Divulgacao cientifica fisica no cérebro
-
Upload
diego-aguiar -
Category
Documents
-
view
798 -
download
1
Transcript of Divulgacao cientifica fisica no cérebro
DIEGO PEREIRA AGUIAR
PLUGADO NAS CONEXÕES: A FÍSICA NO CÉREBRO HUMANO.
BELO HORIZONTE
2011
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 2
2 O MOVIMENTO E AS REDES DE COMUNICAÇÕES NEURAIS .............................. 4
3 POTENCIAL DE AÇÃO E A BIOELETRICIDADE CEREBRAL ............................... 5
4 CRONOGRAMA ................................................................................................................... 6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 7
ANEXO .................................................................................................................................... 10
2
1 INTRODUÇÃO
“...Penso, logos existo...”
Inicialmente deve-se analisar o fato de que a leitura desse artigo está relacionada em
função de uma decisão tomada posteriormente. Essa decisão envolve uma série de fatores e
será interessante analisar pelo menos um deles. É correto dizer também que a própria leitura
do artigo está relacionada com essa tomada de decisão. A maneira como se processa a
informação codificada que compõem esse texto e que chamamos de escrita está ligada à
linguagem a que esse código faz referência. Antes de prosseguir é importante notar que
controlamos todas as decisões que tomamos por meio de nosso cérebro uma vez que temos
total autonomia sobre ele. Será isso verdade?
É indispensável nos perguntarmos agora se a mente depende apenas das estruturas dos
processos cerebrais. E quanto à realização física dos mesmos?
É bem verdade que qualquer afirmação que for feita sem verificação dos processos
sinápticos e sua relação com as redes neurais não terá validade nesse estudo.
Segundo o pesquisador do cérebro Andrew Newberg, o cérebro é a estrutura mais
complexa do nosso planeta já que controla todas as atividades do nosso corpo como a
digestão, os batimentos cardíacos, a temperatura, funcionamento sexual, a memória, a
aprendizagem e as emoções. Algumas dessas atividades são involuntárias, ou seja, o cérebro
não depende de nossa vontade para iniciar ou parar essas funções. Todos esses processos
ocorrem por meio dos neurônios, temos algo em torno de 100 bilhões de neurônios em nosso
cérebro, é um número próximo da quantidade de estelas da Via-Láctea. É muito comum
relacionar o cérebro humano com um computador, no entanto nosso cérebro é pelo menos mil
vezes mais rápido que o supercomputador mais rápido do mundo. Ele nunca desliga ou sequer
descansa durante a nossa vida inteira. Calcula-se que o número de átomos do universo inteiro
é inferior ao número de possíveis conexões em um cérebro humano. Embora sua estrutura seja
muito complexa tudo está bem organizado já que o próprio cérebro projeta os modelos e
redistribui as peças do sistema, como um grande laboratório. Passamos grande parte de nossas
vidas aprendendo, a neuroplasticidade cerebral permite que enquanto o cérebro estiver
funcionando, haverá sempre possibilidade de sua reacomodação. Algumas informações são
inscritas naturalmente, como por exemplo, o processamento visual, uma vez que não
aprendemos a enxergar, ou o ritmo de batimentos do coração, dentre outras informações que
são triviais para nossa sobrevivência e que são intrínsecas à natureza de qualquer ser vivo.
Bem você está prestes a seguir para próxima página e seu punho fará um movimento
ordenado para virar a folha de papel. A complexidade como esta ação simples ocorre é
3
fascinante.
4
2 O MOVIMENTO E AS REDES DE COMUNICAÇÕES NEURAIS
Um pequeno pedaço do cérebro do tamanho de um grão de areia contém 100 mil
neurônios e 1 bilhão de sinapses. Essas minúsculas células nervosas que se estão sempre se
comunicando são os neurônios. Nos pontos em que se conectam com outros neurônios
ocorrem de mil a 10 mil sinapses. Uma sinapse é um micro-pulso elétrico entre células
nervosas através da bioeletricidade. São essas conexões que formam as redes utilizadas pelos
neurônios. Embora tudo esteja organizado essas redes neurais não são isoladas, pois estão
todas interconectadas. As idéias são construídas por essas interconexões através de uma
lembrança, uma habilidade ou um fragmento de informação. Sendo assim todas as
experiências dão forma neurológica a essas redes. Através de uma sinapse, é possível enviar
simultaneamente para mais de 10 mil outras células nervosas, impulsos de um único neurônio.
No momento anterior em que virava a página ocorreu exatamente esse processo, pois o
cérebro conhecia a informação de como fazê-lo e essa informação teve que ser acessada
através dessas redes. Nesse processo o nervo que vai até o punho é conectado com a célula
nervosa da medula através da sinapse. Ao sair da medula espinhal o impulso para flexionar o
punho tem que chegar ao nervo que vai até o músculo que, ao se contrair, efetua a flexão do
punho. Ante todo esse processo temos a informação em nosso cérebro de como efetuar esse
movimento, mas antes disso também há a consciência de querer fazê-lo. É interessante saber
como o cérebro armazena a informação de como executar o movimento, como essa
informação é acessada e quanto a consciência de permitir e viabilizar esse movimento. Todo
esse processo requer a utilização de inúmeras células nervosas e incontáveis sinapses e a
velocidade com que isso ocorre é assustadora, de modo que fica muito difícil a medição da
freqüência desses micro-pulsos bioelétricos entre uma conexão e outra
5
3 POTENCIAL DE AÇÃO E A BIOELETRICIDADE CEREBRAL
Os processos que ocorrem nas células nervosas só podem ser mais claramente
compreendidos se retornarmos a 1869. Nesse ano foi proposto por Otto Friedrich Karl Deiters
que havia dois tipos diferentes de processos ramificados nas células nervosas: Os dendritos e
os axônios. Mais tarde, por volta de 1870, o alemão Julius Bernstein contribui amplamente no
entendimento do fator de polarização e despolarização das células nervosas, durante o
potencial de ação, onde a membrana do neurônio e da fibra muscular são polarizadas
eletricamente mesmo quando inativas, com a superfície externa positiva em relação à interna.
Logo pode perceber-se que o potencial de ação é uma despolarização auto-propagada da
despolarização da membrana. H. P. Bowdich determinou, dando seqüência ao estudo anterior,
que o potencial de ação do músculo é um fenômeno tudo-ou-nada (se a intensidade de
estimulação atinge um limiar mínimo, ele ocorre, com intensidade independente da
estimulação, caso contrário não ocorre). Após essas descobertas Francis Gotch descobre o
mesmo para o potencial de ação do nervo.
Em 1922, a partir do trabalho “A Study Of The Action Currents Of Nerve With A
Cathode Ray Oscillograph ” que só foi possível após a invenção do osciloscópio de tubo de
raios catódicos, Herbert Spencer Gasser, Joseph Erlanger e Edgard D. Adrian, conseguem
demonstrar o decurso temporal preciso do potencial de ação, seu período refratário, as
respostas locais gradativas (potenciais elétricos) e a natureza iônica das respostas tudo-ou-
nada. Posteriormente foi descoberto por Erlanger e Gasser a existência de vários tipos de
fibras nervosas, que podem ser classificadas de acordo com sua velocidade de comunicação.
A lei do tudo ou nada diz que: Um neurônio só consegue enviar um impulso se a
intensidade do impulso for acima de um determinado nível, fazendo com que a sua membrana
seja despolarizada e repolarizada. Este valor mínimo que permite a transmissão do potencial
de ação é conhecido como potencial limiar. Os valores abaixo do potencial limiar são
conhecidos como sublimiares, e cada célula tem um valor característico de potencial limiar.
(CED/UFSC)
6
4 MEMBRANA DO NEURÔNIO
“A membrana plasmática tem um neurônio semipermeável: altamente permeável aos
íons K+ e fracamente permeável aos íons Cl – e íons Na+ . No fluido extracelular a eletro-
neutralidade é preservada por um balanço entre uma alta [Na+ ] e uma alta [Cl – ], assim como
pequenas quantidades de íons como bicarbonato, fósforo, sulfato e outros. No citoplasma, onde a
[K+ ] é alta, a [Cl – ] é muito menor daquela necessária para balancear a soma das cargas positivas.
A eletro-neutralidade é então mantida por proteínas negativamente carregadas que interagem com a
membrana citoplasmática. Um balanço osmótico é mantido entre o citoplasma e o líquido
extracelular. Estas propriedades: a pressão osmótica, a eletro-neutralidade de cada lado da
membrana, semi-permeabilidade, criam um potencial elétrico de equilíbrio no qual a parte interna
da membrana é mais negativa que a parte externa, chamado de potencial da membrana que varia
entre -60 a -75milivolts (o sinal negativo indica que a parte interior da membrana é negativa). Neste
estado o neurônio é dito estar polarizado. O neurônio pode ser hiper-polarizado (potencial mais
negativo) ou despolarizado (potencial menos negativo).” (Revista eletrônica do Departamento de
Química-UFSC- NeuroQuímica).
7
IMAGENS AÇÃO CEREBRAL (IRMF).
A relação entre a atividade cerebral e o aumento do fluxo sanguíneo local abre uma
janela para os estudos e criação de imagens com base nessa relação. No entanto sabe-se que
um maior consumo de oxigênio pelo cérebro não é acompanhado do aumento desse fluxo
sanguíneo.
Nas atividades cerebrais há atuação de dois tipos de hemoglobinas, a hemoglobina
oxigenada (oxi-Hb) e hemoglobina desoxigenada (deoxi-Hb). Durante as atividades cerebrais
identifica-se uma alteração local na razão entre a (oxi-Hb) e a (deoxi-Hb). Em consequência disso
ocorre redução na concentração da hemoglobina desoxigenada.
Nesses dois tipos de hemoglobinas verifica-se distintas características magnéticas justamente
relacionada à oxigenação dessas hemoglobinas. No caso da hemoglobina desoxigenada,sua
característica é paramagnética, enquanto que a hemoglobina oxigenada é diamagnética. Com base
nessa relação espera-se que haja um contraste das imagens em regiões de atividade cerebral
relacionada à diminuição de concentração de deoxi-HB.
Esse contraste obtido nessas imagens é conhecido como (Bold- blood oxigen level dependent),
quando ajustado com a ressonância magnética, permite a criação de uma imagem funcional do
cérebro. No entanto o contraste dessas imagens não é muito grande, algo em torno de 3% a 4%, mas
que ainda assim permite a identificação dessa variação do contraste através de algoritmos
computacionais já que essa faixa de variação seria muito pequena para a sua verificação visual
direta. O avanço dos estudos da obtenção dessas imagens se deu por volta da década de 90 e tem
importante papel no mapeamento das funções cerebrais e da intensidade de atividade cerebral
localizada.
DOR / AÇÃO CEREBRAL.
Segundo Antônio Damásio as respostas do cérebro em relação à dor física ocorrem mais
rapidamente que as respostas referentes à dor mental. Para Damásio as respostas à dor física
não só surgem mais rápido como se desfaz mais rapidamente também, já a dor mental demora
mais a se estabelecer e a se desfazer. Existe uma região do cérebro chamada de Córtex Insular
que é justamente responsável pelo processamento dessas respostas relacionadas às sensações.
No caso da compaixão pela dor física, as respostas no córtex insular são bem mais rápidas
que a compaixão pela dor mental. Nesse sentido Damásio acredita que a admiração e a
compaixão , duas notáveis “emoções sociais,” tem diferentes regiões do cérebro onde elas se
manifestam.
8
A diversidade nos mecanismos de neurotransmissão permite ao cérebro atender a várias
demandas. Algumas ações requerem rápidas respostas, como pisar com o pé no freio, desviar
a bola para o gol ou tirar a mão de uma chapa quente. Para processar e enviar a informação
necessária, existem grandes fibras nervosas que conduzem os impulsos a cerca de 100 metros
por segundo. Outras atividades, como algumas ligadas ao aprendizado, carregam a
informação mais lentamente, a 20 ou 30 metros por segundo.
A transferência de informação entre as sinapses é um processo complexo e cheio de
diversidades. Nem todos os sinais repassados de neurônio a neurônio têm como mensagem a
estimulação. Em alguns casos, o neurotransmissor liberado tem justamente a missão de
"tranquilizar" e inibir a célula vizinha. Sem esse efeito modulador, o cérebro entraria em
colapso. A estimulação simultânea e desordenada de células resulta em manifestações
desastrosas, como as crises epiléticas.
9
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
The Physics of the Brain <web.bryant.edu/~bblais/pdf/job_talk/index.htm> Acessado em 22 de novembro de
2011.
Horgan, J. (1994): "Can Science Explain Consciousness?", Scientific American, julho, 72-78.
As longas asas dos neurônios Edição Impressa 118 - Dezembro 2005 Projeto de Pesquisa Universidade de São
Carlos. <www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=2768&bd=1&pg=1&lg=>a> acessado em 22 de novembro de
2011.
Revista Brasileira de Ensino de Física
Rev. Bras. Ensino Fís. vol.32 no.1 São Paulo Jan./Mar. 2010
<http://dx.doi.org/10.1590/S1806-11172010000100007 > acessado em 22 de novembro de 2011.
Damasio AR. How the brain creates the mind. Scientific American, 281: 74–79, 1999.
Damasio AR. Investigating the biology of consciousness. Transactions of the Royal Society (London), 353:
1879–1882, 1998.
Revista eletrônica do Departamento de Química-UFSC- NeuroQuímica).
<http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/neuroquimica.html>
Física para ciências biológicas e biomédicas, E. Okuno, I.L. Caldas e C. Chow, Harper & Row do Brasil, 1982.
Biofísica, J.E.R. Durán, Pearson, 2003.
10
ANEXO