Sistema Nervoso - Milton Marchioli

Bases Biológicas do Comportamento
Humano
Sistema Nervoso
Tópicos da Aula:
• Evolução dos sistemas nervosos
• Organização do sistema nervoso dos
vertebrados
• Sistema Nervoso Central no Homem
• Processamento e integração de informação
Todo o comportamento animal e regulação fisológica depende do sistema
nervoso.
O sistema nervoso está organizado em redes de neurónios (redes neuronais)
que variam em complexidade com a complexidade do organismo.
Ao contrario dos circuitos eléctricos, estas ligações de neuronios têm
plasticidade funcional e anatómica em função da experiência vivida. O grau de
plasticidade depende do grau de complexidade da rede neuronal. A capacidade
de aprendizagem depende do grau de plasticidade das redes de neurónios.
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de Biologia, Prof. Eduardo Nuno
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Sistema Nervoso
Arco-reflexo: redes neuronais simples
Arco-reflexo Primitivo
Arco-reflexo Mono-sináptico
Arco-reflexo Multi-sináptico
O arco-reflexo primitivo que envolve uma unica célula que actua
simultaneamente como neurónio sensorial e neurónio motor com acção sobre
uma célula efectora existe na faringe de nemátodes.
O arco-reflexo monosináptico é a rede neuronal mais simples que existe em
todos os animais em que, o neurónio sensorial estabelece sinapse no sistema
nervoso central com um neurónio motor.
A maioria do arcos-reflexo são poli-sinápticos, com o neurónio sensorial a
estabelecer várias sinapses dom diferentes interneurónios no sistema nervoso
central.
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Evolução do Sistema Nervoso
Evolução por elaboração do padrão fundamental, o arco-reflexo:
• Aumento do número de neurónios entre neurónios sensoriais e neurónios motores
• Agregação de neurónios em gânglios (corpos celulares e sinapses)
• Aumento do número e aglomeração de neurónios na região cefálica
• Aumento da complexidade das redes neuronais => aumento da plasticidade =>
aprendizagem
Caracteristicas Conservadas:
• Fisiologia do neurónio
• Mecanismos de condução eléctrica ao longo da membrana do neurónio
• Mecanismos de transmissão de informação entre neurónios e entre neurónios e células efectoras
(sinapses)
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Evolução do Sistema Nervoso
Redes de Neurónios Difusas: sistema nervoso mais simples
Sistema nervoso de Celenterados:
e.g. Aurelia
Axónios organizados de forma difusa regulam contracções da
musculatura do manto segundo arcos reflexos.
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Evolução do Sistema Nervoso
Agregação de Neurónios em Gânglios (corpos celulares e sinapses)
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Evolução do Sistema Nervoso
Aglomeração de Neurónios: Segmentação Ganglionar e Fusão de Gânglios
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Evolução do Sistema Nervoso
Extremo de número de neurónios e cefalização: Vertebrados (Humanos)
Sapo
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Humano
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
O sistema nervoso de vertebrados está organizado em regiões que podem ser
identificadas estrutural e funcionalmente. Por exemplo, o sistema nervoso central
aloja a maioria dos corpos celulares de neurónios (interneurónios e neurónios
motores). O sistema nervoso periférico inclui os nervos (axónios de neurónios
motores e sensoriais), gânglios com corpos celulares de alguns neurónios do
sistema autónomo e gânglios com os corpos celulares da maioria dos neurónios
sensoriais.
A retina faz parte do sistema nervoso central.
Muitos nervos nos Vertebrados contém neurónios aferentes e eferentes.
A informação eferente do SNC divide-se em sistema somático ou voluntário, que
actua sobre os musculos esqueléticos, e sistema autónomo que actua sobre a
musculatura lisa, músculo cardíaco e regula a actividade secretora de glândulas.
O sistema nervoso autónomo está incluído no sistema periférico e tem duas
divisões anatómicas e funcionais: simpático e para-simpático.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Sistema Nervoso Central: Espinal Medula
Cervical
Torácica
Lombar
Sacral
Apesar de os Vertebrados representarem o expoente máximo na cefalização do
sistema nervoso, a organização básica do sistema nervoso central (SNC) em
segmentos foi conservada e isto é evidente na espinal medula.
A espinal medula toma denominações diferentes consoante a sua localização ao
longo do eixo longitudinal do corpo.
Cada par de nervos com fibras sensoriais e motoras, de cada segmento em cada
região, está relacionado com correspondentes regiões corporais.
Ao longo de cada lado da espinal medula estão os nervos e gânglios do sistema
simpático.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Espinal Medula
• Organizada por segmentos onde ocorrem arcosreflexos, mas também recebe informação do cérebro.
• Em cada segmento, há recepção e envio de
informação pelo sistema nervoso periférico via raizes
espinais dorsal e ventral.
• Em secção transversal tem simetria bilateral: a matéria
branca contém os axónios mielinizados; a matéria
cinzenta contém os corpos celulares de interneurónios,
neurónios motores e terminações pre-sinápticas de
neurónios aferentes.
Secção Transversal
• O lúmen central é continuo com as vesiculas cerebrais
e contém o liquido cerebro-espinal de composição
idêntica ao plasma sanguíneo.
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Espinal Medula
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Espinal Medula: Processamento de Informação
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Sistema Nervoso Central: Cérebro
A estrutura básica do cérebro é semelhante para
todas as classes de Vertebrados.
Peixe
O tamanho relativo das diferentes regiões varia com
as espécies e reflecte o comportamento e ecologia de
cada uma.
A medula faz a interface entre a espinal medula e as
restantes regiões cerebrais.
O cerebellum apresenta um maior desenvolvimento
relativo nas aves (convuloções resultantes de um maior
nº de neurónios) e é uma região de cérebro com
importante função na coordenação motora.
Sapo
Ave
O bolbo olfactivo tem um grande tamanho relativo
nos Vertebrados inferiores, reflectindo a importância do
olfacto na evolução dos animais por selecção natural:
vital para encontrar e seleccionar a comida apropriada,
interpretação de sinais de comunicação intraspecífica,
Humano
avaliação do ambiente em função da informação
olfactiva, e.g. presença de predadores, relações sociais
e sexuais entre conspecíficos.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Funções das Regiões Cerebrais
REGIÃO
FUNÇÃO
Medulla oblongata
Regulação da respiração, reflexos cardiovasculares e secreção gástrica. Recebe informação sensorial de diferentes modalidades
que transmite para outros centros sensoriais e motores do cérebro.
Cerebellum
Par de hemisférios, com maior grau de desenvolvimento relativo nas aves. Importante função de regulação motora, integrando
informação dos canais semicirculares (ouvido interno), de outros receptores de posição (proprioreceptores) e dos sistemas visual
e auditivo. Não tem ligação directa à espinal medula, sendo a regulação motora efectuada de forma indirecta, através de regiões
do cérebro que têm acção directa na regulação motora. Está envolvido na aprendizagem de capacidades motoras (e.g. os
autistas têm anormalidades nesta região).
Tectum (lobo óptico)
Recebe e integra informação visual, auditiva e tactil. A informação destas diferentes modalidades sensoriais é organizada em
mapas, que representam caracteristicas do ambiente. Por exemplo, diferentes objectos projectados na retina e que estão
próximos uns dos outros, são representados no tectum pela actividade de neurónios que estão próximos entre sí. Mapas de
diferentes modalidades sensoriais são representados em diferentes regiões do tectum.
Tálamo
Rotunda de processamento de informação sensorial com a excepção da informação olfactiva. A sua actividade é regulada
directamente pelo cerebrum.
Hipotalamo
Regula funções viscerais: temperatura do corpo, alimentação, ingestão de água, apetite sexual. Participa na expressão de
algumas reacções emocionais como excitação, prazer e fúria. Regula o equilibrio de electrolitos e a actividade secretora da
glandula pituitária (hipófise).
Amigdala
Processa informação e organiza respostas neurais relacionadas com emoções. Nesta função associa-se ao hipotálamo.
Bolbo olfactivo
Tem um grande tamanho relativo nos Vertebrados mais primitivos, reflectindo a importância do olfacto para encontrar e
seleccionar alimentos e avaliar o ambiente em função da informação olfactiva (presença de predadores, relações sociais e
sexuais entre conspecificos).
Cerebrum
Nos Vertebrados inferiores está envolvido no processamento da informação olfactiva e organiza a resposta motora em função
dessa informação. O cortex cerebral evoluiu por aumento do nº de neurónios a partir desta região do cérebro.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Desenvolvimento Ontogenético do Cérebro
Reflecte a estrutura segmentar do sistema nervoso.
Desenvolve-se a partir da região anterior do tubo neural que se diferencai na
gástrula do embrião.
O lúmen do tubo neural está cheio de liquido e é o percursor dos ventriculos
cerebrais, fluido cerebro-espinal e lúmen da espinal medula.
1) Formação de 3 vesiculas primárias: prosencéfalo (cérebro anterior),
mesencéfalo (cérebro médio), rombencéfalo (cérebro posterior).
2) Formação de 5 vesiculas secundárias.
3) Diferenciação de estruturas cerebrais por crescimento diferencial do número
de neurónios na região ventricular de cada vesicula secundária.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Organização do Cortex Cerebral de Mamiferos
O crescimento no número de neurónios conduz às inumeras pregas que apresenta nos
mamiferos superiores.
Organizado anatómicamente em camadas de matéria cinzenta paralelas à superficie; cada
camada tem um padrão especifico de entrada e saida de informação.
Sobreposta à organização anatómica há uma organização em regiões funcionais:
- Funções exclusivamente sensoriais: recebem e enviam informação sobre determinada
modalidade sensorial.
- Funções exclusivamente motoras: regulação da actividade motora.
- Funções associativas: funções complexas de associação de informação de diferentes
modalidades sensoriais, memória e comunicação entre regiões do cortex e entre o cortex e
outras regiões cerebrais.
Cortex de projecção primária significa a primeira localização no cortex que recebe informação de
uma determinada modalidade sensorial.
Cortex somatosensorial primário – recebe informação de neurónios que detectam o toque,
temperatura e dor.
Tarsiers: primata primitivo
A quantidade de cortex dedicada a cada função reflecte o comportamento principal do animal. Em
ratos e primatas primitivos, o grande tamanho relativo do cortex somatosensorial reflecte a
importancia da informação táctil na vida destes animais.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Organização do Cortex Cerebral de Mamiferos: Mapas Topográficos do Corpo
O cortex somatosensorial dos mamíferos exemplifica o mapeamento funcional e a topografia da informação
sensorial enviada para o cérebro.
Informação sensorial (táctil, temperatura,dor) de diferentes partes do corpo é enviada para diferentes
regiões, mas a organização topográfica dessa informação reflecte a topografia do corpo, i.e. Informação
sensorial de regiões adjacentes do corpo é enviada para regiões adjacentes do córtex.
No homem, metade dos neurónios do cortex somatosensorial estão dedicados ao processamento de
informação sensorial da face e das mãos, enquanto que os restantes neurónios estão envolvidos no
processamento de informação sensorial proveniente de todas as outras regiões do corpo. A dedicação da
tantos neurónios ao processamento de informação sensorial da face e das mãos reflecte a importância
destes orgãos na nossa vida. Por exemplo, o SNC necessita de informação sensorial detalhada das mãos
para poder executar as manipulações finas de que somos capazes. Para fornecer este detalhe de
informação, as mãos são enervadas por muitos neurónios sensoriais que enviam informação para muitos
neurónios no córtex somatosensorial.
O córtex motor é adjacente ao córtex somatosensorial e a sua organização funcional também reflecte o
mapa topográfico do corpo. A proporção relativa de neurónios dedicados ao controle motor de diferentes
partes do corpo reflecte a necessidade de movimentos mais finos e controlados em partes do corpo como
os dedos das mãos e a face e a ausência dessa necessidade para os movimentos do tronco, das pernas ou
dos dedos dos pés. Os detalhes dos mapas motores no cortex podem ser alterados em função do uso
repetido de alguns músculos.
Os neurónios com corpos celulares no cortex motor enviam os seus axónios ao longo do tracto
corticoespinal, estabelecendo sinapses na espinal medula.
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Sistema Nervoso Autónomo
Arco-Reflexo Autonómico
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Divisão no Sistema Nervoso Autónomo
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Divisão no Sistema Nervoso Autónomo
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Organização do Sistema Nervoso de Vertebrados
Divisão no Sistema Nervoso Autónomo
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Propriedades dos Circuitos de Neurónios
Generalizações:
• Os circuitos de neurónios têm ligações especificas entre neurónios, que são estabelecidas no
desenvolvimento embrionário e são semelhantes entre os individuos da mesma espécie.
• Ao longo da vida de um indivíduo, a funcionalidade das ligações sinápticas pode ser alterada em função
do ambiente.
• O modo como um neurónio responde num dado momento depende do seu estado metabolico,
propriedades eléctricas e de toda a informação sináptica que recebe.
• A complexidade e variedade de funções desempenhadas pelo sistema nervoso depende de dois niveis
de organização:
i) cada neurónio pode gerar diferentes sinais;
ii) Os neurónios estão organizados em circuitos variados que podem ter enorme complexidade.
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Propriedades dos Circuitos de Neurónios
A informação flui no sistema nervoso através de vias divergentes ou convergentes
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Propriedades dos Circuitos de Neurónios
Os neurónios recebem simultaneamente informação sináptica inibitória e excitatória
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Propriedades dos Circuitos de Neurónios
Os neurónios podem estar organizados em circuitos de retroacção (feedback)
Na espinal medula dos Vertebrados, as células de Renshaw
actuam por retroacção negativa sobre os neurónios motores.
Este circuito é muito importante na organização da actividade
motora; a sua inibição por um antagonista da glicina
(estricnina) provoca convulsões, espasmos e morte por
inacção dos musculos que controlam a respiração.
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Processamento de Informação
• As redes sensoriais podem ampliar, adicionar, subtrair ou reconfigurar o padrão original de
informação sensorial.
• O sistema visual de vertebrados é a rede sensorial complexa melhor estudada.
Exemplo de processamento na retina do sapo:
• Neurónios de tipo 2 na retina do sapo respondem
apenas ao movimento de um objecto escuro num fundo
luminoso.
• Neurónios de tipo 1 são estimulados por informação
visual mais complexa e variada.
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Processamento de Informação Visual no Homem
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Processamento de Informação
Ilusões ópticas: aumento de contraste
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Processamento de Informação
Inibição Lateral entre neurónios da retina provoca ilusões ópticas: aumento de contraste
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Bibliografia
•
Purves, W.K.; Orians, G.H.; Heller, H.C. & Sadava, D. (1995 ou
1998). LIFE. The Science of Biology, 4th or 5th Ed., W.H. Freeman
and Company, New York.
•
Randall, D.; Burggren, W. & French, K. (1997 ou 2001). Eckert
Animal Physiology. Mechanisms and Adaptations, 4th or 5th Ed.,
W.H. Freeman and Company, New York. Capítulos 8 e 9 (Edição de
1997)
•
http://www.whfreeman.com/animalphys5/
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