Bases do Cérebro: A Vida e a Morte de um Neurónio
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Introdução
A Arquitectura do Neurónio
Nascimento
Migração
Diferenciação
Morte
Espera Através de Pesquisa
Introdução
Ate recentemente, a maioria dos neurocientistas pensavam que tínhamos nascido com todos os neurónios que íamos ter. Como crianças, poderíamos produzir alguns novos neurônios para ajudar a construir os caminhos – chamados circuitos neurais – que atuam como auto-estradas de informação entre diferentes áreas do cérebro. Mas os cientistas acreditavam que uma vez que um circuito neural estivesse no lugar, adicionar quaisquer novos neurônios interromperia o fluxo de informação e incapacitaria o sistema de comunicação do cérebro.
Em 1962, o cientista Joseph Altman desafiou esta crença quando viu evidência de neurogênese (o nascimento dos neurônios) em uma região do cérebro do rato adulto chamado hipocampo. Mais tarde ele relatou que os neurônios recém-nascidos migraram de seu local de nascimento no hipocampo para outras partes do cérebro. Em 1979, outro cientista, Michael Kaplan, confirmou as descobertas de Altman no cérebro de rato, e em 1983 ele encontrou células precursoras neuronais no cérebro de um macaco adulto.
Essas descobertas sobre a neurogênese no cérebro adulto foram surpreendentes para outros pesquisadores que não achavam que elas pudessem ser verdadeiras em humanos. Mas no início dos anos 80, um cientista tentando entender como as aves aprendem a cantar sugeriu que os neurocientistas olhassem novamente para a neurogênese no cérebro adulto e começassem a ver como isso poderia fazer sentido. Em uma série de experimentos, Fernando Nottebohm e sua equipe de pesquisa mostraram que o número de neurônios nos antebraços dos canários masculinos aumentou drasticamente durante a época de acasalamento. Esta foi a mesma época em que as aves tiveram que aprender novos cantos para atrair as fêmeas.
Por que esses cérebros de aves adicionaram neurônios em um momento tão crítico no aprendizado? Nottebohm acreditava que era porque os neurônios frescos ajudavam a armazenar novos padrões de canto dentro dos circuitos neurais do cérebro, a área do cérebro que controla os comportamentos complexos. Esses novos neurônios tornaram o aprendizado possível. Se as aves fizeram novos neurônios para ajudá-los a lembrar e aprender, Nottebohm pensou que os cérebros dos mamíferos também poderiam.
Outros cientistas acreditavam que estas descobertas não poderiam se aplicar aos mamíferos, mas Elizabeth Gould mais tarde encontrou evidência de neurônios recém-nascidos em uma área distinta do cérebro em macacos, e Fred Gage e Peter Eriksson mostraram que o cérebro humano adulto produziu novos neurônios em uma área similar.
Para alguns neurocientistas, a neurogênese no cérebro adulto ainda é uma teoria não comprovada. Mas outros pensam que a evidência oferece possibilidades intrigantes sobre o papel dos neurônios gerados em adultos na aprendizagem e memória.
A Arquitetura do Neurônio
O sistema nervoso central (que inclui o cérebro e a medula espinhal) é composto de dois tipos básicos de células: neurônios (1) e glia (4) & (6). A glia supera em número os neurônios em algumas partes do cérebro, mas os neurônios são os principais jogadores no cérebro.
Neurônios são mensageiros de informação. Eles usam impulsos elétricos e sinais químicos para transmitir informação entre diferentes áreas do cérebro, e entre o cérebro e o resto do sistema nervoso. Tudo o que pensamos e sentimos e fazemos seria impossível sem o trabalho dos neurônios e suas células de suporte, as células gliais chamadas astrocitos (4) e oligodendrócitos (6).
Neurônios têm três partes básicas: um corpo celular e duas extensões chamadas axônio (5) e um dendrito (3). Dentro do corpo da célula há um núcleo (2), que controla as atividades da célula e contém o material genético da célula. O axônio parece uma cauda longa e transmite mensagens a partir da célula. Os dendritos parecem-se com os ramos de uma árvore e recebem mensagens para a célula. Os neurônios comunicam-se uns com os outros enviando produtos químicos, chamados neurotransmissores, através de um espaço minúsculo, chamado sinapse, entre os axônios e dendritos dos neurônios adjacentes.
Existem três classes de neurônios:
- Neurônios sensoriais transportam informações dos órgãos dos sentidos (como os olhos e ouvidos) para o cérebro.
- Neurónios motores controlam a actividade muscular voluntária, tal como falar e transportam mensagens das células nervosas do cérebro para os músculos.
- Todos os outros neurónios são chamados interneurónios.
Os cientistas pensam que os neurónios são o tipo de célula mais diversificado do corpo. Dentro dessas três classes de neurônios estão centenas de tipos diferentes, cada um com habilidades específicas de carregar mensagens.
Como esses neurônios se comunicam uns com os outros fazendo conexões é o que torna cada um de nós único em como pensamos, e sentimos, e agimos.
Nascimento
O grau em que novos neurônios são gerados no cérebro é um assunto controverso entre neurocientistas. Embora a maioria dos neurônios já esteja presente em nosso cérebro quando nascemos, há evidências que sustentam que a neurogênese (a palavra científica para o nascimento de neurônios) é um processo vitalício.
Neurônios nascem em áreas do cérebro que são ricas em concentrações de células precursoras neuronais (também chamadas de células-tronco neurais). Estas células têm o potencial de gerar a maioria, se não todas, dos diferentes tipos de neurônios e glia encontrados no cérebro.
Neuroscientistas observaram como as células precursoras neuronais se comportam no laboratório. Embora isto possa não ser exatamente como estas células se comportam quando estão no cérebro, nos dá informações sobre como elas podem estar se comportando quando estão no ambiente do cérebro.
A ciência das células-tronco ainda é muito nova, e pode mudar com descobertas adicionais, mas os pesquisadores aprenderam o suficiente para serem capazes de descrever como as células-tronco neurais geram as outras células do cérebro. Chamam-lhe uma linhagem de célula estaminal e é semelhante em princípio a uma árvore genealógica.
As células estaminais neurais aumentam dividindo-se em duas e produzindo ou duas novas células estaminais, ou duas células progenitoras precoces, ou uma de cada uma.
Quando uma célula estaminal se divide para produzir outra célula estaminal, diz-se que se auto-renova. Esta nova célula tem o potencial de produzir mais células-tronco.
Quando uma célula estaminal se divide para produzir uma célula progenitora precoce, diz-se que se diferencia. Diferenciação significa que a nova célula é mais especializada em forma e função. Uma célula progenitora precoce não tem o potencial de uma célula estaminal para produzir muitos tipos diferentes de células. Ela só pode fazer células em sua linhagem particular.
Células progenitoras precoces podem se auto-renovar ou ir em qualquer uma das duas formas. Um tipo dará origem a astrocitos. O outro tipo finalmente produzirá neurônios ou oligodendrócitos.
Migração
Após um neurônio nascer, ele tem que viajar para o lugar no cérebro onde fará seu trabalho.
Como um neurônio sabe para onde ir? O que o ajuda a chegar lá?
Os cientistas têm visto que os neurónios usam pelo menos dois métodos diferentes para viajar:
- Alguns neurónios migram seguindo as longas fibras das células chamadas glia radial. Essas fibras estendem-se das camadas internas para as externas do cérebro. Os neurônios deslizam ao longo das fibras até alcançarem seu destino.
- Neurônios também viajam usando sinais químicos. Os cientistas encontraram moléculas especiais na superfície dos neurônios — moléculas de adesão — que se ligam com moléculas similares em células gliais ou axônios nervosos próximos. Estes sinais químicos guiam o neurônio até sua localização final.
Nem todos os neurônios têm sucesso em sua viagem. Os cientistas pensam que apenas um terço chega ao seu destino. Algumas células morrem durante o processo de desenvolvimento neuronal.
Alguns neurônios sobrevivem à viagem, mas acabam onde não deveriam estar. Mutações nos genes que controlam a migração criam áreas de neurônios deslocados ou estranhamente formados que podem causar distúrbios como a epilepsia infantil. Alguns pesquisadores suspeitam que a esquizofrenia e a dislexia do distúrbio de aprendizagem são em parte o resultado de neurônios mal orientados.
Diferenciação
Quando um neurônio chega ao seu destino, ele tem que se instalar para trabalhar. Esta etapa final de diferenciação é a parte menos bem compreendida da neurogenese.
Os neurônios são responsáveis pelo transporte e captação de neurotransmissores – químicos que retransmitem informações entre células cerebrais.
Dependente de sua localização, um neurônio pode realizar o trabalho de um neurônio sensorial, um neurônio motor ou um interneurônio, enviando e recebendo neurotransmissores específicos.
No cérebro em desenvolvimento, um neurônio depende de sinais moleculares de outras células, tais como astrocitos, para determinar sua forma e localização, o tipo de transmissor que ele produz, e a que outros neurônios ele se conectará. Estas células recém nascidas estabelecem circuitos neurais – ou caminhos de informação conectando neurônios a neurônios – que estarão no lugar durante toda a vida adulta.
Mas no cérebro adulto, os circuitos neurais já estão desenvolvidos e os neurônios devem encontrar uma maneira de se encaixar. Quando um novo neurônio se instala, ele começa a se parecer com as células circundantes. Ele desenvolve um axônio e dendritos e começa a se comunicar com seus vizinhos.
Morte
Embora os neurônios sejam as células vivas mais longas do corpo, um grande número deles morre durante a migração e diferenciação.
As vidas de alguns neurônios podem tomar curvas anormais. Algumas doenças do cérebro são o resultado de mortes não naturais de neurônios.
– Na doença de Parkinson, neurônios que produzem o neurotransmissor dopamina morrem nos gânglios basais, uma área do cérebro que controla os movimentos do corpo. Isto causa dificuldade para iniciar o movimento.
– Na doença de Huntington, uma mutação genética causa a produção excessiva de um neurotransmissor chamado glutamato, que mata os neurônios nos gânglios basais. Como resultado, as pessoas torcem e escrevem incontrolavelmente.
– Na doença de Alzheimer, proteínas incomuns se acumulam dentro e ao redor dos neurônios no neocórtex e hipocampo, partes do cérebro que controlam a memória. Quando esses neurônios morrem, as pessoas perdem sua capacidade de lembrar e sua habilidade de fazer tarefas diárias. Os danos físicos no cérebro e outras partes do sistema nervoso central também podem matar ou incapacitar os neurônios.
– Golpes no cérebro, ou os danos causados por um derrame cerebral, podem matar os neurônios completamente ou lentamente matá-los de fome do oxigênio e nutrientes que eles precisam para sobreviver.
– Lesão da medula espinhal pode interromper a comunicação entre o cérebro e os músculos quando os neurônios perdem sua conexão com os axônios localizados abaixo do local da lesão. Estes neurônios podem ainda viver, mas perdem sua capacidade de comunicação.
Hope Through Research
Os cientistas esperam que ao entenderem mais sobre a vida e morte dos neurônios eles possam desenvolver novos tratamentos, e possivelmente até curas, para doenças e distúrbios cerebrais que afetam a vida de milhões de americanos.
As pesquisas mais atuais sugerem que as células-tronco neurais podem gerar muitos, se não todos, os diferentes tipos de neurônios encontrados no cérebro e no sistema nervoso. Aprender como manipular essas células-tronco no laboratório em tipos específicos de neurônios poderia produzir um novo suprimento de células cerebrais para substituir aquelas que morreram ou foram danificadas.
As terapias também poderiam ser criadas para aproveitar os fatores de crescimento e outros mecanismos de sinalização dentro do cérebro que dizem às células precursoras para fazer novos neurônios. Isso permitiria reparar, remodelar e renovar o cérebro a partir de dentro.
Para informações sobre outros distúrbios neurológicos ou programas de pesquisa financiados pelo National Institute of Neurological Disorders and Stroke, entre em contato com a Rede de Recursos Cerebral e Informação do Instituto (BRAIN) em:
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