Ciências da Linguagem e da Cognição Células do sistema nervoso

Ciências da Linguagem e da
Cognição
Células do sistema nervoso
Influxo nervoso
Desenvolvimento
As apresentações power-point resultam de contribuições de:
! 
António Branco
! 
Helder Coelho
! 
Luis Antunes
! 
João Balsa
1
Glias e Neurónios
"  Neurónios
! 
! 
! 
células que acumulam e transmitem actividade eléctrica
número médio: 1011 (cem biliões); ca 10% das células do SNC
componentes:
corpo celular ou soma: 5-100 microns (10-6 m)
"  dendritos: recolhe informação
"  axónio: envia informação: de microns até 1 metro de
distância
" 
#  arborizações
Anderson, p17
"  Células
! 
gliais
no SNC, 10 a 15 vezes mais que os neurónios
função nutritiva e metabólica dos neurónios
"  função defesa imunitária
"  fabricação de mielina
" 
2
Neurónio típico
Dendritos
Terminal
axónico
Corpo
celular
Nódulo de
Ranvier
Axónio
Célula de
Schwann
Núcleo
Bainha de
Mielina
3
4
As células gliais esquecidas
" 
Não transportam impulsos nervosos mas têm
funções importantes:
! 
Sem a glia, os neurónios não trabalham correctamente.
! 
Alimentam os neurónios: apoio físico (mantêm as ocupações) e nutricional.
! 
Limpam (digerem) as células neuronais mortas.
! 
Regulam o conteúdo extracelular.
! 
Fornecem o isolamento (myelin) dos neurónios.
" 
Enquanto os neurónios têm 2 processos, axónios e
dentritos, as da glia (ex: astrocitos) têm um só.
" 
Não transportam impulsos (potenciais de acção)
eléctricos, mas comunicam quimicamente.
5
Astrocitos, as outras células
cerebrais
6
Astrocitos, as outras células
cerebrais
7
Astrocitos
8
Astrocitos
" 
Sem a glia, as ligações entre os neurónios são limitadas.
Logo, a inteligência é uma função do número das células
gliais (dissecação do cérebro de Einstein).
" 
Os astrocitos são visíveis in vivo graças aos microscópios
de fotões, aparelhos para ver as moléculas em movimento no
interior dos tecidos, sem ter necessidade de as destruir.
" 
Os astrocitos são indispensáveis para a criação de novos
neurónios e de novas sinapses ao longo da vida de um ser.
" 
Esta plasticidade cerebral é o pilar da aprendizagem e da
memorização, o que atribui aos astrocitos um papel central na
organização do cérebro.
9
Astrocitos, as outras células
cerebrais
Tipos de neurónios
Alguns exemplos:
•  Piramidal
•  Cerebelar
•  Motor
•  Sensorial
11
Neurónios e sinapses
"  Sinapses
! 
pontos de conexão entre neurónios (onde se faz a comunicação).
! 
número médio
por axónio: 1000
"  por dendritos de um mesmo neurónio: 1000
"  por neurónio: 10 000 (chegando aos 150 000 nos neurónios
do cerebelo)
" 
! 
total: 1015 (1 milhão de biliões)
Anderson, p.17
12
Neurónio ao vivo
13
Influxo nervoso
"  Potencial
! 
diferença de potencial eléctrico na membrana do neurónio
" 
-70 mV no interior do neurónio
"  Potencial
! 
inversão da diferença de potencial atinge + 50 mV
reposição do potencial de repouso
" 
! 
de acção
despolarização
" 
! 
de repouso
após 1 mseg
propagação no axónio
Changeux, p.96
14
Despolarização
" 
Estado de repouso
! 
canais de Na+ e K+ fechados
fora da membrana: 10 x mais Na+ que K+
"  dentro da membrana: 10 x mais K+ que Na+
" 
" 
Potencial de acção
! 
canais de sódio abrem
aumentam os iões positivos no interior
"  inversão de polaridade: interior mais positivo que exterior
" 
! 
1 ms depois canais de potássio abrem
" 
" 
inversão de polaridade: estado de repouso reposto
Estado de repouso
! 
! 
canais de Na+ e K+ fechados
"bomba" de iões: opera a troca e repõe estado inicial
" 
iões Na+ expelidos; iões K+ integrados
Habib, p.24
15
Geração e propagação do
potencial de acção
" 
Geração do potencial de repouso
! 
Sinapses (transmissores neuronais)
" 
" 
! 
zona gatilho
" 
" 
" 
" 
excitatórias: diminuem a diferença de potencial: excitatória
inibitórias: aumentam a diferença de potencial
acumulação de influxos nervosos
#  soma algébrica dos influxos excitantes e inibidores
patamar de excitação
#  diferença de potencial diminui abaixo de um certo patamar
geração do potencial de acção (despolarização)
Propagação do influxo nervoso
! 
velocidade: 0.5 - 130 m/s (2-450 Km/h)
" 
! 
! 
maior velocidade depende de mais mielinização
duração: corresponde à duração do estímulo
frequência: corresponde à intensidade do estímulo
16
Mediação química
" 
Funcionamento da sinapse
! 
maioria são transdutores:
" 
! 
" 
contém fenda de 10-100 nanómetros
Axónio (botão sináptico)
! 
chegada do potencial de accção
" 
! 
entrada de iões Ca+
exocitose das vesículas
" 
" 
transformam mensagem eléctrica em
mensagem química
libertação do neurotransmissor (mediador
químico) para a fenda sináptica
Dendrito
! 
recepção do mediador químico pela membrana póssináptica
" 
! 
se provoca despolarização: impulso excitatório;
inibitório c.c.
libertação da “fechadura”
" 
neurotransmissor destruído e/ou recaptado
Habib, p.119
17
Neurotransmissores
"  Cada
! 
neurotransmissor
é específicos do tipo de sinapse
“chave-fechadura”
"  e.g. aceticolina para as a sinapses motoras
" 
! 
está presente numa rede específica de neurónios
" 
a sua “manipulação” pode ter efeito selectivo sobre
funcionalidades específicas
"  Drogas
! 
e fármacos que actuam no SNC
maioria são
neurotansmissores sintetizados laboratorialmente (que se
fixam nas “fechaduras” pós-sinápticas)
"  destroem enzimas encarregues de remover
neurotransmissores sintetizados no botão sináptico
" 
18
Dinâmica do processo
"  http://www.youtube.com/watch?
v=LT3VKAr4roo
19
Desenvolvimento / Ontogénese
" 
" 
Expansão dos axónios e arborizações
Proliferação dos contactos sinápticos
! 
Córtex recém nascido: 3, 15 e 24 meses
Chang, p247
20
Desenvolvimento
"  Aprendizagem
por
estabilização
! 
A: Morte celular: de células
cujos axónios não se conectam,
ou são pouco activados
! 
B: Eliminação de sinapses:
sinapses pouco ou não
activadas são eliminadas
Habib, p42
21
Experiência
"  Potencial
! 
cognitivo é activado pela experiência
Experiência (Hubel & Wiesel, 60)
" 
sutura da pálpebra de macacos durante 1 semana
#  adulto: nada acontece
#  semanas 3-4: cegueira
! 
período crítico para conexão neuronal
22
Experiência e
individualização
" 
Experiência é crucial para individualização
! 
Experiência (Levinthal et al, 73)
" 
Crustáceos de 4mm usados para limpar algas das
paredes dos áquarios (daphnies)
" 
os mesmos 2 axónios dos mesmos neurónios, em
pólos simétricos do SNC
#  4 gémeos
" 
maior variação entre indivíduos que entre
hemisférios
! 
não determinismo biológico
Chang, p.256
23
Córtex
" 
Camadas corticais
! 
Camada I, molecular
" 
! 
! 
tálamo
células piramidais; corpo caloso
medula
células granulares; aferências do tálamo
Camada V, piramidal interna
" 
! 
células granulares; corpo caloso
Camada IV, granular interna
" 
! 
pobre em células
Camada III, piramidal externa
" 
! 
corpo caloso
Camada II, granular externa
" 
células piramidais; conecção com a medula
tálamo
Camada VI, multiforme
" 
" 
corpo caloso
células de vários tipos; eferências do tálamo
Diferenciação funcional (exs.)
! 
Área motora primária (área 4): III e V espessas; IV fina
! 
Áreas visual primária (área 17): IV espessa, V fina
24
Changeux, p.65
Reparação contínua de
neurónios
" 
A produção de novos neurónios que se conhecia ocorrer
em certas partes do cérebro de macacos ocorre um
pouco por todo o lado, incluindo nas zonas mais antigas
do ponto de vista da evolução, como no hipocampo.
" 
Isto sugere que o cérebro possui uma estrutura estável
para armazenar informação.
" 
Se o córtex cerebral é importante na memória como é
que ele muda? A resposta é que se as memórias são
formadas a partir de experiências, logo, estas devem
produzir alterações no cérebro.
25
Reparação contínua
de neurónios
"  Os
novos neurónios são gerados
ao longo da linha dos ventrículos
cerebrais, mesmo no centro do
cérebro e depois emigram para as
várias partes do córtex.
"  Este
tipo de migração, a distâncias consideráveis,
prova que será possível guiar células terapêuticas
para sítios alvo do cérebro que perderam neurónios
através de doenças ou de acidentes.
26
Reparação contínua de
neurónios
" 
A tese de que o cérebro só se desenvolvia de zero a
três anos de idade, e que depois ia acumulando
informação, caiu por terra.
" 
É provável que as experiências ao longo da vida
possam ser responsáveis por afectar a estrutura física
do cérebro.
" 
Antes sabia-se que as memórias eram só formadas por
modificações das sinapses. Agora é razoável admitir que
a introdução de novos neurónios (novos circuitos) deve
afectar a memória como um todo, o que poderá ajudar
27
no tratamento do Alzheimer e Parkinson.
Compreender a Actividade
Neuronal
" 
A melhoria da resolução das imagens de fMRI poderá ajudar
a entender como funciona o cérebro.
" 
A fMRI detecta o aumento dos níveis do fluxo do sangue,
levando-nos a concluir quais as áreas do cérebro com maior
actividade neuronal. Estudos feitos em 2003 defendem que a
diminuição dos níveis de oxigénio é um sinal prévio, e mais
preciso, sobre a actividade das células neuronais.
" 
A passagem das medidas de milímetros para micrometros
não é desprezável, quando nos lembramos que alguns
milímetros no cérebro podem ser traduzidos em centenas de
milhares de neurónios.
28
O cérebro não é só neurónios
"  A
evidência do papel crucial dos astrocitos
(células da glia), nos modos de comunicação
cerebral, de organização da memória ou ainda
nos processos de aprendizagem, permite
abordar de forma inovadora as patologias
neurodegenerativas do cérebro.
"  Constante
de tempo dos astrocitos ~ 1 seg
vs. neurónio ~ 1 mseg
29
Papel dos astrócitos
" 
Os astrocitos são capazes de dar ordens aos vasos
sanguíneos para se contraírem ou dilatarem,
através da geração de vagas de cálcio.
" 
A elevação do cálcio nos astrocitos dá o sinal de
partida para o encolhimento, e esta forma de
controlo do diâmetro das artérias cerebrais pode
revelar-se determinante durante um acidente
vascular cerebral (AVC): diminuição da irrigação do
cérebro e agravamento das lesões.
30
Compreender a Actividade
Neuronal
" 
Experiências confirmaram uma hipótese já antiga:
! 
a activação das células nervosas está directamente associada com o
aumento do consumo de oxigénio num nível muito localizado.
" 
Os investigadores usaram um sensor com 2 microeléctrodos, um
para medir a actividade eléctrica de um simples neurónio,
enquanto o outro mediu a concentração de oxigénio numa área
de 60 micrometros (o diâmetro de um cabelo tem 80).
" 
Dado que todas as doenças (Alzheimer, Parkinson) começam a
nível celular, se conseguirmos observar melhor o que aí se passa
poderemos actuar nos processos de doença numa fase anterior ao
seu desenvolvimento.
31
Teoria do Crescimento
Cerebral
" 
Em 2000, a equipe da Dr. Mriganka Sur do MIT anunciou que
havia reconfigurado os cérebros de doninhas recém nascidas
de forma que os seus olhos passaram a estar ligados às regiões
onde o ouvir se desenvolve normalmente.
" 
O resultado surpreendente foi o de as doninhas terem
desenvolvido caminhos visuais nas porções auditórias dos seus
cérebros.
" 
Esta notícia contrariava as teorias de que os cérebros dos
animais desenvolvem regiões especializadas para o ver, o ouvir,
o tacto, e no caso dos humanos, regiões para a geração da
linguagem e dos estados emocionais.
32
Teoria do Crescimento
Cerebral
" 
A teoria anteriormente em voga estabelecia que os genes são
os responsáveis por criar as regiões especializadas, ou
módulos, e que o cortex visual estava destinado a processar
a visão e pouco mais.
" 
As experiências de Sur revelaram, pelo contrário, que as
regiões de um cérebro não têm funções especializadas
inatas, e que podem desenvolver outras em função da
informação que lhes chega após o nascimento. Mais, que o
cortex se pode desenvolver em todas as direcções. Esta
plasticidade é interessante para tratar os seres que nascem
surdos ou cegos.
" 
A razão da escolha das doninhas: cérebros imaturos.
33
Teoria do Crescimento
Cerebral
" 
Como nos humanos, os nervos ópticos e auditivos das doninhas
podem viajar, através do tálamo, até ao cortex onde a visão e
audição são percebidos.
" 
Enquanto nos humanos estas ligações estão presentes no
nascimento, nas doninhas estes neurónios crescem no tálamo após
o animal nascer.
" 
Se o nervo auditivo é impedido de entrar no tálamo, o nervo óptico
chegará alguns dias depois e fará uma ligação dupla: viajará
através do tálamo e ligar-se-á às regiões de ver e ouvir do cortex.
" 
Se a química do crescimento e re-organização for bem
compreendida, a ajuda médica às pessoas atingidas com acidentes
cerebrais será um dia possível.
34
35
Questões / Desafios
"  Indique
5 tarefas cognitivas que ainda não
estejam automatizadas – concretizadas
em entidades artificias.
"  Será
alguma vez possível criar um ser
artificial que desempenhe todas essas
tarefas?
"  Se
sim, qual dessas 5 corresponderá ao
último passo?
36
Respostas
37