estímulo é o resultado da estimulação de diferentes tipos de neurônios, da transmissão ao longo de vias específicas e também da “interpretação” por diferentes áreas do cérebro, especialmente o córtex cerebral.

Vamos pensar sobre isso em termos de visão. A qualidade do estímulo na visão - o que experimentamos em última análise como visão - ocorre porque um sinal elétrico é iniciado por células no olho que absorvem luz. Essas células precisam ser especializadas para absorver luz. Em seguida, um sinal elétrico é transmitido ao cérebro ao longo das vias visuais. Isso é o que significa dizer que o cérebro é composto por esses vários tipos de sistemas. Em última análise, a interpretação - ou o constructo mental que interpretamos como visão - é o resultado dessas vias que chegam ao córtex e são interpretadas por áreas visuais muito específicas do cérebro. Os próprios neurônios vão se comunicar sempre com esses potenciais que são gerados nos axônios.

O que realmente está acontecendo quando esse potencial de ação ou esse sinal elétrico está sendo gerado em um axônio? Para avaliar isso e como os neurônios se comunicam, temos que entender algo sobre o ambiente interno e externo dos neurônios e como a mudança na distribuição de átomos específicos será o mecanismo de sinalização para a transmissão de informações.

Os neurônios são unidades estruturais e funcionais do sistema nervoso. São células como qualquer outra célula do corpo.

Os neurônios são unidades estruturais e funcionais do sistema nervoso. São células como qualquer outra célula do corpo. Eles têm uma membrana em torno deles que os torna uma unidade separada. Isso está dentro da célula. E os neurônios, como quase todas as células do corpo, têm organelas dentro deles. Eles têm estruturas especiais que estão envolvidas na produção de proteínas, por exemplo, proteínas de embalagem. Eles também têm dentro de si átomos que são íons, que são basicamente átomos carregados, e isso significa apenas átomos que ganharam ou perderam um elétron.

Carregando o neurônio

Dentro do corpo celular, existem organelas, íons e outras moléculas. Fora da membrana da célula neuronal está o espaço extracelular. Neste espaço extracelular também existem íons. Você pode encontrar potássio novamente, sódio, cloreto, cálcio e outros íons. O que é importante para entender como a sinalização ocorre no sistema nervoso é perceber que a distribuição de íons em uma célula, em um neurônio, é diferente entre o interior e o exterior da célula. Os íons são distribuídos de forma desigual pela membrana neuronal, de modo que, no que chamamos de estado de repouso, o interior da célula terá carga mais negativa do que o exterior. Esse é um princípio fundamental. O estado de repouso significa o neurônio em um momento em que não está disparando. Em seu estado de repouso, os íons são distribuídos desigualmente pela membrana, de modo que o interior da célula é mais negativo do que o exterior.

Esse diferencial de carga - porque, lembre-se, íons são basicamente átomos que ganharam ou perderam um elétron, por isso estão carregados - é mantido de várias maneiras. Uma das maneiras pelas quais isso é mantido é que na membrana dos neurônios existem moléculas que agem como pequenas bombas e garantem que a concentração de íons intracelular seja regulada com muito cuidado. É muito importante que as concentrações iônicas sejam reguladas, porque qualquer anormalidade neste sistema ou mecanismos de controle pode levar a uma descarga elétrica anormal. E uma descarga elétrica anormal pode causar convulsões no cérebro ou até matar neurônios. No estado de repouso, esse diferencial de carga é mantido por moléculas que realmente existem na membrana, que agem como pequenas bombas que garantem que os íons carregados corretos sejam distribuídos pela membrana de uma maneira muito particular.

Regulando a concentração iônica

No espaço extracelular, que fica fora de um único neurônio, o papel de regular a concentração de íons é tarefa dos astrócitos. Astrócitos - células gliais em forma de estrela derivadas das mesmas células progenitoras que dão origem aos neurônios - desempenham um papel crítico na regulação da concentração iônica fora do neurônio. Eles fazem isso porque, na verdade, atuam como pequenos sumidouros para átomos carregados específicos. O ambiente iônico extracelular é regulado até o átomo pelos astrócitos e a carga intracelular vai ser regulada até o átomo por moléculas específicas através da membrana.

O que acontece quando um neurônio é estimulado? Quando um neurônio é estimulado, a distribuição de íons é alterada através da membrana. Se os íons agora se distribuem quando a célula é estimulada, a carga diferencial faz com que o interior do neurônio se torne mais positivo, chamamos isso de despolarização. Se o interior da célula se tornar ainda mais negativo do que antes, ela ficará hiperpolarizada. No estado de repouso, o diferencial de carga é de cerca de -70 mV.

Como disparar um neurônio

Quando a carga atinge um determinado ponto - quando o interior da célula se torna mais positivo para cerca de -55 mV - ela dispara um potencial de ação no outeiro axônio. O que temos então é a despolarização - tornando o interior mais positivo - uma excitação no sistema nervoso. Se o interior for mais negativo, é chamado de hiperpolarização - uma inibição do sistema nervoso. Os potenciais de ação são gerados no outeiro axônio do neurônio e propagados ao longo do axônio, saltando de nó em nó entre as bainhas de mielina (ver fig. 1). Suas mudanças muito rápidas e transitórias no potencial de membrana vão ocorrer em todos os lugares onde o axônio está basicamente vazio. Como o potencial de ação salta de nó em nó, é chamado de condução saltatória. Isso significa uma "condução de salto".

Acelerando o Sinal

A velocidade de propagação pelo axônio se deve ao tamanho dessas bainhas de mielina ao redor do neurônio. Quanto maior o neurônio e maior a mielina, mais rápida é a condução. Se seu axônio não fosse mielinizado, a condução seria muito lenta e, na verdade, é muito fácil entender o porquê. Se você vai pular de nó em nó, então o único lugar em que você precisa alterar a carga diferencial é nos espaços entre cada nó. Se você tiver um axônio não mielinizado, terá que alterar a carga em cada ponto individual ao longo do axônio. A transmissão sináptica em axônios mielinizados é muito mais rápida do que em não mielinizados, porque ela simplesmente salta de um nó para outro. É por isso que você pode ter um neurônio e um córtex motor, e pode pensar que deseja estender a mão e tocar um objeto e, em seguida, fazê-lo quase que instantaneamente. No entanto, esses potenciais de ação tiveram que ir dos neurônios motores em seu córtex, até sua medula espinhal, sinapses na medula espinhal e sair para causar a contração do músculo. Mas parece quase instantâneo para nós, porque esses são axônios mielinizados que são muito, muito rápidos.

Nossa próxima pergunta é: o que acontece quando o potencial de ação atinge as terminações terminais do axônio? Esse parece ser o próximo lugar a ir. O neurônio propaga um potencial de ação para os terminais dos axônios, onde formarão sinapses com a próxima célula. O que acontece aqui na sinapse?

Cálcio, neurotransmissores e receptores

Veja a Fig. 3. O potencial de ação - a carga elétrica - faz com que uma coisa específica aconteça. Ele faz com que a membrana pré-sináptica, a terminação terminal, abra canais que permitem um influxo de cálcio - um dos íons carregados naquele espaço extracelular. Quando o cálcio chega ao terminal nervoso, ele cria uma cascata de eventos que vão resultar no movimento de pequenas vesículas até o ponto de terminação da membrana. Essas membranas se fundem com a membrana pré-sináptica e despejam seu conteúdo - neurotransmissores - na fenda, o espaço que separa um neurônio de outro.

A última pergunta é: o que acontece agora na estrutura pós-sináptica? A única maneira de o primeiro neurônio se comunicar com o segundo neurônio é por meio de algum tipo de sinal que ele possa ler. E o que acontece? O potencial de ação causa a liberação de neurotransmissores ou substâncias químicas desse terminal pré-sináptico. Esses produtos químicos se difundem pela fenda sináptica para interagir com receptores específicos na célula pós-sináptica. A interação do neurotransmissor com esses receptores pós-sinápticos vai fazer uma de duas coisas. Ou vai abrir canais diretamente nessa membrana pós-sináptica - o canal é apenas uma proteína que controla o fluxo de íons através de sua membrana. Ou, ele vai se ligar a outra molécula que eventualmente também resultará em diferentes íons sendo distribuídos através da membrana pós-sináptica. Nós nos referimos às mudanças que ocorrem em uma sinapse como potenciais de membrana ou potenciais de membrana pós-sináptica.

Avaliação do potencial pós-sináptico

Esses potenciais são diferentes dos potenciais de ação de várias maneiras. Em primeiro lugar, eles são gerados em dendritos e espinhos. Os dendritos são apenas extensões do corpo celular e as espinhas são apenas protuberâncias da superfície dendrítica para aumentar a área de superfície. Os potenciais sinápticos podem ser despolarizantes ou hiperpolarizantes. Em outras palavras, eles podem ser excitatórios ou inibitórios. Mas, ao contrário dos potenciais de ação, os potenciais sinápticos são graduados e "decrementais".

Os neurônios têm uma variedade de entradas axonais. Esses são axônios vindos de diferentes lugares, outros núcleos do cérebro, fazendo sinapses com a célula, seja em seu corpo celular ou em seus dendritos ou espinhos.Graduado e decremental significa que os potenciais sinápticos, que são gerados nos dendritos ou espinhas, são graduados de acordo com o tamanho deles depende de quanto neurotransmissor foi liberado. Decremental significa algo interessante. Espinhas e dendritos não são mielinizados. Essas são verdadeiras extensões da superfície do corpo celular. E isso significa que uma sinapse na borda de uma célula tem que mudar a membrana e a distribuição de íons em cada ponto ao longo do caminho até o corpo celular e a colina do axônio. Isso significa que à medida que o sinal é transferido, ele diminui, tornando-se menor.

Agora, qual é a consequência disso? O que isso significa? Bem, isso significa que é a soma de todas as entradas excitatórias e inibitórias para este neurônio que determinará se um potencial de ação será disparado no outeiro axônio. Existem milhares de sinapses chegando e estimulando a membrana pós-sináptica ou inibindo a membrana pós-sináptica, e então a adição de todas essas milhares de sinapses e sua excitação e inibição determinará se um potencial de ação será gerado no outeirinho do axônio. E uma vez que é gerado, esse potencial de ação será então propagado de uma forma tudo ou nada para uma sinapse novamente, e continuamente em uma cadeia de neurônios.

Perguntas comuns sobre a doutrina do neurônio

A Doutrina Neurônica foi uma teoria desenvolvida no final de 1800 & # 8217s detalhando as propriedades dos neurônios e do sistema nervoso que explicava que os neurônios eram discreto em vez de contínuo .


Mecanismos neuronais de categorização visual: uma visão abstrata sobre tomada de decisão

A categorização é nossa capacidade de atribuir estímulos sensoriais de maneira flexível em agrupamentos discretos e comportamentais relevantes. Decisões categóricas podem ser usadas para estudar a tomada de decisão de forma mais geral, dissociando a identidade da categoria dos estímulos das ações que os sujeitos usam para sinalizar suas decisões. Aqui, discutimos as evidências de tal codificação categórica abstrata no cérebro dos primatas e consideramos a relação com outros paradigmas de decisão perceptiva. Trabalhos recentes sobre categorização visual examinaram a atividade neuronal em uma rede hierarquicamente organizada de áreas corticais em macacos treinados para agrupar estímulos visuais em categorias arbitrárias. Isso revelou uma transformação da codificação de características visuais nas primeiras áreas corticais visuais em representações categóricas mais flexíveis nas áreas parietais e pré-frontais a jusante. Essas representações de categorias neuronais são codificadas como estados cognitivos internos abstratos porque não estão rigidamente vinculadas a estímulos sensoriais específicos ou às ações que os macacos usam para sinalizar suas escolhas categóricas.


Conceitos e definições

Axônio - A estrutura longa e fina na qual os potenciais de ação são gerados, a parte transmissora do neurônio. Após a iniciação, os potenciais de ação viajam pelos axônios para causar a liberação do neurotransmissor.

Dendrite - A parte receptora do neurônio. Os dendritos recebem entradas sinápticas dos axônios, com a soma total das entradas dendríticas determinando se o neurônio disparará um potencial de ação.

Coluna - As pequenas saliências encontradas nos dendritos que são, para muitas sinapses, o local de contato pós-sináptico.

Potencial de acção - Breve evento elétrico normalmente gerado no axônio que sinaliza o neurônio como "ativo". Um potencial de ação percorre o comprimento do axônio e causa a liberação de neurotransmissor no sinapse. O potencial de ação e a conseqüente liberação do transmissor permitem que o neurônio se comunique com outros neurônios.


Destaques

Embora seja amplamente aceito que o cérebro é topograficamente organizado em áreas distintas que são integradas em redes, a contribuição única de cada área para o comportamento ainda não foi elucidada.

Diversas linhas de pesquisa usando diferentes abordagens têm contribuído para inúmeras associações comportamentais em qualquer área do cérebro.

Bancos de dados emergentes de dados de ativação baseados em tarefas oferecem a possibilidade de caracterizar o envolvimento de regiões do cérebro em uma ampla gama de condições comportamentais experimentais.

Novas grandes amostras de dados fenotípicos e de imagem fornecem uma oportunidade para complementar o padrão de ativação examinando associações entre sujeitos entre marcadores neurobiológicos derivados de imagem e características comportamentais ecológicas.

Muitas regiões do cérebro foram definidas, mas ainda falta uma formalização abrangente da função de cada região em relação ao comportamento humano. O conhecimento atual vem de vários campos, que têm diversas concepções de "funções". Revisamos brevemente esses campos e delineamos como a heterogeneidade de associações pode ser aproveitada para revelar a função computacional de qualquer região. Agregar dados de ativação de estudos de neuroimagem nos permite caracterizar o envolvimento funcional de uma região em uma gama de condições experimentais. Além disso, dados de grandes amostras podem revelar a covariação entre as características da região do cérebro e a fenotipagem comportamental ecológica. Combinar essas duas abordagens abre uma nova perspectiva para determinar as associações comportamentais de uma região do cérebro e, portanto, sua função e papel mais amplo dentro de redes funcionais em grande escala.


Resumo

Embora esteja bem estabelecido que todas as regiões do cérebro contêm vários subtipos neuronais com funções diferentes, os astrócitos são tradicionalmente considerados homogêneos. No entanto, evidências recentes mostraram que os astrócitos no SNC de mamíferos exibem características inter e intra-regionais distintas, bem como diversidade funcional. No SNC, os processos de astrócitos preenchem o ambiente local em domínios não sobrepostos. Portanto, uma vantagem potencial dos astrócitos com regiões específicas pode ser sua capacidade de regular o desenvolvimento local ou otimizar a função do circuito neural local. Uma visão geral da heterogeneidade regional das interações neurônio-astrócito indica novas maneiras pelas quais eles poderiam regular a função neurológica normal e mostra como eles podem se tornar desregulados na doença.


A teoria ideomotora afirma que as ações são cognitivamente representadas e acessadas por meio de representações dos efeitos sensoriais que evocam. Estudos anteriores fornecem suporte para essa afirmação, mostrando que a apresentação dos efeitos de ação inicia a ativação em estruturas motoras correspondentes. No entanto, ainda não está claro se as pessoas realmente usam representações de ação-efeito para controlar seu comportamento motor. Em nosso estudo de fMRI, pedimos aos participantes que se preparassem para ações manuais ou faciais em uma base experimental, e hipotetizamos que a preparação seria mediada pelas áreas corticais que codificam os efeitos perceptuais dessas ações. A preparação para a ação manual induziu maior ativação de áreas relacionadas com as mãos do córtex motor (demonstrando a preparação real) e da área extra-estriada do corpo, que é conhecida por mediar a percepção de partes do corpo. Em contraste, a preparação para a ação facial induziu uma maior ativação das áreas motoras relacionadas à face e da área fusiforme da face, conhecida por mediar a percepção facial. Essas observações fornecem suporte adicional para a teoria ideomotora e sugerem que as imagens visuais podem desempenhar um papel no controle da ação voluntária.

Ao adquirir novos movimentos de dança na escola de dança, tendemos a preparar o que fazer com nossos pés evocando imagens visuais de como os pés devem ser posicionados no chão após cada passo e como eles devem se mover a partir daí. Na verdade, é prática comum em escolas de dança usar imagens de batidas de pés para visualizar e ajudar a imaginar o objetivo de cada novo movimento do passo. Este é um exemplo comum do que foi descrito pela teoria ideomotora desenvolvida pela primeira vez no final do século 19 (James, 1890/1981 Münsterberg, 1888 Harless, 1861 Lotze, 1852). O pressuposto central da teoria ideomotora sustenta que as antecipações funcionais dos efeitos da ação desempenham um papel crucial no controle da ação. Lotze (1852), por exemplo, afirmou que a imagem do evento pretendido ("Vorstellung des Gewollten", p. 301) serve como uma espécie de sugestão de recuperação e ponto de acesso mental para o próprio movimento - o programa motor em execução, isto é . Como não temos controle direto sobre as particularidades das ações em termos de fibras musculares específicas, com base na suposição, usamos representações do resultado pretendido das ações - em nosso exemplo, a imagem visual das posições ideais dos pés no solo - para controlar e orientar nosso comportamento.

A ideia geral de que a imaginação desempenha um papel no controle da ação é amplamente difundida na literatura (Jeannerod, 1999 Rizzolatti, Fogassi, & amp Gallese, 1997), e trabalhos recentes reviveram e elaboraram a teoria ideomotora para fazer previsões específicas que podem ser aplicada, entre outras coisas, à neuroimagem (Elsner & amp Hommel, 2001 Hommel, Müsseler, Aschersleben e amp Prinz, 2001 Prinz, 1997 Hommel, 1996). O pressuposto é que os sistemas sensoriais e motores estão conectados por meio de um sistema de codificação comum que representa os eventos percebidos e produzidos em termos de unidades sensório-motoras ou “arquivos de eventos” (Hommel, 1998). Devido à frequente coocorrência de ações e suas consequências perceptivas (por exemplo, impressões visuais da mão em movimento, o movimento da tecla que ela opera e a lâmpada sendo ligada por essa ação), os códigos de ações e seus efeitos sensoriais são Unidos. Como a associação emergente é considerada bidirecional, reativar os códigos sensoriais que representam o flash de luz, digamos, ao imaginar ativamente a lâmpada brilhante, se espalha para o programa motor associado de modo que este programa esteja sob controle voluntário.

As evidências que apóiam esse cenário estão disponíveis em uma série de estudos recentes de neuroimagem. Um primeiro estudo de tomografia por emissão de pósitrons por Elsner et al. (2002) fez com que os participantes pressionassem as teclas à esquerda e à direita que produziam sons agudos e graves. Depois disso, os participantes realizaram uma tarefa passiva de detecção de som no scanner, durante a qual foram apresentados a várias proporções de tons neutros e de efeitos de ação adquiridos anteriormente. A frequência relativa dos tons de efeito de ação teve um efeito seletivo na ativação da área motora suplementar caudal e do hipocampo direito, sugerindo que o último vincula as representações sensoriais das consequências da ação aos programas motores correspondentes organizados por aquele. Essas observações foram confirmadas e ampliadas em um estudo recente de fMRI de Melcher, Weidema, Eenhuistra, Hommel e Gruber (2008). Suporte adicional vem de um estudo que usou fMRI para comparar a ativação cerebral induzida por tom em pianistas profissionais e não músicos (Bangert et al., 2006). Em comparação com não músicos, os músicos mostraram maior ativação de uma rede sensório-motora cortical, mesmo em uma tarefa de escuta passiva, sugerindo que a ativação de representações de tons se espalha para estruturas motoras aparentemente associadas. Observações semelhantes foram feitas em dançarinos profissionais, onde as estruturas motoras específicas da dança são ativadas quando os participantes assistiam a filmes de dança e tinham que avaliar o quão cansativas essas danças eram (Calvo-Merino, Glaser, Grezes, Passingham e Haggard, 2005 para uma visão mais ampla , ver Molnar-Szakacs & amp Overy, 2006), e em não músicos após uma quantidade modesta de treinamento para piano (McNamara et al., 2008).

Embora os resultados desses estudos sejam encorajadores, eles apóiam a teoria ideomotora de maneiras bastante indiretas. Por um lado, eles sugerem a existência de ligações entre estruturas motoras e representações sensoriais das consequências da ação, e apoiam a ideia de que essas ligações são bidirecionais e podem, portanto, propagar a ativação de qualquer maneira: de motor para sensorial, como quando vivenciando a relação entre as ações e suas consequências, e das sensoriais para as motoras, como nos estudos citados. Por outro lado, no entanto, essas observações não requerem necessariamente que as pessoas estejam realmente usando representações das consequências da ação para controlar suas ações. Assim, embora as associações de ação-efeito possam fornecer uma sugestão de recuperação e acesso a programas motores, as pessoas podem recuperar e acessar programas motores ao longo de diferentes rotas.

Para avaliar essa possibilidade, nós, no presente estudo, não apresentamos efeitos de ação a fim de preparar as estruturas motoras, mas, em vez disso, preparamos as pessoas para ações que levariam a diferentes tipos de consequências sensoriais e testamos se isso ativaria o sistema neural. estruturas que representam essas consequências. Em particular, comparamos a ativação neural envolvida na preparação para uma ação manual com a ativação envolvida na preparação para uma ação facial. Raciocinamos que pelo menos algumas das consequências sensoriais das ações manuais seriam processadas pela área corporal extra-estriada (EBA) localizada no sulco temporal inferior posterior. EBA foi originalmente considerado dedicado ao processamento de informações visuais sobre as partes não faciais do corpo de outras pessoas (Urgesi, Berlucchi, & amp Aglioti, 2004 Downing, Jiang, Shuman, & amp Kanwisher, 2001). Ultimamente, tem sido demonstrado que a área do corpo fusiforme (FBA) é mais responsiva à aparência visual de todo o corpo, enquanto EBA é responsiva a partes do corpo (Taylor, Wiggett, & amp Downing, 2007). Além disso, a observação recente da atividade de EBA durante a execução de ações motoras de membros auto-executadas (Astafiev, Stanley, Shulman, & amp Corbetta, 2004) sugere que EBA também representa as próprias partes do corpo, enquanto um estudo recente refinou esse achado, mostrando que a atividade em EBA não permite diferenciar entre o reconhecimento de corpos familiares ou desconhecidos (Hodzic, Muckli, Singer, & amp Stirn, 2009). Dado que a ação manual resulta, entre outras coisas, na autopercepção das partes do corpo de alguém, faz sentido supor que o EBA codifica alguns dos efeitos anteriormente experimentados e agora esperados das ações manuais. Nesse caso, a ativação de uma ação manual no processo de preparação para execução posterior deve ser mediada pela atividade de EBA.

Na mesma linha, especulamos que pelo menos algumas das consequências sensoriais das ações faciais seriam processadas pela área facial fusiforme (FFA) localizada no giro fusiforme lateral. Essa área foi originalmente assumida como mediadora da percepção do rosto de outras pessoas (Kanwisher, McDermott, & amp Chun, 1997), mas também pode codificar para o próprio rosto e, portanto, mediar a percepção das consequências sensoriais de movê-lo. Pode-se argumentar que as pessoas estão muito mais familiarizadas com o cinestésico do que com o feedback visual de suas próprias ações, de modo que as representações cinestésicas dos efeitos da ação deveriam estar mais fortemente envolvidas no controle da ação facial do que as representações visuais. E, no entanto, há evidências de conexões intermodais particularmente fortes (Heyes, 2001), presumivelmente até pré-natais (Meltzoff & amp Moore, 1977, 1997) entre representações cinestésicas, visuais e motoras dos movimentos faciais, o que torna provável que a preparação de uma ação facial envolve códigos visuais em FFA também.

Para resumir, esperávamos que a preparação para a ação manual ou facial fosse mediada pelas áreas do cérebro que codificam as consequências perceptivas dessas ações, como EBA e FFA, respectivamente. Assim, os participantes realizaram uma tarefa de escolha binária, na qual realizaram uma de duas ações manuais possíveis (um pressionamento de tecla com a mão direita ou esquerda) ou uma de duas ações faciais (um movimento de sorriso ou beijo) para o ( cor vermelha ou verde) de um estímulo alvo visual (ver Figura 1). O mapeamento de cores para as alternativas de ação individual foi constante em todo o experimento, mas se uma ação manual ou facial era necessária variava aleatoriamente de um ensaio para outro. Para sinalizar o tipo de ação para o próximo ensaio, os participantes foram apresentados a uma dica (a letra X ou O) que indicava a modalidade de ação. Presumimos que os participantes usariam a dica para se preparar para a ação manual ou facial e consideramos que a preparação ocorreria entre a apresentação da dica e a apresentação do estímulo de cor. Dado que nos interessávamos apenas pela ativação antecipada de EBA e FFA (em vez do processamento on-line do feedback corporal ou facial durante a execução da ação), restringimos a nossa análise a este período de preparação.


Várias regiões do cérebro nos ajudam a antecipar o que vai acontecer a seguir

Fatias verticais do cérebro, fotografadas em locais diferentes, revelam um gradiente de escala de tempo para antecipação. Os prazos são curtos na parte posterior do cérebro (azuis frios) e mais longos na frente (vermelhos quentes). Crédito da imagem: Christopher Baldassano

Se você assistir a um clipe de filme repetidamente, muitas áreas do seu cérebro começam a antecipar os próximos eventos na tela, de acordo com um estudo recente publicado em eLife. Na primeira vez que você vê o clipe, seu cérebro forma um padrão neural distinto. Então, conforme você se familiariza com o clipe nas visualizações subsequentes, esse padrão neural muda antes, demonstrando algum nível de expectativa quanto ao que está por vir. As descobertas falam mais do que apenas como reagimos a visualizações repetidas de The Grand Budapest Hotel (o filme usado neste estudo). Eles poderiam informar o pensamento sobre como o cérebro humano é organizado.

Os pesquisadores rastrearam a atividade cerebral em 30 participantes, cada um assistindo ao mesmo clipe de filme de 90 segundos seis vezes. Imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) de seus cérebros revelaram padrões de atividade mudando mais cedo em visualizações repetidas do clipe. As varreduras também mostraram que o grau de antecipação variava de acordo com a região do cérebro. O córtex frontal, por exemplo, poderia antecipar até 15 segundos de antecedência, talvez prevendo mudanças na trama do filme, enquanto as áreas corticais do cérebro posterior poderiam antecipar apenas cerca de 1 segundo à frente, provavelmente prevendo mudanças em palavras ou imagens simples.

Juntas, essas descobertas apontam para "um padrão organizado no cérebro", diz o co-autor Christopher Baldassano, neurocientista cognitivo da Universidade de Columbia em Nova York. “As partes próximas [da] parte frontal do cérebro estão mostrando uma antecipação mais longa de coisas mais distantes no futuro. Portanto, o cérebro é capaz de criar esses sinais antecipatórios em várias escalas de tempo. ”

As varreduras de fMRI mediram a atividade em milhares de pequenas áreas do cérebro simultaneamente. Para cada pequeno patch, com vários milímetros de tamanho, os co-autores observaram a atividade neural aumentar e diminuir enquanto um participante assistia ao clipe. Os pesquisadores então usaram um modelo de aprendizado de máquina para identificar o padrão médio de atividade compartilhado entre todos os 30 participantes quando assistiram ao clipe pela primeira vez. Por exemplo, a atividade cerebral pode aumentar em 3 unidades, diminuir em 5 e aumentar novamente em 2, ao longo da duração do clipe, explica Baldassano.

Quando os participantes assistiram ao clipe pela segunda vez, os pesquisadores observaram o mesmo pedaço do cérebro e avaliaram se a atividade neural média aumentava e diminuía antes da primeira exibição. a resposta parece ser sim. “Descobrimos que muitas partes do cérebro mostram esse tipo de antecipação”, diz Baldassano.Até mesmo áreas tradicionalmente associadas à percepção sensorial e outras tarefas muito mais simples anteciparam-se em algum grau, embora a quantidade variasse por região, variando de alguns segundos a cerca de 15.

A descoberta é consistente com a evidência de estudos de memória que questionam quanta informação sobre as diferentes regiões cerebrais do passado podem conter. Esse trabalho encontrou hierarquias movendo-se da parte frontal para a parte posterior do cérebro, onde as regiões frontais podem registrar dezenas de segundos, em comparação com apenas alguns segundos na parte posterior do cérebro, explica Baldassano.

Uma visão hierárquica do cérebro é muito diferente da visão modular tradicional, observa ele. Na visão tradicional, existem sistemas que processam entradas sensoriais brutas, como imagens ou sons, e existem sistemas separados que evocam memórias ou fazem planos. As últimas descobertas confundem as linhas entre esses sistemas, mostrando que regiões conhecidas por processar peças simples de informações visuais, como o córtex visual, também podem antecipar o que está por vir, mesmo que apenas por alguns segundos.

“Há muito interesse em como o cérebro faz previsões sobre o futuro em diferentes escalas e como essas informações são organizadas no cérebro”, diz a neurocientista Kimberly Stachenfeld da DeepMind em Londres, que não esteve envolvida no estudo. Este artigo, observa Stachenfeld, começa a desempacotar isso, mostrando como diferentes escalas de tempo de predição são representadas no cérebro. Ela acrescenta que esses últimos resultados são consistentes com estudos anteriores, sugerindo um gradiente ou hierarquia que se move da parte frontal para a parte posterior do cérebro. Mas olhar especificamente para a antecipação neste contexto é novo, diz ela.

“Esses resultados abrem muitas possibilidades interessantes, como verificar se essa previsão também se generaliza para experiências semelhantes, mas não idênticas”, diz Iva Brunec, pós-doutoranda em neurociência cognitiva na Temple University, em Filadélfia, PA. Também será intrigante investigar “se as pessoas sistematicamente diferem em quão longe no futuro seus padrões cerebrais podem chegar”, acrescenta ela.

Entre as próximas etapas: explorar se os participantes de estudos como este sabem conscientemente que estão antecipando e se usam essa antecipação para fazer planos. Neste estudo, todas as 30 pessoas assistiram passivamente aos clipes de filme, sem instruções adicionais. Mas uma futura linha de estudo, que a co-autora Mariam Aly, também neurocientista cognitiva da Columbia está liderando agora, pedirá aos participantes que gerem previsões sobre o futuro próximo e distante enquanto concluem uma tarefa. Isso deve permitir que Aly e seus colaboradores vejam se o comportamento e os julgamentos das pessoas estão relacionados ao que seu cérebro está antecipando, em um futuro próximo ou distante.

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A estrutura de um neurônio

Embora existam muitos tipos de neurônios com estruturas diferentes, ainda existem alguns elementos comuns. A estrutura normal é composto de três partes básicas: o soma, os dendritos e o axônio. Essa composição os ajuda a cumprir suas funções de conectores e gerenciadores de informações.

Antes de explicarmos as três partes, também vale a pena mencionar uma coisa estranha sobre a membrana de um neurônio. Não é permeável exatamente da mesma forma que as outras células do seu corpo. Na verdade, é isso que permite que ele responda aos estímulos ao seu redor. É por isso que o impulso elétrico criado em um neurônio pode viajar para outras células ou tecidos.

As partes de um neurônio

A parte central de um neurônio é o soma. É onde toda a atividade metabólica acontece. O soma é onde está o núcleo, junto com outras microestruturas e órgãos celulares que mantêm os neurônios vivos.

Os dendritos são os ramos que saem do soma e fazer com que pareça uma árvore. É aqui que ocorre principalmente a recepção de informações. As árvores dendríticas têm bifurcações que conectam um neurônio aos axônios de outros neurônios e se comunicam com eles.

Os neurônios podem transmitir informações porque os dendritos possuem neurorreceptores ao longo de sua membrana. Mesmo que a comunicação seja principalmente axônio-dendrito, pode haver outros tipos também (axônio-axônio ou axônio-soma).

O axônio sai do soma da parte mais ampla que chamamos de "outeirinho do axônio". O que ele faz é incorporar as informações captadas pelo neurônio para que ele possa transmiti-las a outros mais tarde. No final de um axônio estão os terminais do axônio. Eles se conectam aos dendritos de outros neurônios.


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