Introdução

A Neurociência é uma ciência multidisciplinar que estuda o sistema nervoso e é uma das últimas grandes fronteiras do conhecimento.

Para melhor compreender como esse complexo órgão funciona, existem muitas áreas dentro da Neurociência que abrangem aspectos celulares, evolutivos, computacionais, moleculares, funcionais, comportamentais e médicos do sistema nervoso.

A Neurociência é um campo de estudo que integra, por exemplo, Matemática, Física, Linguística, Engenharia, Ciência da Computação, Química, Filosofia, Biologia, Psicologia, Educação Física, Medicina etc.

Alguns dos exemplos de áreas estudadas na Neurociência são a sinalização neuronal e padrões de conectividade axonal, desenvolvimento neuronal e função biológica, funcionamento cognitivo, neuroimagem relacionada ao diagnóstico de doenças, entre muitas outras. A motivação por trás dessas áreas é que haja melhor compreensão dessas relações para fornecer percepções mecanicistas sobre como o cérebro vincula fatores genéticos, biológicos, psicológicos, comportamentais, sociais e ambientais multiníveis com a saúde física, especialmente vulnerabilidade e resiliência contra outras condições clínicas.

Neurociência

O termo “Neurociência” é relativamente novo, entretanto, o estudo do encéfalo é tão antigo quanto a própria ciência. Historicamente, os neurocientistas que se voltaram à compreensão do sistema nervoso vieram de diferentes disciplinas científicas: Medicina, Biologia, Psicologia, Física, Química e até da Matemática.

O salto nas neurociências ocorreu quando esses cientistas perceberam que a melhor abordagem para uma compreensão de como funciona o encéfalo vinha de um enfoque interdisciplinar, ou seja, da combinação de abordagens tradicionais visando a produzir uma nova síntese, uma nova perspectiva.

A maioria das pessoas envolvidas na investigação científica do sistema nervoso considera-se, atualmente, neurocientista.

Compreender como funciona o encéfalo requer conhecimentos sobre muitas coisas, desde a estrutura da molécula até as propriedades eletroquímicas do encéfalo para poder entender, por exemplo, a razão pela qual o cão de Pavlov salivava quando uma campainha tocava no seu clássico experimento sobre condicionamento.

Conceitos e campos de estudo

O cérebro é uma notável peça de maquinário biológico que fascina os cientistas e o público em geral, enquanto testa os limites de nossa capacidade de compreender nossas próprias mentes.

Cada faceta de função neural requer orquestração intrincada e contínua afinação e remodelação. Os circuitos neurais exibem uma adicional camada de integração que transcende a complexidade de qualquer célula, com características dinâmicas, cuja análise requer computação sofisticada.

Não é surpreendente que essa máquina possa funcionar mal de inúmeras maneiras, levando à debilitação e distúrbios, às vezes, devastadores ao longo da vida.

Consequentemente, nas últimas duas décadas, o campo da Neurociência passou por uma revolução silenciosa, redefinindo suas fronteiras além das ciências biomédicas para incorporar conhecimento e ferramentas de Física, Matemática e Engenharia, assim como as Ciências Sociais e Humanas.

Além disso, há uma necessidade cada vez maior de comunicar informações sobre neurociências em todos os níveis, desde a edição de periódicos acadêmicos até a educação do público em geral. Em nível nacional, há também uma grande necessidade de informar reguladores e formuladores de políticas.

O crescimento da área, junto com a comercialização de novos produtos e serviços, resultará na ampliação das oportunidades de carreira nos setores público e privado, incluindo cientistas de bancada, empresários, analistas, consultores e especialistas em propriedade intelectual.

Princípios de Neuroimagem

Técnicas de neuroimagem não invasivas têm sido de crescente interesse para examinar as mudanças comportamentais e os mecanismos neurais, resultando no desenvolvimento de novas abordagens para melhorar a reabilitação motora.

As técnicas de mapeamento cerebral são vitais para a compreensão dos mecanismos moleculares, celulares e funcionais. Dentre eles a Tomografia por Emissão de Pósitrons (TEP) é uma ferramenta extremamente eficaz para o mapeamento da organização funcional no cérebro humano. Essa técnica produz uma imagem tridimensional de processos funcionais no organismo.

A TEP produz principalmente informações funcionais e fisiológicas e as estruturas anatômicas são, por sua vez, difíceis de identificar. Portanto, a TEP geralmente deve ser combinada com métodos anatômicos, como tomografia computadorizada ou imagem por ressonância magnética.

A Ressonância Magnética (RM) é uma técnica que permite a visualização de imagens tomográficas tridimensionais de alta resolução sem radiação ionizante. Essa tecnologia também tem permitido a avaliação de características patológicas de forma não invasiva. Além disso, é amplamente utilizada para estudar a organização funcional (Ressonância Magnética funcional – RMf) do cérebro humano, em que os registros de sinais neuronais são apresentados em resposta a estímulos magnéticos.

Assim, destaca-se por permitir a exploração de várias funções cerebrais em virtude da sua alta capacidade de diferenciar tecidos.

Existem vários métodos adicionais que podem ser usados para estudar a contribuição de redes corticais específicas para funções cognitivas e motoras. Por exemplo, TEP e RMf são capazes de revelar redes cerebrais envolvidas em funções específicas, no entanto, essas técnicas têm resolução temporal e não podem demonstrar se uma área cortical particular é essencial para uma função específica.

A habilidade motora melhora por meio do controle explícito que ocorre nos estágios iniciais de aprendizagem, alcançando um controle mais implícito ou automatizado nos estágios finais da aprendizagem do movimento.

Durante a fase inicial de aprendizagem por tentativa e erro, os sujeitos têm que descobrir o movimento correto.

Assim, o estabelecimento de uma associação sensório-motora arbitrária se faz necessária durante o aprendizado por tentativa e erro, que está intimamente relacionado a atenção, decisão e seleção de movimentos, processamento de feedback sensorial e memória de trabalho. Dessa maneira, quando os sujeitos descobrirem os movimentos corretos, o mapa de tradução sensório-motora é fixado.

Com a prática sensório-motora, os mapas se tornam mais fortes e são armazenados na memória de longo prazo.

As dicas visuais são transformadas com precisão e rapidez para a necessidade de resposta motora. Portanto, a ação pode ser realizada com processamento de feedback sensorial menos intensivo e em alta velocidade. Após a prática de longo prazo, movimentos se tornam automáticos e podem ser executados em alta velocidade e precisão, mesmo que os sujeitos não prestem atenção à ação.

Aprendizagem e memória

Aprendizagem e memória são processos correlatos capazes de sofrer modificações com base em estímulos ambientais. Do ponto de vista processual, não é possível separar o aprendizado da memória, nem é possível essa distinção dentro do circuito neural. Assim, o que foi aprendido estaria relacionado à memória, sendo a expressão da capacidade de recuperar informações adquiridas. Portanto, os dois processos têm uma relação íntima.

No sistema nervoso, aprender significa produzir uma referência básica por meio de padrões neurais construídos e incorporados por vários estágios entre o nascimento e a maturidade.

A aprendizagem e a memória são incorporadas ao longo da vida, o que nos permite nos preparar para uma situação de resposta a um estímulo vivenciado anteriormente.

Especificamente, Lashley desenvolveu um experimento que consiste em um labirinto onde dois grupos de ratos tiveram que encontrar a saída. Em um grupo, todos os ratos eram saudáveis e, apesar de algumas dificuldades iniciais, eles encontraram a saída. Com a repetição da tarefa, o grupo saudável aumentou a velocidade de execução, conseguindo sair do labirinto cada vez mais rápido, ao contrário do grupo com lesões cerebrais em diferentes partes do cérebro, que não evoluiu em nada. Lashley verificou que quanto maior a quantidade do tecido afetado, mais tempo demorava o animal para sair do labirinto, independentemente da localização da lesão.

Atualmente, já se sabe que Lashley interpretou mal seu experimento, uma vez que nem todas as áreas corticais contribuem da mesma forma para a memória. No entanto, suas descobertas foram extremamente importantes para a compreensão dos processos envolvidos no armazenamento de informações.

Em busca da descrição dos mecanismos mentais usados na memória, vários pesquisadores tentaram estabelecer uma sequência de processos.

Todo o processo mnemônico começa com a aquisição, que consiste na entrada de um evento no circuito neural ligado à memória. Geralmente, esses eventos são complexos, pois os sistemas de memória usam um processo de seleção e permitem apenas a aquisição de aspectos relevantes.

Aprendizagem associativa e não associativa

Como a memória, a aprendizagem não é um processo único e tem diferentes formas. Uma delas, considerada implícita, está associada com processos motores ou aprendizagem verbal, sem dependência de processos cognitivos.

As formas de aprendizagem implícita podem ser associativas ou não associativas.

Em experimentos realizados com moluscos, é possível observar mecanismos sensoriais associados à memória. Em particular, a aplicação de estímulos com borrifadas de água repetidamente no molusco produziu uma quebra nos potenciais sinápticos disparados pelo neurônio sensorial em interneurônios e neurônios motores (habituação). Esse fenômeno foi considerado como sendo o resultado da quebra do nível de glutamato liberado pela terminação pré-sináptica e capacidade reduzida das vesículas pré-sinápticas.

Em outras palavras, facilitar o funcionamento dos neurônios melhora a liberação de transmissores nas sinapses de terminações de neurônios sensoriais.

Já a aprendizagem associativa é caracterizada por associações entre atos. Sendo assim, podemos diferenciar entre dois tipos de aprendizagem associativa:

Está implícito nessa interpretação que o resto do SNC continua funcionando, no entanto, com alguns déficit. Se o SNC fosse composto de um tipo simples de fiação de central telefônica, então essa seria uma visão razoável. Porém, esse não é o caso.

Parece que pelo menos parte do quadro clínico de uma lesão não é devido à lesão em si, mas à maneira pela qual o SNC intacto (ou seja, não lesionado) altera como uma resposta à lesão, ou seja, em como o SNC se reorganiza após uma lesão. Em suma, sob certas condições, uma lesão no SNC pode induzir células nervosas intactas e seus axônios a fazerem sinapses com áreas que perderam suas aferências normais após a lesão.

Esse rearranjo de conexões é talvez um dos mecanismos mais importantes subjacentes à recuperação da função e tem grandes implicações, visto que, claramente, no SNC alterado, as vias que estavam relativamente sem uso ou pouco usadas agora se tornarão eficazes.

No entanto, essa conectividade alterada também pode ser responsável por deficit permanente e comprometimento da função. No local da lesão, uma sequência bem conhecida de eventos acontece. Embora se fale muito no local da lesão no SNC, a visão geral é que um pequeno número de axônios possa regenerar-se após a lesão. Alguma recuperação funcional pode ser devido à recuperação de células nervosas parcialmente danificadas e por remielinização.

Alterações no mapa cortical após lesões e recuperação da função

As doenças neurológicas são uma das principais fontes de incapacidade e mortalidade no mundo. Algumas das mais significativas incluem acidente vascular encefálico (AVE), esclerose múltipla, traumatismo crânio encefálico e lesão medular. Em todos esses casos, e em muitos outros, o processo da doença pode causar diversos deficit sensório-motores, com uma melhora espontânea ocorrendo apenas meses depois. No entanto, essa melhora é muitas vezes insuficiente para restaurar a função satisfatoriamente e tem levado muitos pesquisadores e clínicos a buscar métodos pelos quais a melhoria pode ser acelerada e maximizada.

A recuperação metabólica dos neurônios provavelmente ocorrerá ao longo de alguns dias, portanto, muito da recuperação que é vista após esse período de dias é provável que represente um dos dois últimos mecanismos.

Mais recentemente, processos complementares foram descobertos, mostrando que eles mantêm a atividade neuronal em face da alteração da atividade sináptica.

Esses mecanismos homeostáticos têm o potencial de restaurar a função neuronal, mesmo quando uma grande parte da entrada sináptica é perdida. Esses mecanismos são susceptíveis de reverter o fenômeno de diásquise, ou perda da função neuronal devido à desaferentação parcial. No entanto, a contribuição da diásquise para os deficit sensório-motores ainda é pouco clara.

Um exemplo mais prático de mudanças ocorridas no mapa cortical ocorre em indivíduos amputados. Geralmente, as mudanças corporais nesses indivíduos fazem com que o membro fantasma mantenha uma relação natural com o coto.

Em outros experimentos, o médico neurologista Vilayanur Ramachandran, usando uma caixa de espelho, proporcionou a indivíduos amputados a movimentação de seus dedos fantasmas imóveis por meio de imagem espelhada de sua própria mão normal em movimento, quando o membro fantasma foi sobreposto visualmente. Em outro experimento, Ramachandran, também usando a caixa de espelho, aplicou estímulos sensoriais à mão normal de um indivíduo, enquanto o mesmo observava pelo espelho, sentindo as sensações no mesmo lugar no membro fantasma.

Esses resultados sugerem que há uma quantidade considerável de plasticidade latente no cérebro adulto, com caminhos ligando os dois hemisférios, emergindo rapidamente (BEAR et al., 2008).

Investigação funcional da recuperação após lesão cerebral

A maioria das pessoas que sobrevive a um acidente vascular, por exemplo, experimenta alguma recuperação motora, funções sensoriais e/ou cognitivas nos meses seguintes. Acredita-se que essa recuperação funcional é o efeito de alguma forma de reorganização do sistema nervoso central que ocorre após o dano cerebral.

Desde os primórdios da neurologia, o estudo da relação entre anatomia e função sempre esteve presente e gerou conflitos. Apesar do surgimento de diversas teorias, muitas delas errôneas e generalistas, atualmente sabe-se que o cérebro de fato apresenta relações com diversas áreas corporais distribuídas em diferentes pontos do cérebro, principalmente para as atividades motoras e sensitivas. Desse modo, o córtex tem uma representação detalhada e organizada de toda a superfície corporal, assim como do campo visual, no caso dos sistemas sensoriais.

Há também vias divergentes de uma única área para diversos músculos e muitas interconexões horizontais entre sub-regiões da M1, indicando uma complexa interação para a realização de movimentos multiarticulares ou multissegmentares, como a estabilização proximal de um braço para o sucesso de uma atividade independente de um dedo da mão.

Esses elementos são uma peça importante para a plasticidade neural. Diferentes áreas representativas para uma mesma função motora podem servir como uma via substituta de outra área lesionada, dando maior flexibilidade às readaptações.

O termo plasticidade cerebral abrange os possíveis mecanismos de reorganização neuronal como: o recrutamento de vias funcionalmente homólogas, mas anatomicamente distintas das áreas lesionadas, sinaptogênese, arborização dendrítica e ativação de áreas secundárias vistas no desmascaramento, ou seja, conexões que sob circunstâncias normais são pouco utilizadas, mas respondem fortemente após a lesão cerebral, refletindo uma redundância nas conexões corticais.

Há ainda dúvidas quanto aos efeitos da lesão ao hemisfério cerebral contralateral na recuperação motora. Em geral, na fase aguda há uma diminuição da responsividade do hemisfério lesionado e um aumento da atividade no hemisfério contralateral à lesão – e esta atividade é maior nos pacientes com maior comprometimento motor.

Estudos realizados com pacientes que sofreram hemisferectomia demonstram que esses indivíduos experimentam algum grau de recuperação, sendo que a estimulação cortical do hemisfério remanescente induziu potenciais motores em ambos nos músculos deltoides e bíceps esquerdo e direito.

Já em outros estudos a atividade do hemisfério não lesionado não foi relacionada com a melhora da função motora contralateral e ainda pode atuar de forma inibitória no hemisfério contralateral, por meio de modulação por neurônios GABAérgicos, reduzindo a excitabilidade cortical. Em pacientes com hemiparesia após AVE, essa forma de inibição recíproca pode ser um obstáculo para o hemisfério lesionado, sendo essa inibição mais evidente nos indivíduos com maior incapacidade motora.

Esses achados indicam que pacientes que demonstram recuperação relacionada ao hemisfério lesionado têm melhor prognóstico que aqueles em que a possível recuperação se dá pelo hemisfério não lesionado, e quanto maior for a simetria da distribuição funcional após lesão de um hemisfério, melhor o prognóstico.

O processo de aprendizado motor é extremamente dependente da frequência de experimentação ou prática de uma tarefa. Em indivíduos normais, alterações corticais transitórias podem ser vistas em poucas horas de treino repetitivo, como determinado movimento de um dedo, por exemplo, resultando no aumento de sua área cortical representativa.

Alguns estudos demonstram um aumento da área cerebral de representação motora imediatamente após uma sessão de fisioterapia em pacientes que foram acometidos por AVE e, no dia seguinte à intervenção, a área diminuiu novamente.

A reorganização de longo prazo necessita de um maior período de treinamento, por exemplo, quatro semanas, com suas mudanças persistindo por vários meses. Em pacientes com AVE subcortical, o treino intensivo durante três semanas aumenta a ativação dos córtices M1 e S1 no hemisfério lesionado, comparado com os tratamentos padrão.

Essas mudanças são principalmente mediadas por glutamato, sendo que o aumento da excitabilidade do hemisfério contralateral e de regiões ao redor de uma área que sofreu isquemia pode ser resultado da diminuição da atividade inibitória GABAérgica e de alterações neuroprotetoras relacionadas ao pré-condicionamento isquêmico, que pode aumentar a susceptibilidade de mudanças adaptativas relacionadas à recuperação de funções corticais vista em estudos de RMf e TEP.

Com relação à recuperação, o feedback proprioceptivo é extremamente positivo durante o processo. A realização de movimentos passivos induz, em indivíduos normais, uma ativação sensório-motora semelhante ao movimento voluntário, com exceção de áreas no giro do cíngulo e nos núcleos da base, e induzem uma reorganização cortical após algumas semanas de realização.

A resposta motora também poder ser facilitada pelo treino mental de movimentos não acompanhados de movimento, a chamada prática mental (PM).

A PM consiste em um método de treinamento pelo qual a reprodução interna de determinado ato motor (simulação mental) é repetida extensivamente com a intenção de promover a aprendizagem ou melhoria das habilidades motoras. Essa simulação mental (imagens motoras) corresponde a um estado dinâmico durante a execução de uma ação específica, reativado internamente na memória de trabalho na ausência de qualquer movimento.

A PM resulta de um acesso consciente à intenção motora, que geralmente é realizada inconscientemente durante a preparação motora, estabelecendo uma relação entre eventos motores e percepções cognitivas. Tal técnica é muito utilizada no treinamento esportivo de alta performance, mas também pode ser utilizado nos pacientes com deficit na movimentação.

A PM aplicada sozinha alcança resultados menos interessantes do que a reabilitação motora isolada em pacientes que foram acometidos por AVE. No entanto, a combinação de ambas as técnicas (PM e reabilitação motora) mostrou-se mais eficaz do que as duas técnicas aplicadas sozinhas.

A prática mental representa uma abordagem interessante para a reabilitação motora de pacientes pós-AVE em todos os estágios da recuperação:

Ao contrário das terapias motoras ativas e passivas, a PM, em princípio, não depende da função residual.