“Numa montanha distante vive um desconhecido mas talentoso neurocirurgião, Akakhi Akakhievitch. Convencido de que ideias específicas estão localizadas em células específicas no cérebro, Akakhi decidiu encontrar aquelas que estão relacionadas com a “coisa” mais primordial na nossa memória: a nossa mãe. Depois de extenso trabalho laboratorial, este incrível cientista conseguiu localizar 18 mil neurónios unicamente responsáveis pela codificação do conceito “mãe” em todas as suas facetas (fotos, representações, vista de cima, de lado, na diagonal, …, caricaturas, abstracções, etc.). Quando estava a preparar o artigo científico a resumir as suas descobertas que de certo lhe iam granjear o Prémio Nobel, apareceu-lhe no seu gabinete Portnoy, um sujeito famoso por ter colocado a mãe em tribunal. Alguém que daria tudo para esquecer a sua mãe. Akakhi não poderia desejar maior sorte: conduziu Portnoy para a mesa de operações, enquanto lhe garantia que os seus problemas iriam desaparecer.

    Depois de localizar os 18 mil neurónios no cérebro de Portnoy, Akakhi extraiu-os com enorme precisão. Após uma rápida recuperação da operação, Akakhi entrevistou o paciente:

– Portnoy?
– Sim?
– Lembraste da tua mãe?
– Hun?
(Akakhi Akakhievitch mal consegue conter o entusiasmo. Deverá levar Portnoy consigo até Estocolmo?)
– Lembras-te do teu pai?
– Claro.
– Com quem era casado o teu pai?
– … – inexpressivamente, encolhe os ombros.
– Lembraste dos bolinhos que comias todas as quintas-feiras?
– Sim! Eram deliciosos!
– Quem é que os cozinhava?
– …
– Lembraste dos maus tratos que sofreste quando eras pequeno?
– Claro, como poderia esquecer?
– Quem é que te batia?
– …

    Akakhi continuou a fazer perguntas, mas o resultado foi invariavelmente o mesmo. Portnoy não tinha qualquer memória da sua mãe.

    Mais tarde, Akakhievitch continuou os seus estudos… desta vez dedicados… às “células avós”.”

    Esta é uma adaptação livre que fiz da história inventada por Lettvin em 1969, uma parábola criada para ilustrar o conceito da “célula avó” (grandmother cell).

    Uma “célula avó” é um neurónio hipotético que codifica uma informação associada a uma representação específica, por exemplo da nossa avó. Será que o nosso cérebro faz uso deste tipo de codificação de informação?

    O conceito da “célula avó” surgiu inicialmente com um outro nome: neurónio gnóstico (gnostic neuron). Gnóstico significa “aquele que sabe”, ou “que tem conhecimento de” (em antítese com “agnóstico”, que, no contexto religioso, indica alguém que assume desconhecer se Deus existe ou não). Os neurónios gnósticos foram sugeridos pelo neurofisiólogo polaco Jerzy Konorski em 1967 no seu livro “Integrative Activity of the Brain” (“Actividade Integrativa do Cérebro”). Konorski propôs a existência destes neurónios caracterizados por “responderem” a apenas estímulos extremamente específicos, como sejam faces, objectos, locais, etc...

    Como expliquei no artigo sobre o Cérebro, os neurónios são células que recebem/ emitem sinais electroquímicos de/ para outros neurónios. O conceito “avó” pode-nos ser apresentado de diversas formas, em diferentes “estímulos”: uma foto será um estímulo visual, enquanto que uma gravação de voz será um estímulo auditivo, por exemplo. O reconhecer de um estímulo implica a recordação, ou se preferirem, a “activação” de uma memória. Tratando-se de um estímulo visual, primeiro as células da retina respondem à luz incidente, e activam outras células, que por sua vez activam outras que conduzem a informação visual até ao cérebro. No cérebro a informação é “decomposta” nas unidades mais simples, o que significa que haverá células que só irão responder a certas características do estímulo presente. Esta é em princípio parte da forma como o cérebro “compreende” aquilo que os olhos vêem. Os neurónios gnósticos seriam então células altamente especializadas que só seriam activadas caso o estímulo presente tivesse as características que estas células representavam. A activação destas células implicaria que o cérebro tinha “reconhecido” no estímulo apresentado a memória codificada nessas células.

Jerzy Konorski (1903-1973), neurofisiólogo polaco. Trabalhou no laboratório de Ivan Pavlov e desenvolveu o conceito de condicionamento operante (ver Memória III). Além do conceito de neurónio gnóstico, também fundou as ideias iniciais sobre plasticidade sináptica (em paralelo com Donald Hebb).

    De onde terá surgido a ideia de Konorski? As suas ideias eram baseadas em três linhas de investigação: primeiro, Hubel e Wiesel tinham apresentado provas para a existência de uma hierarquia no processamento de informação sensorial (ver penúltimo parágrafo do artigo sobre a História do Cérebro); segundo, Karl Pribram e Mort Mishkin tinham estudado os efeitos cognitivos de lesões no córtex de macacos (certas lesões localizadas resultavam em perdas cognitivas específicas); terceiro, da sua experiência clínica, Konorski tinha conhecimento de vários tipos de agnosias em humanos (ver Memória II, onde falo sobre agnosias). Em particular, tinha conhecimento de que em muitos casos as agnosias podem ser bastante específicas, estando relacionadas com lesões em partes específicas do cérebro. Assim, os neurónios gnósticos constituiriam o limite dessa especificidade.

    No começo dos anos 70, as ideias de Konorski começaram a ser confirmadas experimentalmente. Charles Gross e colegas mostraram que existiam neurónios no córtex de macacos que respondiam selectivamente a mãos e faces. Já em finais do século XX, surgiram evidências de que existem células no hipocampo humano que são também altamente selectivas, respondendo apenas, por exemplo, a faces humanas.

    Contudo, não se encontraram ainda células que sejam tão selectivas que só respondam mesmo a uma só face, como as hipotéticas células avó. Mesmo as células mais selectivas respondem a uma variedade de faces. As células normalmente variam na sua resposta em função de vários aspectos das faces, o que sugere que haja uma especificação sobre o tipo de faces, ao invés de detectarem faces específicas. Portanto, a nossa avó é à partida codificada por um grupo de células especializadas em várias características que constituem a sua representação.

    Também é bom referir que embora exista esta alta especificidade em faces, o mesmo não acontece para outras “coisas”, ou outros animais (por exemplo, dois gatos com tamanho e cor semelhantes podem ser facilmente confundidos, ainda que tenham faces diferentes). É natural que assim seja visto que a capacidade de diferenciar faces humanas é algo de que necessitamos mais do que a capacidade de distinguir gatos. Além disto, a capacidade de distinguir entre faces (ou outras coisas) é algo que é aprendido pelo nosso cérebro. Se treinarmos a distinguir algo, eventualmente começaremos a conseguir encontrar com maior facilidade as diferenças. Note-se, por exemplo, que a nossa capacidade de distinguir faces é limitada àquelas que mais vezes observamos (a um chinês os portugueses podem parecer todos iguais, enquanto que  a um português os chineses podem parecer todos iguais…).

    A ideia de que as representações podem convergir no nosso cérebro para a actividade de células individuais é anterior às células avó. William James sugeriu o conceito de célula pontífice (ou pontifical) no livro Principles of Psychology (Princípios de Psicologia) em 1890, a qual seria uma célula que presidiria e definiria a nossa consciência. Ou seja, a actividade de todas as células convergiria para esta. Em 1972, Horace Barlow achou que o conceito de células avó não era adequado para representar os aspectos múltiplos de uma ideia abstracta, e por isso propôs que uma dada percepção seria representada por um pequeno número de células. Inspirado por James, chamou-as de células cardeais, visto que além de serem muitas células, tal como os cardeais estão abaixo na hierarquia em relação ao pontífice (papa).

    De qualquer forma, o nosso conhecimento sobre os mecanismos da memória é ainda muito deficiente. A procura pela cifra usada pelo cérebro para codificar a memória continua…

Diploma na parede: “Terapeuta do síndrome de falsas memórias.”
Paciente: “Tenho a certeza que lhe paguei adiantado, não foi?”

Marinho Lopes (colaborador do Ciência com Todos e doutor em Física pela U. de Aveiro) - texto primeiramente publicado no Blog do autor: Sophia of Nature.

Ver original em: https://sophiaofnature.wordpress.com/2015/08/21/celula-avo-a-historia-de-um-neuronio-especial/

    Neste artigo vou apresentar um breve resumo da História do nosso entendimento sobre a função e o funcionamento do cérebro, destacando os marcos científicos que ainda hoje são aceites. Nesta jornada será dada uma imagem global sobre os princípios básicos de organização e dinâmica cerebral.

Cláudio Galeno (conhecido por Galeno de Pérgamo) foi um médico e filósofo romano de origem grega (129 ~ 216 d.C.). É considerado o maior cientista em medicina da Antiguidade, cujo legado conduziu à criação da Anatomia, Fisiologia, Patologia, Farmacologia, e Neurologia. As suas teorias dominaram a Medicina até ao final da Idade Média.

    A História (conhecida) começa com o médico, cirurgião e filósofo Galeno de Pérgamo, que propôs que o cérebro controla o movimento do corpo. Como é claro, esta noção fundamental é hoje inquestionável. Contudo, Galeno propôs também que os nervos eram como que uns tubos que transportavam um fluído desde o cérebro e medula espinal até à periferia do corpo, uma interpretação errada que permaneceu até final do século XIX. Nesta altura, Camillo Golgi desenvolveu uma técnica para observar neurónios e a sua estrutura, com a qual Ramón y Cajal mostrou pela primeira vez que o tecido neuronal não era uma “rede” contínua, mas uma estrutura composta por neurónios bem individualizados (leia neste artigo sobre a estrutura e funcionamento dos neurónios, as células do sistema nervoso especializadas na recepção e envio de sinais electroquímicos). A ideia do fluído já tinha sido antes questionada por investigações fisiológicas feitas por Luigi Galvani no século XVIII. Galvani descobriu a bioelectricidade ao ter observado que um choque eléctrico induzido num nervo de uma rã, induzia uma contração da pata da rã (ver vídeo abaixo). Subsequentemente, já depois da descoberta de Cajal, Emil du Bois-Reymond, Johannes Muller, e Hermann von Helmholtz verificaram que um neurónio podia usar electricidade para controlar a actividade de outros neurónios adjacentes. Mais ainda: este controlo ocorria sempre da mesma forma, ou seja, o resultado de um estímulo eléctrico enviado por um neurónio para outros neurónios poderia ser previsto (tal como na experiência de Galvani). Assim, a ideia do fluído nervoso que permitia ao cérebro controlar o corpo foi substituída pela noção de que os nervos e o próprio cérebro eram constituídos por neurónios, onde um neurónio podia influenciar os neurónios aos quais estava ligado enviando estímulos eléctricos. Esta ideia permanece até aos dias de hoje, tendo-se agora um conhecimento muito mais aprofundado sobre a natureza dos sinais eletroquímicos com que os neurónios comunicam entre si.

Este vídeo representa a experiência original de Galvani.

    Uma outra linha de investigação sobre o cérebro centra-se no seu poder de abstracção e processamento de informação. A Psicologia é o estudo sobre os comportamentos dos humanos e dos animais. A sua História também tem origem na Filosofia Clássica, a qual na altura se preocupava apenas com a mente humana. A importância de estudar animais como modelos para compreender os comportamentos humanos só foi reconhecida após as contribuições de Charles Darwin sobre a continuidade das espécies na Evolução. (Note-se que do ponto de vista fisiológico, os animais já eram usados como modelos para estudar humanos desde Galeno, que para os seus estudos anatómicos dissecou animais, uma vez que no seu tempo era proibido dissecar humanos).

Franz Joseph Gall foi um médico e anatomista alemão (1758-1828). Foi um pioneiro na tentativa de localização de funções mentais no cérebro.

    No final do século XVIII, Franz Joseph Gall fez a conexão entre a Psicologia e a Neurobiologia. Este médico propôs três ideias radicais:

• Generalização da ideia de Galeno: o cérebro não só controla os movimentos do corpo, como é também o responsável por todos os comportamentos do sujeito. Trata-se actualmente dum princípio fundamental no nosso conhecimento sobre o cérebro.
• O Cérebro pode ser dividido em 35 órgãos, cada um responsável pelo controlo de um comportamento específico (esperança, imitação, generosidade, …, seriam atribuídas ao funcionamento de uma parte específica do cérebro; veja a imagem abaixo).
• Cada região do cérebro pode “crescer” com o uso, tal como um músculo.

Divisão de comportamentos humanos por regiões cerebrais de acordo com a proposta de Franz J. Gall. A ideia é incorrecta, mas conduziu a investigações no caminho certo.

    No começo do século XIX, Pierre Flourens testou experimentalmente a segunda ideia de Gall, e concluiu que todas as regiões do cérebro participavam em todos os comportamentos, em contraste com a ideia testada. (As experiências consistiram na remoção de certas regiões de cérebros de animais, de modo a tentar discernir a contribuição de cada uma no comportamento (ou ausência de comportamento) do animal.) Estas experiências de Flourens só vieram dar ainda mais força à já vigorosa reacção cultural contra as ideias de Gall, que rejeitava o reducionismo biológico da mente humana, em particular o facto destas ideias colocarem em causa a noção de alma.

    Porém, a meio do século XIX, J. Hughlings Jackson encontrou evidências a favor de uma organização interna cerebral, em contraste com as conclusões de Flourens. J. H. Jackson estudou epilepsia e descobriu que certas funções sensoriais e motoras poderiam ser rastreadas e atribuídas ao funcionamento de diferentes regiões no cérebro. Ainda no mesmo século, como antes referido, Ramón y Cajal identificou os neurónios como as unidades elementares do sistema nervoso. A partir daqui, um novo modelo sobre o funcionamento do cérebro começou a desenvolver-se e a adquirir cada vez mais evidências experimentais: os neurónios estão organizados em estruturas bem definidas e bem organizadas, cada uma responsável por uma função específica (como vamos ver de seguida). Este princípio de organização neuronal é diferente do que foi sugerido por Gall, pois cada grupo de neurónios ao invés de ser responsável por um comportamento, é antes responsável por uma função (processamento visual, controlo motor, memória, …, ver imagem abaixo). A razão pela qual este princípio estrutural não foi descoberto mais cedo deve-se ao facto do mesmo ocorrer numa forma de processamento paralelo. De facto, a maioria dos nossos comportamentos usa em simultâneo múltiplas áreas do cérebro. Além disso, quando uma área cerebral sofre algum tipo de dano, outras podem compensar de forma parcial. Assim, é natural que Flourens tenha tirado conclusões erradas dos seus estudos.

 Imagem simplificada do mapeamento de funções mentais no cérebro (de acordo com o conhecimento vigente).

    Pierre Paul Broca, médico e anatomista francês (1824-1880), foi o primeiro neurologista a conseguir localizar uma função específica numa localização particular do cérebro. Broca tinha um paciente que era capaz de compreender linguagem, mas incapaz de falar. Depois deste morrer, Paul Broca analisou o cérebro do indivíduo e localizou uma lesão numa área que é agora conhecida por Área de Broca (área no lobo frontal, no hemisfério esquerdo – ver terceira imagem no artigo Memória I). O estudo de outros pacientes com o mesmo problema confirmou a relação entre a lesão e a deficiência. Em 1864, Paul Broca anunciou a sua famosa frase: “Nós falamos com o hemisfério esquerdo!” (Na verdade, hoje sabe-se que o hemisfério direito também é importante, nomeadamente na expressão de emoção.) Na década seguinte, Karl Wernicke estudou pacientes com uma deficiência “oposta” àquela que o Paul Broca tinha estudado: os pacientes conseguiam comunicar, mas eram incapaz de compreender linguagem. Surpreendentemente, Wernicke encontrou uma lesão num sítio diferente do cérebro (Área de Wernicke). Com base nesta descoberta, Wernicke propôs a generalização de que o processamento de diferentes funções cerebrais seria feito de forma distribuída pelo cérebro. Todas as evidências subsequentes vieram confirmar esta ideia, e por isso a “teoria” de Flourens teve que ser abandonada (ainda que, como referi, contra uma forte reacção cultural a favor da noção de alma e, consequentemente, a favor de Flourens).

 Korbinian Brodmann, neurologista alemão (1868-1918), que ficou conhecido pela distinção de 52 áreas distintas no córtex cerebral (Áreas de Brodmann).

    Broca, Wernicke, e outros depois deles, continuaram a identificar regiões do cérebro de acordo com lesões. Korbinian Brodmann, no entanto, usou uma abordagem diferente. No começo do século XX, ele distinguiu 52 áreas no córtex cerebral humano (corresponde à “camada” externa do cérebro) usando o método da citoarquitectura. Este método introduzido por Brodmann consiste na divisão de áreas com base em variações na estrutura das células nervosas e em características da combinação destas células em camadas. O “mapa” do cérebro de Brodmann tem vindo a ser continuamente actualizado, e é ainda usado hoje em dia. De facto, as áreas anatómicas distinguidas por Brodmann estão em concordância com as distinções feitas através dos estudos de lesões, ou seja, estas áreas não são apenas diferentes do ponto de vista anatómico, como também o são do ponto de vista funcional. Por outras palavras, as áreas em que se pode dividir o cérebro podem ser distinguidas usando diferentes critérios. Investigações mais recentes têm mostrado que o cérebro pode na verdade ser dividido em muito mais que 52 áreas, havendo, além disso, subdivisões adicionais dentro de cada área (cuja função é ainda mais específica).

    Em 1958, David H. Hubel e Torsten N. Wiesel adicionaram uma peça chave a este puzzle (e por isso ganharam o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1981). Eles estudaram a actividade de neurónios no córtex visual primário de gatos anestesiados: apresentaram estímulos visuais aos olhos do animal, e mediram a actividade dos neurónios usando um eléctrodo inserido no cérebro do gato. Para sua surpresa, os neurónios pareciam não responder. Contudo, um dia notaram que os neurónios “davam sinal” sempre que eles trocavam o slide apresentado aos olhos do gato. Acabaram por compreender que os neurónios em causa respondiam a uma orientação específica de linhas no padrão de luz recebido. Uns neurónios respondiam apenas a linhas horizontais que estivessem no campo visual, outros a linhas verticais, e outros neurónios a outras orientações específicas. A partir daqui, estes e outros neurofisiologistas descobriram muitos outros conjuntos específicos de neurónios que só respondem a certos atributos, como direcção de movimento, cores específicas, e até uma maior especialização como objectos particulares, mãos, e caras (em regiões “superiores” do tecido neuronal, mais “distantes” dos sensores neuronais, nesta “via neuronal”). Dois princípios fundamentais emergiram: neurónios que respondem à mesma característica estão agrupados numa mesma área (de acordo com as descobertas de Broca e Wernicke, mas a um nível ainda mais especializado do que o que se julgava); e existe uma organização hierárquica de especialização pelo menos ao nível dos sistemas sensoriais (isto é, atributos sensoriais mais complexos são processados em regiões mais “distantes” dos receptores sensoriais). Por exemplo, no caso da visão, as primeiras células a processar informação visual distinguem basicamente pontos de luz. Seguindo a rede de ligações destas células, acabamos por encontrar os neurónios que Hubel e Wiesel estudaram, onde são processadas “linhas”. Continuando a seguir as ligações destas células, acabamos por chegar a células que já só respondem a faces humanas. Naturalmente, o processamento das faces humanas depende das linhas, tal como as linhas dependem dos pontos. Tem-se assim uma construção sequencial (e paralela para vários atributos) da informação visual que é recebida pelos olhos. Estes princípios de organização cerebral são gerais: tanto quanto se sabe, todos os sistemas sensoriais “fragmentam” a informação recebida em unidades elementares, havendo subsequentemente como que uma construção interna. Um problema fundamental em aberto é se existe ou não um grupo de neurónios no “final” que processa o resultado final dessa construção, ou se pelo contrário a nossa percepção emerge de todo esse processamento unitário paralelo. De qualquer das formas, regiões individuais do cérebro processam operações elementares e portanto capacidades mentais como o pensar, a memória, a percepção, e controlo de movimentos são o resultado de “computações” sequenciais e paralelas de muitas regiões cerebrais específicas. Curiosamente, nem mesmo a consciência é unitária. Roger Sperry e Michael Gazzaniga descobriram que quando o corpo caloso (trata-se de uma estrutura que liga os dois hemisférios do cérebro) é removido de um paciente como tratamento para epilepsia, a consciência é dividida em duas! No caso particular de um paciente, este ficou com duas consciências, uma localizada no hemisfério esquerdo, outra no hemisfério direito. Uma vez que o hemisfério esquerdo controla a parte direita do corpo, e o hemisfério direito controla a parte esquerda, Sperry e Gazzaniga observaram, por exemplo, o seu paciente a tentar vestir-se com uma mão, enquanto que com a outra tentava tirar a roupa!

    Deixo a História por aqui. Como é evidente, deixei muitas descobertas de fora, em particular no que diz respeito ao estudo dos neurotransmissores e dos genes envolvidos no funcionamento do cérebro, e que tem sido fundamental no desenvolvimento de novos tratamentos para inúmeras desordens neurológicas. Ficará eventualmente para artigos futuros.

 “Não tendo esquecido a experiência de Galvani, o que o sapo faria…”

Marinho Lopes (colaborador do Ciência com Todos e doutor em Física pela U. de Aveiro) - texto primeiramente publicado no Blog do autor: Sophia of Nature.

Ver original em: https://sophiaofnature.wordpress.com/2014/12/13/a-historia-do-cerebro/

    Na Parte I introduzi conceitos gerais sobre a memória, dando ênfase ao caso emblemático do paciente H.M.; na Parte II discuti em maior detalhe a memória explícita; e, finalmente, nesta Parte III vou debruçar-me sobre a memória implícita.

    Como referido na Parte I, a memória implícita não depende de esforço consciente para ser recordada: um tenista, por exemplo, não precisa de durante o jogo recordar-se como jogou nos treinos, para que a prática adquirida nos treinos se espelhe na sua forma de jogar. Essa “prática adquirida” é uma memória implícita. Este tipo de memória não pode ser expresso em palavras, sendo a sua existência antes verificável através da performance do indivíduo numa tarefa motora e/ou perceptual.

    Diferentes tipos de memória implícita são memorizados em diferentes partes do cérebro. Reflexos relacionados com reacções a situações que suscitem medo, por exemplo, estão associados a memórias “gravadas” na amígdala (ver penúltima figura da Parte I).

    A memória implícita tem sido estudada numa variedade de sistemas perceptuais e reflexivos em seres vertebrados e invertebrados. Estes últimos são particularmente importantes, pois o seu sistema neuronal é tipicamente muito mais simples e fácil de analisar experimentalmente.

    A memória implícita é dividida em duas classes principais: não associativa e associativa. No caso da não associativa, o indivíduo aprende algo sobre as propriedades de um dado estímulo, enquanto que na associativa, o sujeito recebe dois estímulos (ou mais) e aprende uma relação entre eles (ou alternativamente, o sujeito memoriza a relação entre um dado comportamento e um estímulo).

    Um tipo de aprendizagem não associativa é chamada de habituação, que todos nós já experimentámos em inúmeras situações. Quando ouvimos um ruído prolongado, por exemplo, ao princípio pode-nos incomodar, mas eventualmente acabamos por nos “habituar” a ele. Aprender a desprezar certos estímulos é uma capacidade extremamente importante, pois sem ela seríamos incapazes de nos “focar” em algo específico, o que resultaria numa incapacidade total de fazer qualquer tipo de tarefa. Os nossos sentidos estão constantemente a “bombardear” o cérebro com informação, muita dela redundante, pelo que é imperativo fazer uma selecção dinâmica desta. Naturalmente, muita da selecção é feita pelos próprios sistemas sensoriais, sem necessidade de recorrer à memória, pois os mesmos foram já “desenhados” (pela evolução) a reconhecerem os contrastes e descontinuidades e não aquilo que permanece constante no mundo que nos rodeia. É claro que há excepções e para essas existe um outro tipo de memória não associativa: sensitização, que é basicamente a capacidade que temos de nos tornarmos mais sensíveis depois de “alertados” por um dado estímulo. Neste caso, o estímulo tende a ser intenso ou nocivo. Por exemplo, antes de uma corrida é frequente ver-se os corredores a esbofetearem-se a si próprios, com a intenção de que a dor faça aumentar os níveis de atenção, de modo a estarem preparados a reagir mais depressa no momento em que for dado o sinal de partida. Como podem imaginar, a sensitização pode ser usada de modo a “apagar” memórias relacionadas com “habituação”, que conscientemente queremos perder, para optimizarmos a nossa performance numa dada tarefa.

    Existem outros tipos de memória não associativa mais complexos. Um exemplo é a aprendizagem por imitação, que é fundamental para, por exemplo, aprender a falar.

    A memória implícita associativa pode também ser dividida em dois tipos fundamentais: condicionamento clássico e condicionamento operante. O primeiro está relacionado com o aprender da relação entre dois estímulos, enquanto que o segundo concerne a relação entre um estímulo e um comportamento do animal.

    O condicionamento clássico é também conhecido por condicionamento pavloviano, porque foi primeiramente estudado pelo fisiólogo russo Ivan Pavlov na década de 1920. Pavlov andava a estudar a salivação dos cães, quando reparou em algo curioso: os cães eram capazes de “adivinhar” que vinha lá comida. Por exemplo, quando ouviam os passos do Pavlov, os cães já sabiam que a seguir lhes ia ser oferecida comida, por isso começavam a salivar ainda sem terem visto o alimento. Pavlov supôs então que os cães tinham memorizado uma associação entre dois eventos distintos (mas relacionados). Seguidamente, Pavlov passou a testar esta ideia, usando um estímulo não relacionado. A essência do condicionamento clássico passa portanto pela existência de um estímulo condicionado e um estímulo incondicionado, em que o primeiro serve de “pista” para o segundo, embora não esteja necessariamente relacionado com o comportamento que irá suscitar. O segundo estímulo é também chamado de “reforço”, sendo em laboratório tipicamente “representado” por alimentos ou choques eléctricos. Chama-se “incondicionado” porque dá origem a uma resposta inata do animal ao estímulo. (A salivação dos cães perante a comida é inata, por exemplo.)

Ivan Pavlov (1849-1936). Fisiólogo russo que recebeu o Prémio Nobel da Medicina em 1904 pelos estudos que efectuou sobre os processos digestivos dos animais (os estudos sobre o condicionamento clássico só ocorreram mais tarde).

    Se o estímulo condicionado for apresentado muitas vezes seguido do estímulo incondicionado (o espaço temporal entre os dois necessita de ser “curto”, embora possa ser muito distinto entre espécies de animais diferentes), o animal irá eventualmente fazer a associação entre os dois estímulos e compreender que existe uma relação entre os dois. Assim, o estímulo condicionado torna-se numa forma de antecipação ao estímulo incondicionado. (No caso dos humanos, este tipo de memória implícita “mistura-se” com uma memória explícita, o que permite a categorização da relação em causa de modo muito mais rápido do que outros animais são capazes.)

    Este tipo de memória é também possível de ser “apagada” (modificada): basta que o estímulo condicionado seja muitas vezes apresentado sem que se siga o estímulo incondicionado. No caso do cão, se ele ouvir muitas vezes os passos do Pavlov sem que de seguida lhe seja dada ração, ele irá eventualmente deixar de salivar. (No entanto, se mais tarde se voltar a dar a ração após o som dos passos, de modo a criar novamente a memória, esta aparecerá mais rapidamente que da primeira vez, mostrando que na verdade o cão não tinha esquecido – tinha antes aprendido algo novo.) Este fenómeno de extinção de memória é muito importante, porque os habitats são dinâmicos. Se um animal aprende a relacionar um dado estímulo com a obtenção de alimento, isso torna-se importante para a sua sobrevivência, mas de igual modo, se essa relação se extinguir, é importante que o animal saiba desistir, pois de outro modo a sua sobrevivência voltaria a ficar em risco, por ficar à espera de alimento que nunca viria a adquirir.

Vídeo que sumaria as ideias que explanei acima.

    A faculdade de criar memórias associativas é comum a muitos animais, podendo-se colocar a questão sobre o porquê de o mecanismo ser aparentemente semelhante entre animais muito simples (como a lesma) e outros muito complexos (como o humano). A resposta empírica é que todos os animais se sujeitam a desafios de adaptação e sobrevivência semelhantes. Todos procuram alimento e todos procuram evitar predadores (caso os tenham). O objectivo de sobreviver é comum a tudo o que é vivo. Compreender e memorizar informação sobre o meio que nos rodeia, sabendo distinguir correlações de eventos aleatórios, constitui sempre uma vantagem biológica. Finalmente, quando uma solução bem sucedida surge na evolução, ela continua a ser “seleccionada”, sendo por isso comum a muitas espécies diferentes.

    Como disse em cima, além do condicionamento clássico existe também o condicionamento operante. Este foi inicialmente estudado pelo psicólogo Burrhus Skinner. Para analisar este tipo de aprendizagem usa-se tipicamente pombos ou ratos esfomeados, que recebem alimento se fizerem uma dada tarefa. O comportamento é primeiramente aleatório, até que o animal acaba por compreender que existe uma relação entre aquilo que fez e a subsequente recompensa. Assim, sempre que estiver com fome, o pombo irá, por exemplo, pressionar um botão. Naturalmente, se em vez de recompensa, se usar um estímulo negativo (a aplicação de um choque eléctrico, por exemplo), o animal aprende a evitar o comportamento que teve antes de sofrer esse estímulo. Os psicólogos chamam a isto a Lei do Efeito, a qual crêem que preside na maioria dos comportamentos “voluntários”.

Burrhus Skinner (1904-1990). Psicólogo americano, autor do célebre livro Walden II.

    Tal como no condicionamento clássico, no condicionamento operante também é importante que o tempo entre o comportamento e a recompensa seja suficientemente curto (o tempo óptimo entre os dois depende da associação em causa, e também varia entre espécies). Por outro lado, o tempo que demora o animal a aprender a relação depende da recompensa que lhe é dada. Associações relacionadas com recompensas extremamente positivas ou negativas tendem a ser compreendidas mais depressa. Além disso, existem ainda relações inatas entre estímulos e consequências que os animais já conhecem à priori. Por exemplo, um animal irá muito mais facilmente associar o alimento que comeu com a dor de estômago que teve posteriormente, do que fazer a associação entre essa mesma dor e uma paisagem que observou. (Para nós humanos é claro que isto não só é inato, como faz parte do nosso senso comum, uma vez que sabemos minimamente como funciona o nosso corpo.) Mais uma vez, assume-se que foi a pressão evolucionária que predispôs os cérebros de diferentes espécies a associar certos estímulos e/ou comportamentos muito mais rapidamente que outros.

    A memória implícita, tal como a memória explícita, também pode ser associada a regiões específicas do cérebro. Para descobrir essas regiões os métodos típicos são o estudo de lesões cerebrais, bem como a análise da actividade neuronal no cérebro. É possível identificar a amígdala, como disse em cima, bem como o cerebelo (ver a terceira figura da Parte I), o corpo estriado (região interior do cérebro, “perto” da amígdala), entre outros, estando cada um envolvido em diferentes tipos de memória implícita.

    Como disse em cima, nos humanos a criação de uma memória tem muitas vezes elementos de memória implícita e explícita (e de vários tipos dentro destes géneros), o que explica que uma lesão localizada dificilmente elimine uma memória específica. Além disso, uma memória explícita pode aparentemente transformar-se numa memória implícita: quando aprendemos a executar uma dada tarefa motora, ao princípio precisamos de recordar conscientemente cada etapa da tarefa, porém, repetindo a tarefa muitas vezes acabamos eventualmente por a executar inconscientemente. Aprender a conduzir um carro é um exemplo.

“Repara no que consigo que o Pavlov faça. Assim que começar a salivar, ele irá sorrir e irá começar a escrever no seu pequeno caderno.”

    Bibliografia: Segui principalmente o livro “Principles of Neural Science” de Eric Kandel (2000), capítulo 62.

    Dando seguimento à Parte I, em que falei do caso do paciente H. M., bem como da distinção entre memória implícita e memória explícita, irei agora começar por falar um pouco mais do hipocampo, para de seguida explanar melhor a memória explícita, justificando a divisão em semântica e episódica, mas também completando sobre o porquê de ambas pertencerem à mesma categoria de memória.

    Como foi dito na Parte I, pacientes como o H.M. permanecem com uma boa memória de curto prazo, sendo a amnésia apenas considerável na transformação dessas memórias de curto prazo em longo prazo. Por outras palavras, o paciente, cujo hipocampo lhe foi removido, é capaz de se lembrar de eventos que ocorreram nos últimos minutos, mas não daqueles que se passaram há umas horas. Este facto sugere que o hipocampo está envolvido nessa transformação, é como que uma parte da “linha de comboio” que liga a memória de curto prazo à de longo prazo. Sem este pedaço de linha, a viagem é impossível, pelo que o indivíduo não é capaz de reter memórias por mais que alguns minutos, visto que a capacidade de armazenamento da memória de curto prazo é curta e como não pára de aparecer algo novo para memorizar, esta continua a enviar as novas memórias em “vagões” que nunca chegam ao destino. Relembremos, porém, que a memória implícita (relacionada com habilidades motoras e perceptuais) do H. M. não foi afectada com a operação, o que significa que esse tipo de memória usa uma “linha de comboio” diferente, ou seja, não usa o hipocampo.

O hipocampo é a área colorida na imagem. É uma das primeiras zonas a ser afectada pela doença de Alzheimer.

    O leitor poder-se-á estar a questionar sobre qual é o fim da linha, já que o hipocampo é apenas uma estação intermédia. Na verdade, a memória explícita de longo prazo é armazenada nas áreas de associação do córtex (as quais estão também envolvidas no processamento de informação sensorial). Naturalmente, lesões que afectem estas áreas do córtex poderão conduzir à perda de memórias explícitas obtidas antes da lesão. O leitor poderá ainda perguntar quanto tempo ficam as memórias paradas na “estação” hipocampo (e áreas adjacentes) antes de seguirem para o córtex. O período é variável, podendo ir de dias a semanas. Considera-se que o hipocampo serve para facilitar de algum modo o armazenamento de longo prazo a ocorrer no córtex.

Nesta imagem podem ver onde se situam os córtices de associação. Notar que a designação de córtex corresponde a toda a “camada” de tecido neuronal exterior. O hipocampo, por exemplo, como podem ver na imagem anterior, não faz parte do córtex, pois está numa zona mais interior do cérebro.

    Como referido, existem dois tipos de memória explícita: memória semântica (conhecimento objectivo dos livros) e memória episódica (corresponde a eventos e experiências pessoais). O conhecimento semântico constrói-se através de associações. Pensa-se que a nossa “eficiência cognitiva” (a aptidão de lembrar e usar o conhecimento adquirido) dependa de quão bem está a informação organizada através destas associações no nosso cérebro. De facto, a memória semântica está repartida por vários locais anatomicamente distintos no córtex. Relembrar um conceito implica o invocar de várias memórias diferentes, cada uma associada a um diferente aspecto desse conceito. Ao recordarmos o aspecto de um elefante, estamos na verdade a recordar vários aspectos distintos que constituem esse elefante: a cor, o tamanho, o número de pernas, etc.. Cada um destes aspectos está memorizado num sítio diferente no nosso cérebro, ao invés de termos a representação do próprio elefante “inteiro” apenas numa região do cérebro. Assim, lesões em locais específicos do córtex podem conduzir a perdas específicas de informação e, consequentemente, a uma fragmentação do conhecimento. Por exemplo, uma lesão no lobo parietal posterior [1] do córtex resulta numa agnosia visual de associação [2]: o indivíduo é incapaz de nomear um objecto que lhe seja apresentado, ainda que o seja capaz de desenhar; em contraste, uma lesão no lobo occipital pode resultar numa agnosia visual de não percepção, em que o indivíduo é capaz de nomear um objecto, contudo é incapaz de o desenhar!

    [1] A designação “posterior” significa que é mais do lado de trás, enquanto que “anterior” significa do lado da frente (ou nessa direcção). (Para concretizar, o nariz está na parte anterior da cabeça, visto estar do lado da frente.)

    [2] O nome “agnosia” serve para identificar várias perdas percepcionais diferentes. Existem agnosias extremamente específicas, como podem constatar da leitura do livro “O Homem que Confundiu a Mulher com um Chapéu” de Oliver Sacks, onde o neurólogo conta vários casos diferentes, em particular o de um homem que ao sair do seu consultório agarrou na cabeça da esposa, a pensar que era um chapéu. Este homem tinha perdido a capacidade de reconhecer faces humanas.

    Assim, quando uma pessoa vê um objecto e o reconhece (o que significa que está a aceder à memória de longo prazo), diferentes áreas do cérebro ficam activas, cada uma dedicada a diferentes propriedades intrínsecas do objecto. Dos exemplos acima, fica claro que o conhecimento verbal e visual estão localizados em zonas do córtex diferentes. (No caso do visual, distingue-se ainda que as faces são memorizadas numa região, e objectos inanimados numa outra diferente.)

    No caso da memória explícita dedicada às nossas vivências, a memória episódica, esta está localizada no córtex pré-frontal (na parte anterior do lobo frontal, ver nota [1] e imagem acima). Pacientes com lesões nesta área têm tendência a não se lembrar de como obtiveram a informação (visto que o como está relacionado com um acontecimento pessoal). Este tipo de défice é chamado de amnésia da fonte (source amnesia).

    A memória episódica e semântica são semelhantes em três aspectos: 1) não estão localizadas numa só região bem definida do córtex; 2) um dado conhecimento está representado em múltiplas regiões, sendo que cada um desses “detalhes” pode ser acedido independentemente (usando o exemplo de cima, recordar a cor cinzenta não implica que nos lembremos imediatamente do elefante); 3) parecem usar os mesmos processos gerais de funcionamento (codificação da informação, consolidação (que ocorre no hipocampo), armazenamento e mecanismo de “recuperação”, para relembrar o memorizado). É nesse mecanismo de recuperação que se faz a unificação da informação dispersa, para criar pensamentos coerentes e completos. Como é evidente da nossa experiência diária, este processo é facilitado se o indivíduo estiver na presença de pistas relacionadas com aquilo que procura recordar, em parte porque essas pistas fazem na verdade parte dos “fragmentos” dispersos da memória no cérebro.

    O que também podem deduzir da vossa experiência pessoal é que deve haver um tipo de memória especial de curto prazo relacionado com esse mecanismo de recuperação, isto porque, quando nos recordamos de algo, essa recordação mantém-se activa no nosso cérebro apenas enquanto a estamos a “usar”. De um momento para o outro é possível que nos esqueçamos do que estávamos a pensar há uns momentos atrás, sem que isso implique que as memórias relacionadas com esse pensamento se tenham perdido. Assim existe efectivamente um memória de curto prazo para lidar com as memórias recordadas (de longo prazo). Esta memória é chamada de memória de trabalho (working memory). Acredita-se que esta memória tenha três sistemas:

1. Sistema de controlo de atenção (executivo central), localizado no córtex pré-frontal. Este é o sistema que nos permite focar a nossa atenção e percepção num dado evento. Controla o fluxo de informação para os outros dois sistemas.
2. Ciclo fonológico (linguagem), que nos permite, por exemplo, numa conversa planear aquilo que vamos dizer a seguir. Ao repetirmos um número de telefone mentalmente antes de o digitarmos, estamos também a usar este sistema.
3. Armazenamento visual-espacial, que representa as propriedades visuais de um objecto, bem como a sua localização espacial.

    (Na verdade, este é apenas um dos modelos possíveis, havendo outras hipóteses ainda em discussão.) Note-se que esta memória de trabalho pode criar novas “ideias”, as quais podem ser guardadas como novas memórias de longo prazo (ou alternativamente podem ser simplesmente esquecidas).

“Nota para o próprio: Estes lembretes constantes estão a começar a ser irritantes.”

    Na parte III irei voltar-me mais para a memória implícita (e os estudos de Ivan Pavlov), para que depois possa finalmente concluir com algumas observações gerais sobre a memória.

    Bibliografia: Segui principalmente o livro “Principles of Neural Science” de Eric Kandel (2000), capítulo 62.

    A faculdade mental mais facilmente reconhecível é a memória, a qual tem um papel primordial em todas as outras. Se por um lado aprender é o processo pelo qual adquirimos conhecimento do mundo, a memória é o que permite armazenar essa informação. Para tal, a informação recebida através dos nossos sentidos é de algum modo codificada numa “linguagem” que o cérebro “compreende”, “arquivada”, para mais tarde poder ser usada.

    Mas onde exactamente no cérebro se encontra a memória? Como está ela organizada? Para responder a estas e a outras questões, Wilder Penfield na década de 1940 criou um tipo de experiência que lhe permitiu mapear o cérebro humano, usando o facto de o cérebro em si não possuir “sensores” de dor (nociceptores). Assim, é possível fazer uma cirurgia cerebral usando apenas anestesia local, estando o paciente completamente acordado, consciente, e capaz de descrever o que lhe está a acontecer (como acontece no filme do Hannibal, The Silence of the Lambs). Tendo em conta que os neurónios (células que compõe o cérebro) comunicam entre si através de impulsos eléctricos (ver artigo O Cérebro), Penfield supôs que abrindo a cabeça dos seus pacientes e estimulando electricamente diferentes partes do cérebro seria capaz de determinar que zonas cerebrais eram responsáveis pelas funções motoras, sensoriais e linguísticas.

Wilder Penfield (1891-1976), neurocirurgião canadiano. Tentou descobrir se havia alguma evidência científica que suportasse a hipótese da existência de alma.

    Em meados da década de 50, obteve-se a primeira grande evidência de que a memória teria que estar relacionada/ localizada nos lobos temporais (ver figura abaixo). A descoberta resultou da remoção bilateral [1] do hipocampo e regiões circundantes como tratamento experimental para a epilepsia [2].

([1] O cérebro é constituído por dois hemisférios, esquerdo e direito, semelhantes entre si. Muitas estruturas cerebrais encontram-se em ambos os hemisférios, sendo aparentemente uma o espelho da outra. Assim, a remoção bilateral significa que a estrutura foi removida de ambos os hemisférios.

[2] A epilepsia é uma desordem neurológica que consiste na descarga eléctrica anormal de neurónios, o que resulta normalmente para o paciente em convulsões incontroláveis.)

Organização do cérebro por lobos. O cérebro tem a frente virada para a esquerda, o que significa que está representado o hemisfério esquerdo. O direito é o simétrico. A zona cinzenta abaixo do lobo occipital e temporal é o cerebelo, que depois se liga à medula espinal.

    Um caso ficou particularmente conhecido, o caso do paciente H. M. (só se ficou a conhecer o seu nome quando morreu, Henry Molaison) que foi estudado por Brenda Milner. Quando H. M. tinha 7 anos sofreu um acidente de bicicleta, o que se pensa ter sido a causa para sofrer de convulsões sistemáticas. Aos 27 anos foi submetido à cirurgia supracitada, pois as descargas eléctricas anormais aconteciam nestas zonas do cérebro.

    As convulsões quase desapareceram, mas em contrapartida Henry ficou com um défice de memória devastador. Surpreendentemente (para a altura), o défice era bastante específico. A memória de H. M. em intervalos de segundos a alguns minutos era semelhante a de uma pessoa normal; conseguia lembrar-se de eventos que tinham ocorrido muito antes da cirurgia; mantinha um bom controlo sobre a linguagem, com um vocabulário variado; e o seu QI não se tinha alterado. Porém, verificou-se uma amnésia retrógrada que “apagava” a memória dos anos imediatamente anteriores à operação. Pior ainda, Henry era incapaz de manter uma memória por mais de alguns minutos. (Na verdade, e como se irá ver mais adiante, a nossa memória pode ser dividida em memória de longo prazo e curto prazo. Assim, o que H. M. não tinha era a faculdade de transferir memórias de curto prazo para longo prazo.)

Henry Molaison (1926-2008), mais conhecido pelas iniciais H. M.. Como paciente, não foi ele que beneficiou do conhecimento da sua doutora, Milner, mas antes o contrário sucedeu: Milner pôde aprender a partir do insucesso que foi a cirurgia. Infelizmente, H. M. nunca conseguiu compreender o seu valor incontornável para o desenvolvimento das neurociências.

    Apesar de Henry se encontrar com Milner todos os meses, sempre que a via reagia como se fosse a primeira vez que a encontrava. Para memorizar os “cantos à casa” demorou um ano.

    O caso de H. M. não é único – todos os pacientes que se submeteram a igual operação passaram a sofrer de iguais sintomas. (É claro que as operações nunca são exactamente iguais, e pequenas diferenças podem conduzir a diferentes especificidades de deficiência; por outro lado, os cérebros humanos não são todos exactamente iguais, pois tanto a genética como a experiência vivida pelo seu “dono” moldam-nos um pouco.) Como se poderia esperar: a organização de funções no cérebro é igual para todos os humanos e existem também grandes semelhanças entre animais diferentes. É por isso que os ratos, gatos, macacos e outros animais são hoje usados como cobaias, pois através deles podemos obter mais conhecimentos sobre o nosso próprio cérebro (sem que se corra o risco de criar mais casos como o de H. M.).

Depois de casos como o de H. M., o estudo em cobaias não humanas ganhou um novo impulso.

    Contudo, as faculdades de aprendizagem de H. M. não foram totalmente erradicadas (tal como em pacientes semelhantes). Curiosamente, a capacidade de aprender a executar habilidades motoras não tinha sido comprometida. Henry melhorava a cada vez que repetia uma dada tarefa motora, a um ritmo absolutamente normal, ainda que não se conseguisse lembrar das outras sessões de treino anteriores! Este tipo de memória não se limitava a tarefas motoras, mas tipicamente a todas aquelas que não requeressem uma atenção consciente para serem aprendidas (por exemplo, para aprender a saltar à corda não é necessário estar a pensar em cada treino exactamente no que se está a fazer – parece que o próprio corpo aprende a melhorar os movimentos sozinho). As tarefas em causa tendiam a depender mais dos reflexos do sujeito e não tanto no seu raciocínio, estando as mesmas envolvidas em hábitos motores e perceptuais.

    Este facto levou os cientistas a supor que a memória se poderia dividir em duas formas fundamentais: uma mais para as habilidades e outra mais para o conhecimento. Naturalmente, antes destas evidências já os psicólogos tinham conseguido distinguir estas duas formas de memória pelo estudo empírico de outros casos. Os dois tipos de memória são os seguintes:

• Memória implícita (também chamada de não declarativa, pois não é possível definir uma dada memória implícita em palavras), que é a memória que é recordada de forma inconsciente e está envolvida no treino dos reflexos motores e perceptuais;
• Memória explícita (memória declarativa), que é a memória que é relembrada através de um esforço consciente e deliberado. Nesta memória inclui-se o nosso conhecimento sobre factos, pessoas, lugares, objectos e os seus significados.

    Estudos mostram que a memória explícita tende a ser muito mais flexível que a memória implícita. Este facto é facilmente compreendido de forma empírica, pois na memória explícita somos capazes de criar associações e obter conhecimento novo por nós próprios, enquanto que na memória implícita tal é muito mais difícil. A diferença está certamente relacionada com o facto de numa termos um poder consciente sobre a informação armazenada e na outra não. Normalmente a memória implícita é “rígida” e permanece “ligada” à experiência (ou treino) que conduziu à aprendizagem.

    A memória explícita é ainda dividida em episódica e semântica, sendo a primeira responsável pela memorização de eventos e experiências pessoais, enquanto a segunda corresponde ao conhecimento adquirido através da escola, livros, etc., que corresponde ao nosso conhecimento objectivo.

    O infeliz caso de H. M. foi muito proveitoso para as neurociências, no entanto, uma grande porção do lobo temporal tinha sido removido, pelo que era impossível estudar a função de cada parte deste. Obviamente, casos de pacientes com lesões em partes bem definidas do lobo temporal (ou de outras partes do cérebro) eram (e são) muito raros, pelo que, como referi em cima, o estudo passou para os animais (onde as questões éticas eram mais facilmente contornadas). Passou-se então a fazer estudos de lesões experimentais em macacos, para definir a contribuição de cada parte.

    Assim, por exemplo, descobriu-se que lesões na amígdala (ver imagem abaixo) não se repercutiam na memória explícita, ainda que as memórias aqui presentes estivessem envolvidas em reacções emocionais (medo, por exemplo). Em contraste, o hipocampo era fundamental para a memória explícita. Semelhante papel tem o córtex entorrinal, que é adjacente ao hipocampo, e é o principal ”servidor” de informação para o hipocampo (quero com isto dizer que a informação dentro do cérebro flui do córtex entorrinal para o hipocampo e “depois” em sentido contrário). Refira-se que a doença de Alzheimer começa por atacar (matando neurónios) exactamente no córtex entorrinal, daí os efeitos nefastos para a memória (explícita).

A amígdala é a zona a vermelho na figura. Note-se que no hemisfério direito também se pode encontrar esta estrutura.

    Por outro lado, descobriu-se também que o hipocampo no hemisfério esquerdo não faz o mesmo que o do hemisfério direito. O hipocampo do lado direito é “especialista” em memórias espaciais (determinante para nos conseguirmos orientar), enquanto o esquerdo está mais preocupado com as palavras, os objectos e as pessoas (memória verbal).

“Tenho uma memória fotográfica.” – “Demora pelo menos uma hora a formar-se (revelar).”

    Concluo por aqui a parte I, pois penso que já tem uma boa quantidade de informação para digerirem. Na parte II irei continuar a expor a especificidade das consequências relacionadas com lesões bem localizadas (agnosias), para depois passar a expor noções mais gerais sobre como as memórias são criadas e recordadas. Existirá ainda uma parte III onde irei falar mais sobre a memória implícita e os estudos de Ivan Pavlov.

    Bibliografia: Segui principalmente o livro “Principles of Neural Science” de Eric Kandel (2000), capítulo 62. 

    Nos três artigos anteriores falei-vos sobre os sentidos que dispomos para adquirir informação do mundo exterior. Primeiro falei-vos da visão, em seguida da audição e, por fim, do olfacto, paladar e tacto. Todos estes sentidos “transformam” a informação recebida em impulsos eléctricos que são enviados através do sistema nervoso para o cérebro.

    A grande questão é então: Como é que o cérebro funciona?

    Infelizmente para vós (mas felizmente para mim, que tenho a oportunidade de investigar o assunto :) ), a resposta não é conhecida e como tal não a irei dar, claro. Sendo assim, apenas irei expor alguns dos conhecimentos já adquiridos, partindo de uma abordagem bottom-up, isto é, reducionista (muito popular principalmente em Física, a qual tenta simplificar ao máximo o problema, para que se comece do mais fácil, com o intuito de chegar ao mais complicado, e, caso seja possível, ao caso real). Sendo assim, comece-se por responder a questões mais fáceis:

    De que é feito o cérebro?

    O cérebro é constituído por umas células chamadas neurónios, que são células altamente especializadas na recepção e envio de sinais electroquímicos. Existem cerca de cem mil milhões (um 1 seguido de 11 zeros: 100.000.000.000) de neurónios no cérebro humano, em que cada um desses neurónios está ligado a outros dez mil neurónios (o que perfaz a quantidade de cerca 1 seguido de 15 zeros no que toca a números de ligações entre neurónios em todo o cérebro; estas ligações são chamadas de sinapses). Cada neurónio é composto por três partes principais: soma (parte central da célula), dendritos (parte da célula capaz de receber sinais de outras), e axónio (canal por onde saem sinais da célula; este canal pode ser bastante longo, podendo percorrer grande parte do cérebro, enquanto que os dendritos são “locais”). Notar a particularidade: um neurónio pode receber muitos sinais em simultâneo de outros neurónios, mas envia sinais apenas por um canal – só um sinal (que varia ao longo do tempo). As sinapses encontram-se nas conexões que são feitas entre axónios e dendritos de diferentes neurónios (um neurónio nunca se liga a si próprio, no entanto, é possível a existência de loops contendo vários neurónios, isto é, o axónio do neurónio X está ligado a um dendrito do neurónio Y, que por sua vez tem um axónio que está ligado a um dendrito do X).

    Representação esquemática de um neurónio (neste esquema são apontados mais alguns pormenores, do que aqueles que refiro no texto; o “corpo” é o “soma”).

    Como funcionam os neurónios?

    Antes de mais, devo referir que me estou a centrar naquilo que os neurocientistas teóricos crêem que é mais relevante – propositadamente, estou (e vou) a “esquecer” muitas características. A característica fundamental do funcionamento de um neurónio é o facto de ser um “integrador”: durante um dado período de tempo, um neurónio recebe sinais electroquímicos dos seus vizinhos; se o somatório de todos esses sinais ultrapassar um dado valor limiar de potencial é gerado aquilo que se chama um potencial de acção, isto é, um pico de tensão (ou vários picos) é enviado pelo neurónio através do seu axónio (nota, o conceito de “integrador” vem desse tal “somatório” – para quem sabe um pouco de matemática: um integral não é mais que um somatório “contínuo”). Estes potenciais de acção são considerados de extrema importância no processamento dos neurónios, uma vez que são os únicos capazes de atravessar os axónios sem sofrerem alterações, são portanto a única forma fiável que os neurónios têm de comunicar entre si. A título de curiosidade poderei informar que estes potenciais de acção são da ordem de 100 mV (milivolt) e que as correntes presentes são de iões de cálcio, sódio, potássio e cloro. Pode definir-se que um neurónio está “activo” se estiver a enviar sinais para o seu vizinho ou “inactivo”, caso contrário. Por outro lado, nem todos os neurónios enviam sinais que provoquem um aumento no tal “somatório” (pode produzir o efeito contrário, digamos que tem uma contribuição “negativa”), que conduza à activação e consequente envio de um (ou mais) potencial de acção do neurónio pós-sináptico (neurónio que se encontra após a sinapse, ou seja, aquele que está a receber esses tais sinais). Não vou entrar em mais pormenores, sob pena de vos maçar – se tiverem questões, perguntem.

    Como se faz a “ponte” entre o processamento de neurónios individuais, para o funcionamento do cérebro como um todo?

    Essa é uma questão chave em neurociências. Os neurónios não “pensam”! Os neurónios não têm um “plano”! Os neurónios parecem ser simples células que recebem sinais de outros neurónios, e enviam outros sinais para outros neurónios, em função daquilo que receberam – não têm nenhuma “programação” incrível, com múltiplas tarefas simultâneas e complexas! Contudo, do resultado dessa interacção simples entre todos os neurónios provém algo incrivelmente complexo, desde a aprendizagem, à memória, até ao raciocínio! Mesmo que se estude apenas o cérebro de um rato, este continua a ser extremamente complicado, não estando ainda ao nosso alcance a sua compreensão. Aliás, ainda nem se compreende como funciona o sistema neuronal de um pequeno verme de 1 mm de comprimento, Caenorhabditis elegans, que tem sido muito estudado e que tem apenas 302 neurónios, sendo a sua rede de ligações completamente conhecida. Reparem que o cérebro não pode ser comparado a um programa de computador, a começar logo pelo facto de que em programação só é possível definir tarefas se à partida já se souber o input que se irá ter, e de que modo este deve ser compreendido. Ora, no caso de um animal, assim que nasce, o cérebro ainda nem compreende a informação que recebe dos olhos, por exemplo. Os bebés, nos seus primeiros tempos de vida, não conseguem reconhecer os “limites” dos objectos, apenas vêem cores diferentes, com intensidades diferentes – a percepção de que “ali” acaba um objecto e ao lado começa outro é algo que é desenvolvido por cada cérebro de raiz – não vem no código genético tal informação! (Ainda que haja indícios que o cérebro já venha “pré-programado” em algumas tarefas, como seja para reconhecer faces humanas.)

    Em suma, à questão só poderei responder que o cérebro recebe estímulos a partir dos sentidos – neurónios recebem sinais directamente do mundo exterior, os quais serão depois “distribuídos” por grandes “populações” de neurónios, que de algum modo irão processar a informação recebida, trocando sinais entre si – isto será reconhecido na nossa “mente” como o percepcionar e consciencializar de algo… (Embora também tenhamos o modo de funcionamento “piloto automático”, em que o nosso corpo reage “instintivamente”, porque o processamento do sinal recebido ainda num estado “não consciente” é reconhecido como sendo de ordem urgente, pelo que o cérebro envia imediatamente ordens para o corpo, sem que tenhamos tempo de “pensar” sobre isso. No entanto, não pensem que isto é tudo “programação genética”, pois ninguém vem com os instintos já completamente pré-fabricados à nascença – têm que ser “desenvolvidos”, tal como a questão de reconhecer os objectos, que antes referi.)

    Quais as eventuais consequências de um completo entendimento sobre o funcionamento do cérebro?

    Provavelmente a maioria ainda nem é possível prever! Mas começando com os “pés” minimamente na “terra”, a primeira aplicação será na cura de certas doenças mentais (de ordem não psicológica, essas poderão talvez vir mais tarde), como o Alzheimer, Epilepsia e Parkinson (que me lembre, são estas as que estão no topo da lista de doenças com maior probabilidade de virem a ser ultrapassadas pelo conhecimento que se anseia ter). Para que não pensem que sou eu a inventar, já vi cientistas a defenderem que uma das aplicações será a manipulação de memórias – em primeira instância espera-se conseguir remover memórias de pessoas que sofram de traumas (militares, por exemplo). De carácter mais futurista, pode-se conseguir criar uma forma de fazer a ligação entre o mundo da electrónica e o das neurociências, podendo vir a ser possível implantar chips no cérebro, ou ao contrário: “transferir” memórias de cérebros para chips. De um modo ainda mais optimista: o potencial é (quase?) ilimitado!


    Tradução: Porquê que se fazem experiências em primatas? “Eles queixam-se menos que as crianças.” (Nota: a inteligência e atenção dos chimpanzés já foi comparada à de pequenas crianças.)

    P.S.: Em artigos futuros irei abordar aspectos particulares sobre o funcionamento do cérebro, neles darei mais detalhes. Até lá, poderão colocar aqui as vossas dúvidas.

Marinho Lopes (colaborador do Ciência com Todos e doutorando em Física na U. de Aveiro) - texto primeiramente publicado no Blog do autor: Sophia of Nature.

Ver original em: http://sophiaofnature.wordpress.com/2011/06/07/o-cerebro/

    Caminho adentro um trilho florestal debruado por pinheiros e eucaliptos. As folhas acompanham-me com os versos do poeta andaluz, Manuel Machado: “…caminante no hay camino, se hace el camino al andar”. De facto, só ao caminhar desvendo o fluir do caminho, os seus trilhos efluentes, as suas sendas que ficam inexoráveis para trás.

    Caminho à beira-mar com a água salina a ondular a areia em vagas pulsantes. A cada onda, desaparecem os rastos dos meus passos. É como se a água levasse o caminho feito. A cada onda, renova-se o areal horizonte de meus passos futuros, como se uma nova folha se esbranquiçasse para receber, novamente virgem, o traço seguinte.

    Caminho ao longo de um axónio imaginário, prolongamento celular nervoso que nasce do corpo neuronal e se espraia até à enseada da sua ligação, ou sinapse, com o neurónio a quem passa o testemunho de uma mensagem que flui. Flui como uma onda salina de potássio e sódio, propulsionada por uma acção potencial de natureza electroquímica. A passagem de testemunho tem cambiantes químicos que modelam a mensagem com neurotransmissores específicos: serotonina e noradrenalina associadas ao “humor”; dopamina ao controlo motor; acetilcolina à aprendizagem e memória; ácido gama-aminobutírico à inibição; glutamato e aspartato à estimulação; et cetera.

    A vaga neurotransmissora banha o neurónio pós-sináptico, passo seguinte, e uma nova onda se espoleta e conflui com milhares de outras vindas de tantos outros neurónios, numa raiz dendrítica que encorpa no integrante corpo celular.

    E assim, de sinapse em sinapse, passo a passo, a mensagem faz o seu caminho e a via neuronal se estabelece, consequente, numa acção causal de efeitos complexos ainda pouco estabelecidos, porque muitos são os caminhos e muitas as suas intercomunicações em rede.

    Constelações neuronais em estruturas cerebrais específicas, delineiam caminhos e destinos ainda por identificar e relacionar com acções e sensações, com pensamentos e palavras.

    Alguns peregrinos, como Xim Jin e Rui M. Costa, encontraram em faróis banhados por vagas dopaminérgicas, os contornos iniciais e finais de gestos sequenciais (aqui).

    Outros peregrinos, como Vivien Chevaleyre e Steven A. Siegelbaum, percorreram os caminhos definidos por diferentes tipos de neurónios piramidais que se alinham no hipocampo e que se sabiam estarem envolvidos, de alguma forma, no estabelecimento de uma memória espacial essencial à repetição do gesto (aqui). Especificamente, identificaram que neurónios piramidais, do tipo CA2, desempenham um papel que inverte a força das vagas no palco sináptico: “dão” mais ímpeto às mensagens longínquas vindas do córtex e “abafam” as dos seus vizinhos piramidais do tipo CA3, neurónios também do hipocampo.

    Um dia, se o sonho tiver natureza neuronal, peço emprestado o verso ao poeta luso António Gedeão e digo que “Eles nem sabem nem sonham, que o sonho comanda à vida” e que é pelo sonho que caminhamos!

António Piedade (colaborador do CcT, bioquímico, investigador e divulgador científico) - texto publicado primeiramente na Imprensa Regional e no Blog De Rerum Natura e parte do livro do autor: "Caminhos de Ciência", da Imprensa da Universidade de Coimbra.

Sítio de onde o texto foi retirado: 

http://dererummundi.blogspot.pt/2010/07/caminhos-neuronais.html