Plasticidade do sistema nervoso José Salomão Schwartzman Universidade Presbiteriana Mackenzie

alguns mitos sobre o cérebro utilizamos cerca de 1% a 10% do nosso cérebro precisamos, portanto, aprender a utilizar os demais 90% a 99%

utilizamos apenas 10% do nosso cérebro

precisamos aprender a utilizar os 90% restantes!

alguns mitos sobre o cérebro o cérebro é constituído por áreas distintas, cada uma delas altamente especializada na realização de determinada tarefa ou função temos “centros” da fala, da escrita, da raiva, do pensamento, da religiosidade, do amor aos vinhos etc.

frenologia (Gall 1758 – 1828)

fisiognomia

frenologia e tecnologia

B A (A) American Phrenological Journal, 1850; (B) frenologia e compatibilidade conjugal, 1888

E=MC2 1+1=?? 2-1=??

alguns mitos sobre o cérebro nós, ocidentais, utilizamos quase que exclusivamente o hemisfério cerebral esquerdo temos que utilizar mais o direito, tal como fazem os orientais!!

pintando com o hemisfério hemisfério esquerdo x hemisfério direito? pintando com o hemisfério direito pintando com o hemisfério esquerdo

alguns mitos sobre o cérebro a plasticidade cerebral é uma propriedade dos cérebros imaturos a possibilidade de aprender é característica dos cérebros jovens portanto, à medida que envelhecemos, vamos perdendo gradualmente esta possibilidade

hidrocefalia - menina 11 anos de idade

hidrocefalia - menina 11 anos de idade

R.M., hidrocefalia congênita, 6 meses

R.M., hidrocefalia congênita, 9 meses

R.M., hidrocefalia congênita, 3 anos e 10 meses

R.M., hidrocefalia congênita, 10 anos

R.M., hidrocefalia congênita, 10 anos

R.M., hidrocefalia congênita, 10 anos

R.M., hidrocefalia congênita, 18 anos

R.M., hidrocefalia congênita, 18 anos

R.M., hidrocefalia congênita, 18 anos

Arthur, (97) (trabalhou até há 4 anos) e Isabel, (95) casados há 73 anos moram sozinhos

Elvira (86) pega dois ônibus para ensaiar em um coral

Kasinski (82) aposentou-se há dois anos e abriu, recentemente, uma fábrica de motocicletas

Yolanda (82) faz ioga, nada, anda de jet ski no rio Guaíba, voou de paraglider há 3 anos e dirige seu próprio carro

George Burns viveu 100 anos

a pintar aos 78 anos de idade vovó Moses (1860-1961) começou a pintar aos 78 anos de idade

restauração de funções no sistema nervoso

X restauração de funções no sistema nervoso sistema funcional sistema OBJETIVO sistema funcional sistema OBJETIVO funcional OBJETIVO sistema funcional restauração de funções no sistema nervoso

restauração de funções no sistema nervoso funcional OBJETIVO restauração de funções no sistema nervoso

Plasticidade do sistema nervoso a plasticidade neural contribui para o aprendizado e memória e participa do processo de restauração funcional que se segue à um insulto cerebral plasticidade pode ser definida como qualquer mudança duradoura nas propriedades morfológicas ou funcionais do córtex cerebral em resposta a mudanças ambientais ou lesões

Plasticidade do sistema nervoso admitia-se que era uma capacidade do cérebro em desenvolvimento mas hoje sabemos que ocorre também no adulto as alterações plásticas ocorrem ao nível das sinapses o córtex cerebral com sua extensa rede de sinapses reúne as condições para a ocorrência dos processos plásticos

Plasticidade do sistema nervoso a prática desenvolve a plasticidade em tarefas motoras a tarefa motora pode ser facilitada pela administração de anfetaminas e pode ser modificada por várias outras drogas (prazosina <, escopolamina <, propranolol <, levodopa >)

Plasticidade do sistema nervoso em indivíduos idosos, a observação de um vídeo de um indivíduo realizando a mesma tarefa motora que está sendo treinada induz evidentes modificações no córtex motor

morte neuronal (apoptose) paralisia neuromuscular remoção de um broto de membro de embrião de galinha com 2,5 dias geração neurônios (100%) morte neuronal (apoptose) neurônios motores normal 50% sobrevivem 10% sobrevivem um broto adicional paralisia neuromuscular (curare) 75% paralisia 75% sobrevivem experimentos de Hamburger, Levi-Montalcini e Levi

fatores neurotróficos são polipeptídicos que através de receptores específicos agem no: desenvolvimento sobrevivência manutenção de neurônios são essenciais para a sobrevivência do sistema nervoso central e do periférico em desenvolvimento

fatores neurotróficos substâncias com propriedades neurotrópicas e neurotróficas: induzem a diferenciação de células precursoras em neurônios definem o fenótipo morfológico e químico dos neurônios especificam o papel funcional dos neurônios definem a localização espacial dos neurônios guiam o axônio dos neurônios até o alvo apropriado mantêm a conectividade e organização funcional dos neurônios durante toda a vida do indivíduo

grupos de fatores neurotróficos neurotrofinas neuropoietinas (neuroquinas) fatores transformadores de crescimento fatores de crescimento dos fibroblastos neurogulinas fatores de crescimento insulina-like fator de crescimento derivados das plaquetas fator de crescimento do hepatócito neurotransmissores e neuroreguladores outros fatores

fatores neurotróficos a classe de fatores neurotróficos mais conhecida é a das neurotrofinas quatro principais neurotrofinas foram isoladas de mamíferos: o NGF (nerve growth factor) o BDNF (brain-derived neurotrophic factor) a neurotrofina 3 (NT-3) a neurotrofina 4/5 (N 4,5) Copray et al., 2000

efeito de substâncias excitatórias e fatores neurotróficos controle NGF glutamato aspartato glutamato + NGF aspartato + NGF efeito de substâncias excitatórias e fatores neurotróficos sobre a maturação de células de Purkinje

fatores neurotróficos

fatores neurotróficos

fonte de fator neurotrófico neurônios se aproximam do alvo fonte de fator neurotrófico quantidade reduzida de fator neurotrófico neurônio degenerando

morte neuronal programada durante o desenvolvimento há eliminação (programada) de grande número de neurônios a função desta morte programada seria a de suprimir neurônios extra-numerários esta destruição seria necessária para se adequar o número de neurônios ao número de células alvo inervadas deste modo, o adequado crescimento axonal e formação de sinapses seria essencial na determinação de quais neurônios sobreviverão

morte neuronal programada desta forma, há uma estreita relação entre conexões apropriadas dos neurônios e sua sobrevivência a presença de fatores neurotróficos, produzidos pelas células alvo, é fator determinante da sobrevivência dos neurônios neurônios que não atingem os territórios alvo, chegam muito tarde ou não estabelecem sinapses estáveis, morrem

densidade sináptica e número de sinapses na área 17 em função da idade sinapses / mm3 sinapses total sinapses / mm3 (x 108) sinapses total (x 1011) densidade sináptica e número de sinapses na área 17 em função da idade

podemos modificar nossos cérebros? histórico (Diamond, 1988) no início da década de 50, vários estudos demonstraram que ratos que haviam sido expostos a “ambientes enriquecidos” no início de suas vidas aprendiam melhor tarefas em labirintos do que ratos que haviam crescido em “ambientes não enriquecidos” a questão que se colocou, então, é se estes ratos que haviam sido criados em “ambientes enriquecidos” diferiam dos outros não apenas no que se refere ao comportamento, mas também à química cerebral encontraram, nestes animais, uma maior concentração cerebral de acetilcolinesterase

condições experimentais básicas (Diamond, 1988)

Diamond (1988) efeitos do “enriquecimento ambiental” os estudos iniciais demonstraram claramente que havia diferenças estruturais entre os cérebros de animais criados em “ambientes enriquecidos” por 80 dias (do dia 25 ao 105) e de animais-controle os “ratos enriquecidos” apresentavam córtices mais espessos, com um distanciamento maior entre as células, principalmente nas camadas externas a contagem dos neurônios e células gliais por campo microscópico não revelou diferenças entre os 2 grupos

Diamond (1988) efeitos do “enriquecimento ambiental” as células nervosas dos animais “enriquecidos” apresentavam um aumento significativo no tamanho do corpo celular e do núcleo, principalmente nas camadas mais externas do córtex novas técnicas demonstraram, nos animais “enriquecidos”, um aumento absoluto no número de células gliais (oligodendrócitos e astrócitos) o aumento nos oligodendrócitos pode ser constatado, enquanto que o aumento dos astrócitos, embora presente, não chegou a ser significativo

Diamond (1988) efeitos do “enriquecimento ambiental” animais “enriquecidos” têm maior arborização dendrítica nas células estreladas da camada II do córtex occipital (área 18) animais “enriquecidos” têm mais ramos dendríticos em células piramidais em células cerebelares de macacos “enriquecidos” foi observada quantidade maior de pequenos ramos dendríticos do que em macacos “não enriquecidos” célula piramidal

Diamond (1988) efeitos do “enriquecimento ambiental” no período pré-natal a autora observou uma tendência, embora não significativa, em ratos recém-natos produtos de mães “enriquecidas”, de apresentarem córtices mais espessos do que ratos nascidos de mães “não enriquecidas” os pesos de nascimento destas 2 populações diferiam de forma significativa no sentido de que os filhos de mães “enriquecidas” pesavam 6% mais

Diamond (1988) efeitos do “enriquecimento ambiental” na meia idade e velhice os ratos Long-Evans chegam a viver, no laboratório da autora, 904 dias foram estudados grupos de ratos ( “enriquecidos x não enriquecidos”) com 444 e 630 dias de idade nos 2 grupos, os córtices mostraram-se mais espessos nos grupos “enriquecidos”

plasticidade do sistema nervoso mecanismos vários processos estão envolvidos na restauração de funções do sistema nervoso: brotamento regenerativo brotamento colateral hipersensibilidade pós-denervação

plasticidade do sistema nervoso mecanismos: brotamento regenerativo em casos de lesão axonal: degeneração anterógrada degeneração retrógrada (?) pode haver brotamento este fenômeno já foi observado no cérebro; porém, não se sabe se estas conexões são funcionais este processo é dificultado pela presença de tecido cicatricial este processo é facilitado pela injeção de uma proteína promotora de crescimento nervoso nas áreas vizinhas

plasticidade do sistema nervoso mecanismos: brotamento colateral brotamento colateral de axônios íntegros para áreas comprometidas já foi observado em várias regiões do cérebro invade locais lesados e forma novos terminais estas novas conexões parecem ser funcionais

plasticidade do sistema nervoso mecanismos: hipersensibilidade pós-denervação a degeneração anterógrada priva a membrana pós-sináptica de suas aferências a sensibilidade pós-sináptica aos neurotransmissores aumenta e manifesta-se por um aumento da atividade elétrica na área comprometida a hipersensibilidade regride paralelamente ao desenvolvimento do brotamento regenerativo e colateral e pode desempenhar algum papel na recuperação funcional

plasticidade do sistema nervoso mecanismos: equipotencialidade e liberação da inibição função vicariante reorganização funcional (Luria, 1978, 1980)

Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players (Elbert et al., 1995) estudados 9 músicos: 2 violoncelistas 1 guitarrista 7 a 17 (média 11,7) anos de profissão grupo controle representação cortical dos dedos das mãos avaliada por método magnético

Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players (Elbert et al., 1995) a representação dos dígitos da mão esquerda dos músicos mostrou-se maior do que no grupo controle o efeito foi menor no polegar esquerdo a representação foi maior nos músicos com mais tempo de profissão

Experience-dependent changes in cerebellar contributions to motor sequence learning (Doylon et al., 2001) 9 sujeitos adultos, destros 6 homens idade média = 26,7 anos tempo médio de educação = 15,8 anos

Doyon, Julien et al. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 1017-1022

Doyon, Julien et al. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 1017-1022 sessão 1 sessão 2 sessão 3 sessões 2-1 sessões 3-2 córtex núcleo denteado

sessão núcleos córtex

Doyon, Julien et al. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 1017-1022

estudos envolvendo indivíduos entre 55 e 80 anos Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) metanálise estudos envolvendo indivíduos entre 55 e 80 anos trabalhos publicados de 1996 a 2001

grupo controle grupo experimental: Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) grupo controle grupo experimental: treino de condicionamento treino de condicionamento e musculação curtos: 15 – 30 minutos moderados: 31 – 45 minutos longos: 46 – 60 minutos 1 – 3 meses 4 – 6 meses mais de 6 meses

Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos controles exercício f. executivas controle f. espaciais rapidez tipo de tarefa Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003)

Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) os estudos demonstram, de forma inequívoca, efeito positivo do condicionamento físico sobre várias atividades cognitivas condicionamento promoveu aumento da performance 0,5 DP em média, independentemente do tipo de tarefa cognitiva, do método de treinamento e das características dos participantes

Condicionamento físico e funções cognitivas em idosos (Colcombe e Kramer, 2003) os benefícios foram mais evidentes nas mulheres uma possível explicação para estes efeitos seria a dediferenciação, ou seja, menos especificidade daquelas regiões do encéfalo que são recrutadas para várias tarefas cognitivas; nos indivíduos mais velhos haveria maior recrutamento destas áreas para compensar a perda de função neural

plasticidade do sistema nervoso a velocidade e o grau de reaquisição de uma função parecem depender de uma série de fatores: localização da lesão extensão da lesão desenvolvimento da lesão estimulação ambiental idade do paciente sexo do paciente

plasticidade do sistema nervoso neurogênese/ evidências recentes demonstram que certas áreas cerebrais retém a possibilidade de gerar novos neurônios (em roedores, primatas não humanos e humanos adultos) a proliferação celular no giro denteado do hipocampo de ratos adultos é mais significativa nos animais que são criados em ambientes enriquecidos no camundongo adulto, atividade física (corrida) aumenta esta proliferação celular (van Praag, Kempermann e Gage, 1999)

plasticidade do sistema nervoso neurogênese o número de neurônios gerados no giro denteado (hipocampo) de ratos adultos duplica em resposta a treinos em tarefas de aprendizagem associativa (que requerem a participação do hipocampo) estes resultados indicam que estes neurônios recém gerados são afetados e potencialmente envolvidos na formação de memórias associativas

plasticidade do sistema nervoso neurogênese (Eriksson et al., 1998) foi demonstrada neurogênese no hipocampo de homens com idade média de 64,4 +- 2,9 estes indivíduos haviam recebido injeção de bromodeoxiuridina, com finalidades diagnósticas neurônios com o DNA marcado por esta substância foram identificados em espécimens cerebrais destes pacientes

plasticidade do sistema nervoso neurogênese (Mezey et al., 2003) estudadas quatro pacientes do sexo feminino que receberam transplante de medula óssea de doadores do sexo masculino: paciente 1: transplantada aos nove meses de idade, faleceu dez meses depois paciente 2: transplantada aos 34 anos de idade, faleceu nos dois meses subseqüentes paciente 3: transplantada aos dez anos de idade, faleceu nos dois meses subseqüentes paciente 4: transplantada aos 20 anos de idade, faleceu nos dois meses subseqüentes

plasticidade do sistema nervoso neurogênese (Mezey et al., 2003) foram estudadas amostras do neo-cortex, striatum, hipocampo,estruturas temporais mesiais e cerebelo nas quatro pacientes foram observadas células contendo cromossomos Y em várias regiões a maior parte destas células não eram neurais: células endoteliais e células da substância branca neurônios marcados foram identificados, especialmente no córtex cerebral e no hipocampo a paciente mais nova e que sobreviveu por mais tempo ao transplante apresentava o maior número de neurônios marcados

Plasticidade do sistema nervoso transplante de tecido cortical fetal (Bhattacharya et al., 2002) estudados 12 pacientes com moléstia de Parkinson com idade variando de 45 a 75 anos transplante de um grama de tecido cerebral (área frontal) extraído de feto com menos de 20 semanas de idade gestacional e retirado dentro de um minuto após a histerectomia para a região axilar não houve nenhum tratamento imunossupressor

plasticidade do sistema nervoso transplante de tecido cortical fetal (Bhattacharya et al., 2002) uma parte do tecido transplantado foi removido após 1-2 meses: não foram observados sinais de rejeição nem de processos inflamatórios estavam presentes sinais de crescimento do tecido: neurogênese, gliogênese, neo-vascularizaçao e angiogênese avaliação dos pacientes após um mês: discreta melhora (até 33%) em 41,6% dos casos melhora moderada (até 66,6%) em outros 41,6% dos casos em 16,8% dos casos, nos quais não houve melhoras objetivas, os pacientes referiram melhoras gerais sendo que foi possível uma redução das doses de L-Dopa em 75% dos casos

Drives of brain plasticity (Hummel e Cohen, 2005) treino promove plasticidade uso-dependente pode ser facilitado pelo uso de anfetamina estimulação magnética craniana estimulação elétrica craniana por corrente contínua

Neurônios Espelho

Neurônios espelho descritos por Giaccamo Rizzolatti (1988) “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

vista lateral do cérebro de macaco Rizzolatti e Craighero, 2004

respostas dos neurônios espelho à observação de ação com visão completa e em condição “escondida”; compreensão da ação Rizzolatti e Craighero, 2004

o córtex temporal superior codifica uma descrição visual da ação

encaminha esta informação ao córtex parietal posterior que codifica o aspecto sinestésico do movimento

encaminha esta informação aos neurônios espelho da região frontal inferior que codifica o objetivo da ação

este mecanismo de parear a descrição visual da ação observada e as conseqüências sensitivas previstas permite o planejamento da imitação da ação observada que agora pode ocorrer

cópias eferentes do plano motor são enviados das áreas parietais e frontais de volta para o córtex temporal superior

conexões entre um setor do lobo da insula (campo disgranular) com o sistema límbico, córtex parietal posterior, frontal inferior e córtex temporal superior possibilitam passar à áreas límbicas a representação da ação que processam seu conteúdo emocional

ativação cerebral durante movimentos da mão direita simulação execução

A B ativação somatotópica nos córtices parietais e pré-motores durante a observação de ações: A) intransitivas B) transitivas boca, mãos e pés Buccino et al., 2004

mordendo Buccino et al., 2004 homem macaco cachorro ativação cortical durante observação de mordidas

ações orais comunicativas Buccino et al., 2004 homem: leitura labial macaco: estalando os lábios cachorro: latindo ativação cortical durante observação de ações comunicativas

Neurônios espelho Daniel Glaser, Córtex 2004 bailarinos e praticantes de capoeira estudado o padrão de ativação observado (ressonância magnética funcional) quando: bailarinos observavam ballet bailarinos observavam capoeira capoeiristas observavam capoeira capoeiristas observavam ballet

Glaser, 2004

Ressonância magnética funcional bailarinos vendo ballet bailarinos vendo capoeira sulco intraparietal capoeiristas vendo ballet capoeiristas vendo capoeira controles vendo ballet controles vendo capoeira córtex pré-motor dorsal Glaser, 2004

Resiliência

Resiliência propriedade pela qual a energia armazenada em um corpo deformado é devolvida quando cessa a tensão causadora de uma deformação elástica termo que se origina nas ciências exatas, particularmente na mecânica e engenharia

Resiliência Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993) este autor enfatizou a importância de se considerar múltiplos aspectos nas pesquisas sobre os fatores de risco e de proteção: 1) as respostas frente ao evento estressor são influenciadas pela avaliação que a pessoa faz da situação, pela capacidade de processar a experiência, pela atribuição de significado e pela possibilidade de incorporá-la ao sistema de crenças; a idade, nesse caso, é um fator de diferenciação importante, pois a capacidade de elaboração de um bebê é diferente daquela de uma criança mais velha

Resiliência Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993) 2) outro mecanismo diz respeito à forma como as pessoas lidam com as adversidades e eventos estressores, se elas agem ou simplesmente reagem à situação estressante 3) a habilidade das pessoas para agir é uma função de sua auto-estima e sentimentos de auto-eficácia tanto quanto de sua capacidade para resolver problemas

Resiliência Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993) 4) o conhecimento cognitivo está apoiado em relacionamentos estáveis, sucessos, experiências positivas e atributos de temperamento 5) tais qualidades pessoais tornam-se operacionalizadas nas interações e respostas frente a outras pessoas e em seu papel de regulação das respostas individuais às situações de estresse

Resiliência Rutter (1981, 1985, 1987 e 1993) 6) enfrentamento bem sucedido é exercitado durante toda a vida, pois as situações de dificuldade e de mudanças fazem parte do incremento da competência e da responsabilidade 7) os fatores de proteção devem operar durante todo o tempo e não apenas num dado momento ou circunstância de maior estresse

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade hipertensão arterial não tratada 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade níveis elevados de colesterol 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade níveis elevados de homocisteína associados a níveis reduzidos de B12 e folatos 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade múltiplos traumatismos cranianos associados ao coma 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade níveis elevados de estresse e depressão 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade programa regular de exercícios 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade hábito de ler e de aprender 1/2 2 x 4 x

risco de comprometimento da memória e declínio cognitivo com a idade atividades de lazer e sociais 1/2 2 x 4 x