O que é o Cérebro?
O cérebro é o principal órgão e centro do sistema nervoso em todos os vertebrados e muitos invertebrados. Alguns animais primitivos, como celenterados (medusas e pólipos) e equinodermos (estrelas do mar) têm sistemas nervosos discretos e não têm cérebro, enquanto as esponjas não. Nos vertebrados, o cérebro está localizado na cabeça, protegido pelo crânio, próximo aos principais órgãos sensoriais: visão, audição, equilíbrio, paladar e olfato. Estritamente falando, o cérebro é um conjunto de estruturas neurais derivadas do prosencéfalo (o diencéfalo e o telencéfalo). Em linguagem comum, o termo pode se referir a todo o cérebro, ao telencéfalo ou ao córtex cerebral.
O cérebro pode ser muito complexo. O cérebro humano contém aproximadamente 86 bilhões de neurônios, cada um conectado por mais de 1.000 sinapses. Esses neurônios se comunicam por meio de fibras protoplasmáticas chamadas axônios, que conduzem impulsos em sinais chamados potenciais de ação para partes distais do cérebro e do corpo e os encaminham para células específicas para recepção.
Do ponto de vista filosófico, sem dúvida, a função mais importante do cérebro é servir como a estrutura física subjacente da mente. No entanto, do ponto de vista biológico, a função mais importante do cérebro é gerar comportamentos que promovam a saúde dos animais. O cérebro controla o comportamento, ativando os músculos ou causando a secreção de substâncias químicas, como hormônios. Nem todos os comportamentos requerem um cérebro. Mesmo organismos unicelulares são capazes de extrair informações de seu ambiente e responder de acordo.
Esponjas que não possuem sistema nervoso central são capazes de coordenar as contrações do corpo e até mesmo se movimentar. Nos vertebrados, a própria coluna contém circuitos neurais que geram respostas reflexas, bem como padrões motores simples, como nadar ou caminhar. No entanto, o controle comportamental complexo baseado em sistemas sensoriais complexos requer as capacidades de integração de informações do cérebro central.
Apesar do rápido progresso científico, muito do funcionamento do cérebro permanece um mistério. Existe agora uma compreensão bastante detalhada da operação de neurônios e sinapses individuais, mas como eles cooperam em grupos de milhares ou milhões tem sido difícil de decifrar. Métodos observacionais, como gravações de EEG e imagens funcionais do cérebro, sugerem que as operações cerebrais são altamente organizadas, mas esses métodos não têm resolução suficiente para revelar a atividade de neurônios individuais. Como resultado, mesmo os princípios mais básicos das redes de computação neural ainda precisam ser descobertos por futuros pesquisadores. O cérebro tem duas partes que contribuem para o desenvolvimento: o cerebelo e o cérebro.
O cérebro não apenas cresce, mas também se desenvolve em uma ordem muito coordenada, com muitos neurônios surgindo em áreas especializadas contendo células-tronco e depois migrando através dos tecidos até seus locais finais. No córtex, por exemplo, o primeiro estágio de desenvolvimento é a formação de uma “plataforma” por um grupo especializado de células gliais, chamadas glia radial, que transportam fibras verticalmente pelo córtex. Novos neurônios corticais são gerados na base do córtex e então “subem” essas fibras radiais até atingirem a camada que estão destinadas a ocupar na idade adulta.
Uma vez no lugar, o neurônio começa a estender dendritos e axônios ao seu redor. Os axônios, por estarem frequentemente distantes do corpo celular e devem fazer contato com alvos específicos, crescem de maneira particularmente complexa. As pontas dos axônios em crescimento consistem em uma massa de protoplasma, chamada de “cone de crescimento”, repleta de receptores químicos. Esses receptores sentem o ambiente local, fazendo com que os cones de crescimento sejam atraídos ou repelidos por vários elementos celulares, atraindo-os em uma direção específica em cada ponto de seu caminho. O resultado desse processo de direcionamento é que o cone de crescimento viaja pelo cérebro até atingir sua área-alvo, onde outras pistas químicas fazem com que ele inicie a formação de sinapses. Considerando todo o cérebro, milhares de genes produzem proteínas que afetam a direção dos axônios.
A figura mostra as principais subdivisões do cérebro embrionário de vertebrados. Essas regiões posteriormente se diferenciaram em prosencéfalo, mesencéfalo e rombencéfalo.
No entanto, a rede sináptica formada é apenas parcialmente determinada pelos genes. Em muitas partes do cérebro, há inicialmente um “crescimento excessivo” de axônios que são então “cortados” por mecanismos que dependem da atividade neural. Por exemplo, em projeções do olho para o mesencéfalo, as estruturas adultas exibem uma organização notavelmente precisa, conectando cada ponto na superfície da retina com o ponto correspondente na camada do mesencéfalo. Durante os estágios iniciais de desenvolvimento, cada axônio da retina é guiado para a região correta do mesencéfalo por sinais químicos, mas então se ramifica em grande número e faz contato inicial com um grande feixe de neurônios do mesencéfalo.
A retina tem mecanismos especiais antes do nascimento que permitem gerar ondas de atividade que se originam em um ponto e viajam lentamente pela superfície da retina. Essas ondas são úteis porque ativam simultaneamente os neurônios vizinhos: ou seja, geram um padrão de atividade neural que contém informações sobre o arranjo espacial dos neurônios. Se a atividade nos axônios não segue a ativação da célula-alvo, essa informação é explorada no mesencéfalo por um mecanismo que faz com que as sinapses enfraqueçam e eventualmente desapareçam.
O resultado desse processo complexo é o ajuste e a consolidação gradual do sistema até atingir sua forma adulta final. Processos semelhantes ocorrem em outras áreas do cérebro: a matriz sináptica inicial é gerada por direcionamento químico geneticamente determinado, mas depois é gradualmente refinada por meio de mecanismos dependentes de atividade, parcialmente controlados pela dinâmica interna e parcialmente pela estimulação sensorial de controle da dinâmica externa. Em alguns casos, como no sistema retino-mesencéfalo, o padrão de atividade depende de mecanismos que operam apenas no cérebro em desenvolvimento e aparentemente existem apenas para orientar o desenvolvimento.
Em humanos e muitos outros mamíferos, novos neurônios são criados principalmente antes do nascimento, e há muito mais neurônios no cérebro infantil do que no cérebro adulto. Em algumas áreas, no entanto, novos neurônios são criados ao longo da vida. Duas regiões indiscutíveis são o bulbo olfatório e o giro denteado do hipocampo, onde há evidências de que novos neurônios estão envolvidos no armazenamento de memórias recentes. No entanto, fora essas exceções, um conjunto de neurônios que existe na primeira infância é o mesmo para o resto da vida. (As células da glia são diferentes: como a maioria dos tipos de células do corpo, elas se reproduzem ao longo da vida.) Embora os grupos de neurônios estejam presentes principalmente no nascimento, suas conexões axonais continuam a se desenvolver. Muito tempo. Em humanos, a mielinização não é completada até a puberdade.
Tem havido um longo debate sobre se os traços da mente, caráter e inteligência podem ser atribuídos à genética ou à educação. O debate “natureza ou criação”. Esta não é apenas uma questão filosófica: tem grandes implicações práticas para pais e educadores. Embora muitos detalhes ainda precisem ser esclarecidos, a neurociência mostra claramente que ambos os fatores são essenciais. Os genes determinam a forma geral do cérebro e determinam como o cérebro responde à experiência. No entanto, a experiência é necessária para refinar a matriz de conectividade sináptica. De certa forma, esta (matriz) depende muito da existência de experiência durante os principais períodos de desenvolvimento. Em outros aspectos, a quantidade e a qualidade das experiências podem ser mais relevantes: por exemplo, há evidências substanciais de que animais criados em ambientes ricos (ricos em estímulos) têm córtices mais espessos do que animais com níveis de estímulo restritos.
Diagrama esquemático do encéfalo humano, em corte sagital, destacando algumas de suas partes:
1. Encéfalo frontal
2. Telencéfalo
3. Diencéfalo
4. Tronco cerebral
5. Mesencéfalo
6. Ponte
7. Bulbo raquidiano
8. Cerebelo
9. Medula espinhal
O cérebro é a estrutura biológica mais complexa conhecida, e comparar os cérebros de diferentes espécies, mesmo em termos básicos, não é uma tarefa fácil. No entanto, existem princípios comuns na estrutura do cérebro que se aplicam a uma ampla gama de espécies, revelados de três maneiras principais:
Uma abordagem evolutiva que compara a estrutura cerebral de diferentes espécies e usa o princípio de que características encontradas em um determinado ramo também estão presentes em seus ancestrais.
As abordagens de desenvolvimento analisam como a forma do cérebro se desenvolve desde o estágio embrionário até a idade adulta.
Os métodos genéticos analisam a expressão gênica em diferentes partes do cérebro em uma variedade de espécies. Cada método complementa e informa os outros dois.
O córtex cerebral é a parte do cérebro que melhor distingue mamíferos de outros vertebrados, primatas de outros mamíferos e humanos de outros primatas. Em vertebrados não mamíferos, a superfície do telencéfalo é revestida por uma estrutura em camadas relativamente simples chamada córtex cerebral. Nos mamíferos, o paládio está envolvido em uma estrutura de 6 camadas chamada neocórtex. Comparados aos não primatas, os primatas têm um neocórtex maior, especialmente a parte chamada lobo frontal. Nos humanos, esse alargamento do lobo frontal vai de uma extremidade à outra, e outras partes do córtex também se tornam bastante grandes e complexas. A relação entre o tamanho do cérebro, tamanho do corpo e outras variáveis tem sido estudada em uma ampla gama de espécies.
O tamanho do cérebro aumenta com o tamanho do corpo, mas não proporcionalmente. Os valores médios para todas as ordens de mamíferos seguem uma lei de potência com um expoente de aproximadamente 0,75. [10] Esta fórmula pode funcionar para o cérebro de mamíferos comuns, mas cada família se desvia da norma, refletindo a complexidade de seu comportamento. Por exemplo, os cérebros dos primatas são 5 a 10 vezes maiores do que a fórmula sugere. Os predadores tendem a ter cérebros maiores. Quando o tamanho do cérebro dos mamíferos aumenta, nem todas as partes aumentam na mesma proporção. Quanto maior o cérebro de uma espécie, maior a parte que o córtex representa.
Relações bilaterais
Estrutura geral do corpo de animais bilaterais. O sistema nervoso é formado por um cordão nervoso com alargamento segmentar e um “cérebro” anterior.
Com exceção de algumas formas primitivas, como esponjas e águas-vivas, todos os animais existentes são bilaterais, ou seja, animais cujos corpos são simétricos (ou seja, imagens espelhadas à esquerda e à direita).
Acredita-se que todos os humanos bilaterais descendem de um ancestral comum que surgiu no início do período Cambriano, entre 550 e 600 milhões de anos atrás. ] Esse ancestral tinha uma forma simples de verme tubular com um corpo segmentado e, em um nível abstrato, essa forma de verme ainda existe nos esquemas do corpo e do sistema nervoso de todos os animais bilaterais modernos, incluindo humanos. A forma geral do corpo em ambos os lados é um tubo com uma cavidade digestiva oca da boca ao ânus, cada somito tem um cordão nervoso aumentado (um gânglio) e um gânglio especialmente grande na frente chamado de “cérebro”. “.
