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Material original Prof. Dr. Christian Haag Kristensen PPG-PSICOLOGIA Neurociência Cognitiva: Fundamentos Profa. Dra. Adriane Arteche

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Material original Prof. Dr. Christian Haag Kristensen

PPG-PSICOLOGIA

Neurociência Cognitiva:

Fundamentos

Profa. Dra. Adriane Arteche

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Plano Apresentação

A natureza das relações mente-cérebro

Principais divisões do sistema nervoso

Unidade funcional do sistema nervoso

Estrutura e função

Organização hierárquica do SNC

Fases do neurodesenvolvimento

Princípios centrais do neurodesenvolvimento

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Filosofia da Mente

Posições distintas em relação ao estudo da

consciência:

Dualismo

Materialismo

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René Descartes (1596-1650) e o dualismo mente-corpo:

o corpo apresenta extensão no espaço (materialidade)

enquanto a mente não tem extensão nem substância;

Embora distintos, mente e corpo se influenciam

mutuamente, pois interagem dentro do organismo

humano (sede: glândula pineal).

Filosofia: Dualismo

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The Pineal Gland. Sagittal section of brain, view from the left, the surface of the medial half of the right side is seen. Source:

Professor Dr. Carl Ernest Bock, Handbuch der Anatomie des Menschen, Leipzig 1841.

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Descartes

associou o movimento involuntário dos autômatos

aos movimentos corporais sem intenção consciente

(undulatio reflexa); sendo considerado o autor da

teoria da ação reflexa, que é a idéia precursora da

psicologia comportamental do estímulo-resposta (S-

R).

Filosofia: Dualismo

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Filosofia: Materialismo

É possível estudarmos a mente ao estudarmos o

cérebro;

Acesso a um componente objetivo e mensurável da

mente;

É a atividade dos neurônios no cérebro que produz os

conteúdos da consciência;

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Perspectivas Históricas

Sigmund Freud (1856-1939)

1891 - On Aphasia

1900 - “Interpretação dos sonhos” Modelo do aparelho psíquico em dois sistemas o perceptivo e o motor; entre ambos haveria uma quantidade (quantum) de energia psíquica que circularia de um sistema para outro pelos traços mnêmicos.

1915 - 2º modelo teórico no qual dividiu o aparelho psíquico em três sistemas mentais: Inconsciente (Ics); Pré-Consciente (Pcs) e Consciente (Cs) (primeira tópica).

1923 - Nova hipótese acerca do aparelho psíquico - a hipótese estrutural - que divide aquele em três estruturas ou instâncias psíquicas às quais denominou ID; EGO e SUPEREGO (segunda tópica).

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Perspectivas Históricas

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Perspectivas Históricas

Parece ser uma ironia da história que Jean Piaget e Sigmund Freud, dois dos principais teóricos na psicologia infantil deste século, tiveram uma orientação biológica e mesmo assim acabaram por desenvolver teorias do desenvolvimento que praticamente ignoraram a noção de crescimento e maturação do sistema nervoso central (Segalowitz & Rose-Krasnor, 1992).

Sobretudo foi um assunto de conveniência. Não era possível apreender algo útil sobre a mente (...) utilizando os métodos neurocientíficos disponíveis naquela época.

A neurociência não podia penetrar nos mistérios da personalidade, da motivação, das emoções (...) e por tanto pareceu a Freud que a maneira mais útil para estudar, compreender e tratar as desordens do sujeito humano era desde uma perspectiva psicológica pura (Solms & Turnbull, 2004).

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Avanços

Entretanto, essa falta de informação sobre o SNC

mudou dramaticamente nas últimas décadas:

Neurociências;

Estudos empíricos demonstrando que o aprendizado é

acompanhado por modificações da eficácia das conexões

neurais, levando a uma reformulação de conceitos sobre a

interação entre processos ambientais e biológicos na

determinação de padrões de comportamento (Kandel,

1997).

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Avanços

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Avanços

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Avanços

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Níveis de Análise em Neurociências (Bear et al., 2002)

Neurociências Moleculares Mensageiros auxiliam comunicação neuronal

Neurociências Celulares Neurônios

Neurociências de Sistemas Circuitos neurais (sistema visual)

Neurociências Comportamentais Psicofarmacologia

Neurociências Cognitivas Consciência, linguagem

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Sistema Nervoso

Sistema nervoso periférico:

Composto por grupos de neurônios chamados de

gânglios e nervos periféricos;

Sistema nervoso central:

Encéfalo e medula espinhal;

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Sistema nervoso periférico

Somático: Informações sensitivas: posição dos músculos e

membros e informações sobre ambiente externo;

Neurônios sensoriais da raiz dorsal e gânglios cranianos que inervam pele, músculos e articulações;

Vegetativo (Visceral/Autônomo): SN simpático: resposta do corpo ao estresse;

SN parassimpático: conservação de recursos do corpo e restauração do equilíbrio do estado de repouso;

SN entérico: controle da função dos músculos lisos do intestino;

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Sistema Nervoso Autônomo

Os neurônios pré-ganglionares do

sistema simpático emergem dos

segmentos tóraco-lombares (da região

do peito e logo abaixo), ao passo que

os do sistema parassimpático

emergem dos segmentos céfalo-

sacrais (da região da cabeça e logo

acima dos glúteos).

Texto: http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_nervoso_aut%C3%B4nomo

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Sistema nervoso central (Kandel, 1997)

1. Medula espinhal

2. Bulbo

3. Ponte

4. Cerebelo

5. Mesencéfalo

6. Diencéfalo

7. Hemisférios cerebrais

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Lobos Cerebrais e Ínsula

Lobo parietal

Lobo occipital

Lobo temporal

Lobo frontal

Ínsula limita e separa os

lobos temporal e frontal

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Córtices sensoriais, motores e áreas associativas

corticais Córtex motor primário (BA 4)

Córtex somatossensorial (BA 3, 1, 2)

Córtex parietal posterior (BA 5, 7)

Córtex visual (BA 17, 18, 19)

Córtex auditivo (BA 41, 42)

Córtex temporal inferior (BA 20, 21, 37)

Córtex pré-frontal

Área pré-motora (BA 6)

Área motora suplementar (BA 6)

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Estruturas do Tronco Encefálico

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Sistema Límbico

The limbic system includes many structures in the cerebral cortex and sub-cortex of the brain. The term has been used within

psychiatry and neurology, although its exact role and definition has been revised considerably since the term was introduced.

Involved in signaling the cortex of motivationally significant

stimuli such as those related to reward and fear in addition

to social functions such as mating

Plays a role in the formation of

spatial memory and is part of the

hippocampus

formation of

memory

Autonomic functions regulating

heart rate, blood pressure and

cognitive and attentional

processing

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Unidade funcional

Sistema nervoso contém duas

classes de células: células neurais

(neurônios) e células da glia;

Neurônio:

Corpo celular (soma): centro

metabólico da célula, contém o

núcleo (genes);

Dendritos: recepção sináptica;

Axônio: condução de sinais

elétricos (potenciais de ação);

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Sinapses químicas e neurotransmissão

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Sinapses químicas e neurotransmissão a célula pré-sináptica (célula transmissora)

produz serotonina (5-hidroxitriptamina, 5HT)

através do aminoácido triptofano e a armazena

em vesículas nas suas terminações;

um potencial de ação é transmitido pela célula

pré-sináptica em direção às suas extremidades;

o potencial de ação estimula as vesículas que

contêm a serotonina para se unir à membrana

celular e depositar a serotonina na fenda

sináptica;

a serotonina passa pela fenda sináptica, se junta

com proteínas especiais chamadas receptoras na

membrana da célula pós-sináptica (célula

receptora) e estabelece uma despolarização na

célula pós-sináptica. Se as despolarizações

atingirem um nível crítico, um novo potencial de

ação será propagado naquela célula. Alguns

neurotransmissores fazem com que a célula pós-

sináptica fique hiperpolarizada (o potencial de

membrana fica mais negativo, o que inibe a

formação de potenciais de ação na célula pós-

sináptica). A serotonina se encaixa em seu

receptor como uma chave na fechadura;

Fonte: http://saude.hsw.uol.com.br/nervo5.htm

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Sinapses químicas e neurotransmissão as moléculas de serotonina que restaram na

fenda e aquelas que foram liberadas pelos

receptores depois do uso são destruídas por

enzimas na fenda (monoamina-oxidase (MAO),

catecol-O-metiltransferase (COMT)). Algumas

são absorvidas por transportadores específicos

na célula pré-sináptica (recaptação). Na célula

pré-sináptica, as enzimas MAO e COMT

destroem as moléculas de serotonina absorvidas.

Isso permite que o impulso nervoso seja

"desligado" e prepara a sinapse para receber

outro potencial de ação;

existem vários tipos de neurotransmissores além

da serotonina, inclusive acetilcolina,

norepinefrina, dopamina e ácido gama-

aminobutírico (GABA). Qualquer neurônio produz

apenas um tipo de neurotransmissor. Qualquer

célula nervosa pode ter sinapses através de

neurônios excitatórios e inibitórios pré-sinápticos.

Dessa maneira, o sistema nervoso pode "ligar" e

"desligar" várias células (e subseqüentes vias

neurais). Por fim, as células nervosas realizam

sinapse com as células executoras (músculos,

glândulas, etc.) para provocar ou inibir reações.

Fonte: http://saude.hsw.uol.com.br/nervo5.htm

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Sinapses e neurotransmissão

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Estrutura e função

Co-evolução entre estrutura e função:

Complexidade funcional relacionada a uma organização estrutural hierárquica;

Inicia com áreas do tronco encefálico (funções regulatórias) até áreas do neocórtex (funções complexas);

Em cada uma das muitas áreas do encéfalo estão sistemas neurais que mediam nossas funções.

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Organização hierárquica do encéfalo

humano

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Neurodesenvolvimento

100 bilhões de neurônios e dez vezes mais células da glia, todos interconectados por trilhões de conexões sinápticas, comunicando-se em um dinâmico processo de atividade neuroquímica.

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Mecanismos de neurodesenvolvimento (Perry, 2000)

Neurogênese

Migração

Diferenciação

Apoptose

Arborização

Sinaptogênese

Escultura sináptica

Mielinização

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Neurogênese

Nascimento de novos neurônios;

Maior parte ocorre no útero durante o segundo e terceiro trimestre;

Indícios de neurogênese ao longo da vida adulta no hipocampo e córtex pré-frontal (Eriksson et al., 1998; Gould et al., 1999);

Ao nascimento, mais de 100 bilhões de neurônios estão presentes, mas ainda não funcionalmente organizados;

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Migração

Movimento dos neurônios em desenvolvimento;

Geralmente guiado pelas células da glia e

marcadores químicos;

Interação de fatores genéticos e ambientais na

localização dos neurônios;

Isultos pré e perinatais: infecções, anóxia, e drogas

vão alterar a migração e ocasionar profundo

impacto na funcionalidade;

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Diferenciação

Maturação dos neurônios;

Resultado do padrão, intensidade e temporalidade

de vários sinalizadores microambientais que

ligam/desligam genes;

Quanto mais diferenciado o neurônio, mais sensitivo

se torna aos sinais ambientais (experiência), muitos

dos quais são mediados pelos padrões de atividade

neuronal nas redes neurais nas quais eles residem;

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Apoptose

Alguns neurônios em desenvolvimento morrem;

Aqueles neurônios “redundantes” que não se integram a uma rede neural ativa são eliminados (Kuan et al., 2000);

Indica uma enorme flexibilidade presente no cérebro humano, relacionada às demandas ambientais e necessidades potenciais do indivíduo;

Princípio geral de dependência da atividade (importante para aprendizado, memória e desenvolvimento);

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Arborização

A medida que os neurônios se diferenciam, emitem

extensões de seu corpo celular (dendritos

envolvidos na recepção);

O processo de arborização é dependente da

atividade: a densidade da arborização está

relacionada à complexidade e à atividade neural

recebida que, por sua vez, depende da atividade e

complexidade do ambiente (Diamond et al., 1996);

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Sinaptogênese

Um dinâmico contínuo de neurotransmissão sináptica regula a atividade e propriedade funcionais das cadeias de neurônios;

Essas conexões neurais não ocorrem por acaso, sendo guiadas por certos fatores de crescimento e moléculas de adesão celular;

Durante os oito primeiros meses de vida, existe um aumento de oito vezes na densidade sináptica enquanto os neurônios estabelecem conexões apropriadas (Huttenlocher, 1994);

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Escultura sináptica

A sinapse é uma estrutura dinâmica que se modifica de acordo com o nível de atividade pré-sináptica (criação de novas conexões sinápticas e reabsorção de

conexões não utilizadas);

Durante os primeiros oito meses após o nascimento, a taxa de criação é muito elevada;

No período entre o primeiro ano e a infância, a taxa de reabsorção de novas conexões é maior do que a taxa de criação de novas sinapses;

Na adolescência, ao menos na maioria das áreas corticais, esse processo chega a um equilíbrio;

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Mielinização

Células da glia especializadas envolvem os axônios criando uma transdução eletroquímica mais eficiente ao longo do neurônio;

Permite que uma rede neural funcione de maneira mais eficiente (índex de maturação funcional): Exemplo: caminhar depende da mielinização dos

neurônios na coluna espinhal para a regulação eficiente do funcionamento neuromotor;

Mielinização inicia no primeiro ano de vida e continua em muitas áreas-chave durante a infância e com um pico na adolescência em áreas corticais;

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Neurodesenvolvimento: princípios centrais

Aspectos gerais

Natureza e ambiente

Desenvolvimento seqüencial

Desenvolvimento dependente de atividade

Janelas no desenvolvimento

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Aspectos gerais (01)

Neurodesenvolvimento humano pré-natal é

muito similar ao de outros primatas;

Diferença maior é a geração de grande

quantidade de córtex cerebral e o período

desenvolvimental de alguns marcos

evolutivos;

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Aspectos gerais (02)

Cerebelo, hipocampo e córtex cerebral são

as estruturas do encéfalo que apresentam o

desenvolvimento pós-natal mais prolongado

em humanos;

Imaturidade do córtex cerebral é a maior

limitação para o funcionamento cognitivo em

crianças;

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Aspectos gerais (03)

O período de desenvolvimento cerebral pós-

natal mais extenso em humanos revela

períodos de desenvolvimento diferenciados

entre:

Diferentes regiões corticais;

Diferentes camadas do córtex;

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Aspectos gerais (04)

Regiões corticais não são intrinsicamente

pré-especificadas para sustentar classes

particulares de representações (como

reconhecimento de faces e processamento

da linguagem);

Relações entre desenvolvimento neural e

experiência são bidirecionais;

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Natureza e ambiente

Genes são desenhados para funcionar em um

ambiente e são expressos por sinalizadores

microambientais que, por sua vez, são influenciados

pela experiência do indivíduo;

Influências ambientais no tamanho do encéfalo:

Exposição a um ambiente enriquecido aumenta o tamanho do

encéfalo, mais notadamente, do neocórtex e principalmente,

do córtex occipital (observa-se redução de 35% em animais

criados em cativeiro; observa-se ainda diminuição na

densidade das células da glia e número de espinhos

dendríticos nos neurônios).

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Desenvolvimento seqüencial

O SNC se desenvolve em uma forma seqüencial e hierárquica;

Os processos neurodesenvolvimentais serão mais ativos em diferentes áreas do SNC em diferentes períodos e vão necessitar (períodos críticos) ou ser sensíveis (períodos sensitivos) às experiências organizadoras (e aos sinalizadores neurotróficos relacionados a essas experiências);

Neurotrofina: membro de uma família dos fatores tróficos neurais (moléculas que promovem a sobrevivência celular), incluindo os fatores de crescimento do nervo (NGF) e neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) (Bear et al., 2002)

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Desenvolvimento dependente de atividade

No SNC em desenvolvimento, sistemas neurais

indiferenciados são criticamente dependentes de

conjuntos de sinalizadores ambientais e

microambientais para a organização de suas formas

imaturas;

Falta ou disrupção desses sinalizadores críticos pode alterar

processos de neurogênese, migração, diferenciação e

sinaptogênese, prejudicando o neurodesenvolvimento e

diminuindo as capacidades funcionais de determinados

sistemas neurais;

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Desenvolvimento dependente de atividade

A quantidade, padrão de atividade e natureza

desses fatores neuroquímicos e neurotróficos

dependem da presença e da natureza da

experiência sensória total do organismo;

O grau de disrupção está relacionado com a taxa

de modificação em um determinado sistema

neural;

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Janelas de oportunidade e vulnerabilidade

A mesma sensitividade no neurodesenvolvimento

que permite grandes avanços em resposta a

experiências predizíveis, nutritivas e enriquecedoras

coloca a criança em desenvolvimento em uma

situação vulnerável a experiências adversas;

O período sensitivo para um sistema neural (e

funções por ele mediadas) será quando este

sistema estiver mais ativamente se organizando;

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Lesões e neurodesenvolvimento

Efeitos da idade (divisões críticas):

0-1 ano: prejuízos mais severos;

1-5 anos: permitem reorganização funcional,

incluindo substituição de funções lingüísticas;

5 ou mais anos: pouca substituição de

funções;