O Cérebro Humano - José Salomão Schwartzman

José Salomão Schwartzman
O Cérebro Humano
um estudo comparativo
José Salomão Schwartzman
www.schwartzman.com.br
[email protected]
Pós-graduação em Distúrbios do Desenvolvimento
Universidade Presbiteriana Mackenzie
José Salomão Schwartzman
Reino Monera (3,8 a 3,9 BA)
Reino Monera (3,8 a 3,9 BA)
organismos unicelulares, procariócitos
constituídos por citoplasma e material
genético circundados ou limitados por
membrana externa, não possuem
núcleo nem organelas com membrana
José Salomão Schwartzman
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Cianobactérias (procariócitos) começaram a utilizar
a fotossíntese: CO2 e H2O produzindo O2
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Estromatólitos: formações (datadas de 3,5 MA) de
gerações sucessivas de cianobactérias.
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Escherichia coli, bactéria presente no trato intestinal humano assemelha-se bastante
a antigas bactérias flageladas que viveram por volta de 3,4 BA.
Não possui sistema nervoso e tem informações sobre o meio externo através de mais
de uma dúzia de sensores situados na sua membrana externa; quando necessita se
movimentar aciona os motores dos flagelos que podem girar no sentido horário ou
anti-horário, com o que a bactéria se move para a frente ou para trás.
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Halobacterium salinarium (cerca de 2,7 BA) organismo unicelular eucariótico
contendo núcleo e organelas (mitocôndria, por exemplo), contém um receptor sensível
à luz laranja utilizado pela bactéria para orientar seus movimentos em direção à luz solar,
para que ela possa fazer fotossíntese. Visão surgiu como um sistema utilizado para
orientar o organismo em direção a uma fonte de energia luminosa, o sol.
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Chlamydomonas, outro eucariótico usa as informações de receptores
para luz para direcionar seus movimentos; possui um olho único no seu pólo
anterior que é sensível à luz azul/verde; modifica sua direção ajustando os
movimentos de seus dois flagelos.
Capaz de armazenar memória de curto prazo de diferentes intensidades
luminosas.
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O Paramecium, organismo unicelular que desenvolveu vários flagelos, apresenta
um fenômeno para sincronizar o seu movimento: despolarização. Quando o
Paramecium bate em um objeto, são ativados canais que permitem a entrada de
cálcio na célula, despolarizando sua membrana. Com isto se reverte a direção de
batidas dos cílios em conjunto, e o organismo se move para longe do obstáculo.
organismos multicelulares
 há cerca de 1,8 BA os organismos unicelulares começaram a
constituir formas multicelulares de vida
 um dos primeiros exemplares foram as esponjas, presentes até os
dias de hoje
 estes organismos são constituídos por duas camadas celulares: um
ectoderma e um endoderma separados por mesoglea composta de
uma substância gelatinosa
 a mesoglea contém amebócitos, mas é destituída de nervos
 estes organismos multicelulares desenvolveram um sistema para
coordenar respostas aos estímulos ambientais
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Variedades distintas de esponjas
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Rhabdocalyptus dawsoni: quando é atingida por um objeto, o estímulo mecânico
causa um influxo de cálcio que despolariza as células atingidas; uma corrente
elétrica destas células despolarizadas passa pela mesoglea e despolariza
as células endodérmicas temporariamente, interrompendo o movimento dos
íílios, suspendendo o influxo de água. Esta resposta coordenada se realiza
na ausência de nervos.
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Filo Ctenophora (600 MA): organismos nos quais surgem os
neurônios; na mesoglea destes organismos há uma rede de
neurônios bipolares fusiformes.
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Os processos destes neurônios primitivos
não se diferenciam em axônios e dendritos
e se conectam por meio de junções similares
às sinapses. Esta rede neural combina funções
sensitivas, integrativas e motoras sem um
controle central.
Nestes organismos já encontramos neurônios
simples, potenciais de ação, canais de sódio,
grânulos neuro-secretórios e sinapses primitivas.
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Filo Ctenophora
Filo Cordata (545 MA): Pikaia, pequenos
predadores apresentam a notocorda, uma
haste cartilaginosa que atua como um
sistema anticompressão contra o qual os
músculos trabalham; paralelamente à
notocorda há um cordão nervoso
do qual emergem nervos motores que
inervam segmentos musculares, os
miômeros.
Estes pequenos predadores apresentavam
sentido do olfato altamente desenvolvido.
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O Amphioxus, um parente contemporâneo dos cordados primitivos, é um
organismo aquático que apresenta na sua extremidade uma vesícula
contendo algumas centenas de neurônios; nesta vesícula (cérebro
primitivo) há uma estrutura que corresponde ao olho dos vertebrados.
lampreia
Os vertebrados surgem há cerca de
470 MA na forma dos peixes sem
mandíbula (agnatas).
Estas criaturas apresentavam uma nova
estrutura: o telencéfalo localizado na
extremidade craniana nas proximidades
dos receptores olfatórios.
Nos vertebrados primitivos, o telencéfalo
processava informações olfativas e
conservava memórias olfativas.
Estes peixes agnatas necessitavam fontes
alimentares que garantissem suas crescentes
necessidades metabólicas, tendo em
vista seus cérebros em expansão.
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Há cerca de 425 MA surgem os peixes com mandíbula (gnatostomata) que demonstraram
um avanço significativo: o desenvolvimento da mielina, bainha gordurosa que circunda
os axônios dos neurônios. A presença da mielina aumenta muito a velocidade de condução
dos impulsos elétricos.
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Velocidade de condução: fibras amielínicas: 0,5 a 2 m/seg ; fibras mielinizadas: 3 a 120 m/seg
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Os Tetrápodes (345 MA) foram os primeiros vertebrados a sair do ambiente aquático e vir para a terra. A
vida fora da água trouxe uma série de desafios e um deles era como lidar com a termorregulação no
ambiente terrestre.
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O Cynodonte (260 MA) tetrápode que deu origem aos mamíferos
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O Cynodonte (260 MA)
Em razão de um cérebro grande e dos problemas com a
termorregulação se adaptou; modificando os dentes para uma
mastigação mais eficiente, desenvolveu palato ósseo (podia respirar e
deglutir ao mesmo tempo) e dormia em posição semi-recurvada
(conservar energia).
Como seus cérebros eram maiores e necessitavam de mais tempo para
se desenvolver, uma crescente parte deste desenvolvimento passou a
ocorrer após o nascimento.
Com filhotes mais dependentes houve o favorecimento de glândulas
mamárias e comportamento maternal.
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Os primatas surgiram por volta de 85 MA; acima vemos o Smilodectes (50 MA)
O Smilodectes (50 MA)
Apresentava as características típicas dos primatas: mãos que
apanhavam objetos, cérebro grande, focinho menor.
Nestes animais o olfato se tornou menos importante. a acuidade visual
aumentou, os olhos assumiram uma posição mais frontal.
O sistema neural se desenvolveu de modo a possibilitar a vida nas
arvores, os mapas corticais aumentaram para armazenar informações
sensoriais detalhadas e os mapas motores se sofisticaram para
aumentar o controle sobre movimentos mais refinados.
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Milhões de anos
presente
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Ardipithecus ramidus kadabba (5,2 a 5,8 MA)
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Ardipithecus ramidus kadabba (5,2 a 5,8 MA)
 hominídeo do tamanho aproximado de um chimpanzé
moderno, cerca de 122 cm
 características esqueléticas indicam que era capaz de
marcha bípede
 não foram encontrados crânios, de modo que não
podemos calcular as dimensões do seu cérebro
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Lucy
Australopthitecus afarensis ( 3 a 4 MA)
Australopithecus afarensis (3 a 4 MA),
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cérebro com 350 a 500 cm3, similar
ao dos macacos, quase sem fronte.
Vegetariano vivendo, provavelmente,
em grupos sociais.
Bípede mais adaptado para andar do
que para correr.
Altura variando de 107 cm a 152 cm.
Não há evidências de que fabricasse
ferramentas.
Australophitecus africanus (2,3 a 3,5 MA)
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Cérebro de 420 a 500 cm3 . Em
comparação com o crânio do
A. afarensis é mais semelhante ao
do homem moderno em função
de mudanças na forma dos dentes,
mandíbula e face.
O foramen magnum se localiza na
base do crânio, como em todos os
hominídeos.
Australophitecus africanus (2,3 a 3,5 MA)
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Homo habilis (1,5 a 2,3 MA)
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Homo habilis (1,5 a 2,3 MA)
Cérebro com cerca de 700 cm3 (500 - 800). Há evidências da presença da área de
Broca, o que pode indicar a possibilidade de alguma forma de fala.
Primeiras ferramentas: simples pedras lascadas do tamanho das mãos.
Embora primitivas, facilitaram a alimentação aumentando o valor calórico
de sua dieta.
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Homo habilis (1,5 a 2,3 MA)
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Homo erectus (0,5 a 1,8 MA)
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Homo erectus (0,5 a 1,8 MA)
Cérebro com 850 cm3 (750 – 1225), crânio
alongado e baixo, pêlos corporais finos
e glândulas sudoríparas. As ferramentas
se mostram mais diversificadas e sofisticadas.
Alimenta-se cada vez mais de carne.
Há evidências de que tenha usado fogo.
Seu cérebro possibilitou sua adaptação a climas
para os quais não estava adaptado.
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Homo heidelbergensis (500 000 A)
Homo heidelbergensis (500 000 A)
Seu cérebro tinha, aproximadamente, 1100 cm3. Carcaças de animais grandes
(rinocerontes, hipopótamos etc) com sinais de ferimentos mortais indicam sua
capacidade de caça. Possivelmente usavam vestimentas feitas com a pele de
animais. Lanças muito bem feitas foram encontradas datadas de 400 000 A.
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Homo sapiens neanderthalensis (250 000 a 30 000 A)
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Primeiros hominídeos reconhecidos como
pertencentes a uma população humana
antiga. Admite-se que por cerca de 3 000 a
5 000 anos coexistiram com os modernos
homo sapiens. Viveram em climas frios.
A capacidade craniana média destes indivíduos
era de 1 400 cm3 , cerca de 6% superior à
dos homens modernos.
Apresentavam alguns aspectos culturais similares
aos nossos: enterravam seus mortos (até mesmo
com flores); peças polidas de ossos e de
marfim; evidências de batalhas etc.
Eram hábeis caçadores.
Homo sapiens neanderthalensis (250 000 a 30 000 A)
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Homo sapiens (130 000 a 200 000 A)
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Homo sapiens (130 000 a 200 000 A)
Chegou à Europa há 40 000 A, onde se tornou conhecido como Cro-Magnon.
O crânio tem, em média, 1 300 cm3 . Suas ferramentas eram muito mais
sofisticadas e utilizaram novos materiais para confeccionar roupas e peças
de arte.
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Evidências de comportamento simbólico com 77 000 A: caverna de Blombos
Caverna de Blombos: 77 000 A
Contas feitas com casca de ostras
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Artefato de pedra
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Caverna de Blombos: 77 000 A
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Pinturas na caverna de Chauvet, França (32 000 a 28 000 A)
Pinturas na caverna de Chauvet, França (32 000 a 28 000 A)
José Salomão Schwartzman
Pinturas na caverna de Chauvet, França (32 000 a 28 000 A)
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Estatueta feita de marfim de mamute
encontrada em Johlenstein-Stade
(Alemanha) datada de 30 000 a 32 000 A
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Pinturas na caverna de Lascaux, França (17 000 A)
José Salomão Schwartzman
Pinturas na caverna de Lascaux, França (17 000 A)
José Salomão Schwartzman
Pinturas na caverna de Lascaux, França (17 000 A)
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Pinturas na caverna de Altamira, Espanha (12 000 A)
José Salomão Schwartzman
Pinturas na caverna de Altamira, Espanha (12 000 A)
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Pinturas na caverna de Altamira, Espanha (12 000 A)
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Estruturas neurais
 Filo ctenophora : neurônios 600 MA
 Filo Cordata : nervos motores 545 MA
 Filo agnatas : telencéfalo 470 MA
 Filo gnatostomata : mielina 425 MA
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Australophitecus
Homo habilis
Homo erectus
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Homo neanderthalensis
Homo sapiens
Milhões de anos
bipedestação
maior expansão
cerebral
ferramentas
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fogo
O cérebro
 cérebros grandes e complexos criaram necessidade de
grandes quantidades de energia
 o cérebro humano de um adulto tem cerca de 2% do
peso total do corpo, mas requer 15% do débito cardíaco
e do total de reservas energéticas quando em repouso
 alimentos de fácil digestão e alto conteúdo energético
foram utilizados para nutrir o cérebro em expansão
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começamos a comer
carne
ficamos mais
espertos
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aprendemos a obter
outras comidas de
fácil digestão
encontramos maneiras
mais eficientes para
obter comida
a descoberta do fogo
transformou carboidratos
de difícil digestão em alimentos
de absorção mais fácil
dietas melhores possibilitaram maior longevidade;
os indivíduos mais velhos acumularam mais experiência;
transmitiram valores culturais e hábitos adequados
que possibilitaram maior domínio do ambiente e
sobrevida maior e melhor
O cérebro (hoje)
 estrutura mais plástica do universo
 volume de 1 350 cm3 em média
 contém cerca de 100 bilhões de neurônios
 contém cerca de 1 trilhão de células gliais
 cada neurônio estabelece, em média, 1 000
sinapses com outros neurônios
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O cérebro (hoje)
 imagine uma cidade com a complexidade de New York
 dê a cada habitante 10 000 pedaços de fio
 peça que cada habitante dê um pedaço de fio a outra pessoa
 agora multiplique tudo por 1 000 e você pode ter uma idéia da
complexidade do cérebro
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capacidade computacional do encéfalo
 algo em torno de 1 013 e 1 016 operações por
segundo
 seriam necessários 10 000 gigaflops para uma
emulação
 esta potência corresponde à capacidade de
 10 000 computadores do tipo Apple G4 rodando
em paralelo
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Áreas corticais de associação ou áreas terciárias
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verbal
proposital
analítico
simbólico
lógico
abstrato
categorial
perceptual
não proposital
sintético
holístico
literal
concreto
analógico
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Neurônios espelho
(Mirror Neurons)
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Neurônios espelho
 descritos por Giaccamo Rizzolatti (1998)
 “mirror neurons” na área pré-motora ventral de macacos
 células que disparam quando o animal realiza uma ação
específica com suas mãos: empurrar, puxar, agarrar e
colocar um amendoim na boca
 as mesmas células disparam quando o animal observa
alguém (o experimentador ou outro macaco) realizar a
mesma ação
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vista lateral do cérebro de macaco
Rizzolatti e Craighero, 2004
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capacidade de imitação de bebês com 2 e 3 semanas (Meltzoff, 1977)
A neuronal morphologic type unique to humans and great apes
Nimchinsky, EA;Gilissen, E; Allman, JM; Perl, DP;
Erwin, JM; Hof, PR
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 96, April 1999
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áreas citoarquiteturais do córtex na face medial do cérebro (Brodmann)
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áreas citoarquiteturais do córtex na face medial do cérebro(Brodmann)
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humanos*
bonobo*
gibão de mãos brancas
chimpanzé*
macaco Patas
gorila*
orangotango*
lêmure com cauda em anel
células fusiformes na camada Vb do córtex do giro cíngulo
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orangotango*
gorila*
bonobo*
chimpanzé*
humanos*
células fusiformes na camada Vb do córtex do giro cíngulo
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A neuronal morphologic type unique to humans and great apes
• estes achados revelam possíveis mudanças adaptativas e
modificações funcionais que ocorreram nos últimos 15 –
20 MA no córtex do giro cíngulo anterior
• esta região é filogeneticamente antiga
• desempenha funções importantes relacionadas a vários
aspectos das funções autonômicas e certos processos
cognitivos
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A neuronal morphologic type unique to humans and great apes
 entre as funções autonômicas sobre as quais tem
influência:
 ritmo cardíaco
 pressão arterial
 funções digestivas
 tem conexões com o núcleo amigdalóide, hipotálamo e
substância cinzenta peri-aqueductal
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A neuronal morphologic type unique to humans and great apes
 em humanos esta área tem relação com:
 funções superiores integrando e interpretando
informações sensoriais
 atenção
 estimulada, produz vocalizações com significado
 em macacos:
 com alguns aspectos da comunicação
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2
e=mc
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Novo Homo sapiens
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