Estudos Cerebelo desafiam noções antigas de como pensamos

Depois de séculos sendo ignorado, o cerebelo está recebendo o devido reconhecimento.

Esta ilustração anatômica do início do século 20 do cérebro humano (a partir de baixo) mostra os hemisférios esquerdo e direito do cerebelo e do cérebro. “Cerebelo” é a palavra irmã para “cerebral” e significa “relacionado ou localizado no cerebelo”. “Cerebro-Cerebelar” geralmente se refere à conectividade funcional e interação entre regiões específicas do cérebro e sub-regiões do cerebelo.

Fonte: Wikipedia / domínio público

Até 1998, a maioria dos neurocientistas aderiu à antiga noção de que o cerebelo (latim para “cérebro pequeno”) era responsável apenas por funções motoras e não tinha nada a ver com cognição. Antes de Jeremy Schmahmann publicar três documentos consecutivos no final do século XX, acreditava-se que o cerebelo humano supervisionava o tempo e a coordenação dos movimentos musculares afinados, mas definitivamente não estava envolvido em Pensamento cerebral ou pensamentos cognitivos.

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Os três artigos fundamentais de Schmahmann sobre o papel do cerebelo humano na cognição do final da década de 1990 foram: “O Sistema Cerebrocerebelar” (1997), “A Síndrome Afetiva Cognitiva Cerebelar” (1998) e “Dismetria do Pensamento: Consequências Clínicas da Disfunção Cerebelar na Cognição”. e Afeto ”(1998).

Graças aos esforços pioneiros de Schmahmann e outros pioneiros do cerebelo nas últimas duas décadas, a concepção mal informada de “função motora apenas” do cerebelo foi desmascarada. Hoje, a maioria dos neurocientistas concorda que, além de uma ampla gama de funções motoras, o cerebelo também está envolvido em múltiplas funções cognitivas, emocionais, sociais e lingüísticas não-motoras. (Para mais informações, “Da Vinci estava certo: o cerebelo merece mais reconhecimento”).

A recente publicação de dois novos estudos sobre o cerebelo de última geração continua a informar nossa visão sempre em evolução do “pequeno cérebro” e como todo o cérebro funciona em conjunto para gerar pensamentos e coordenar o pensamento usando alças cortico-cerebelares e cerebrais redes cerebrais.

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O primeiro artigo novo do Baylor College of Medicine, “Um ciclo cortico-cerebelar para o planejamento motor”, foi publicado em 17 de outubro na revista Nature . O segundo artigo, de pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis e intitulado “Organização Espacial e Temporal do Cerebelo Humano Individual”, foi publicado em 25 de outubro na revista Neuron .

Este post do blog é dividido em duas partes que exploram cada um desses estudos de outubro de 2018 separadamente.

Primeira parte: “Um ciclo córtico-cerebelar para planejamento motor”, de Gao et al.

Cerebelo (latim para “cérebro pequeno”) em vermelho.

Fonte: Banco de Dados de Ciências da Vida / Wikipedia Commons

Zhenyu Gao et al. demonstraram que regiões específicas do cerebelo estão ativas na memória de curto prazo, mesmo quando o corpo não está em movimento. Notavelmente, os pesquisadores descobriram evidências diretas usando um modelo de rato que a atividade da memória no córtex frontal parece ser dependente da atividade no cerebelo.

Este estudo foi conduzido por um colaborador de pesquisa internacional liderado pelo autor sênior Nuo Li e sua equipe de laboratório no Baylor College of Medicine em Houston, Texas, juntamente com neurocientistas no Janelia Research Campus do Howard Hughes Medical Institute em Ashburn, Virginia, e primeiro autor Zhenyu Gao e colegas do Centro Médico da Universidade Erasmus, em Roterdão, Holanda.

O aspecto mais significativo do mais recente estudo de modelo de mouse do Nuo Li Lab é que os pesquisadores conseguiram se concentrar na atividade neural no cerebelo durante os períodos em que o sujeito de teste não estava se movendo, mas pensando em seu próximo movimento.

Córtex frontal em vermelho.

Fonte: Banco de Dados de Ciências da Vida / Wikipedia Commons

“Sabíamos que o córtex frontal e o cerebelo estão anatomicamente conectados uns com os outros”, disse Li em um comunicado. “Também sabíamos que, em humanos, sabe-se que os danos do cerebelo causam problemas de memória ou planejamento, portanto, os dois podem estar conectados. Descobrimos que a saída do cerebelo atinge o córtex frontal e vice-versa. Quando interrompemos a comunicação entre as duas áreas do cérebro, a atividade da memória é interrompida. Nossos resultados mostram que a atividade orquestrando um único comportamento é coordenada por várias regiões do cérebro ”.

Para fazer essa descoberta sobre como as alças cortico-cerebelares funcionam durante a aprendizagem motora, os pesquisadores treinaram camundongos em uma tarefa de aprendizado que os obrigou a tomar uma decisão cognitiva baseada na memória de curto prazo.

Os autores concluem: “Em humanos, o dano cerebelar pode causar defeitos no planejamento e na memória de trabalho. Aqui mostramos que a representação persistente da informação no córtex frontal durante o planejamento motor depende do cerebelo. Nossos resultados apóiam a visão de que a dinâmica neural persistente durante o planejamento motor é mantida por circuitos neurais que abrangem múltiplas regiões cerebrais e que as computações cerebelares se estendem além do controle motor on-line ”.

O cerebelo é um ator central quando se trata de performance atlética e esportes. “O cerebelo é conhecido por guiar nosso movimento aprendendo com os erros”, explicou Li em um comunicado. “Quando aprendemos a atirar uma bola de basquete, inicialmente temos muitos tiros perdidos. No entanto, o cérebro pode ajustar nossas fotos ajustando nossos movimentos com base nos erros das fotos perdidas e, eventualmente, produzindo tomadas precisas. Sabe-se que o cerebelo é responsável por esse aprendizado motor. Ele combina erros dos movimentos perdidos e o movimento que foi feito para produzir um movimento mais preciso. ”

A próxima fase da pesquisa da equipe de Li testará se o cerebelo usa ou não o mesmo processo de aprendizado “tentativa e erro” que é ativado durante a aprendizagem motora nos esportes para dominar mais atividades cerebrais como jogar xadrez.

Parte Dois: “Organização Espacial e Temporal do Cerebelo Humano Individual” por Marek et al.

O comunicado à imprensa da Escola de Medicina da Universidade de Washington em St. Louis, anunciando a publicação de um novo estudo cerebelar liderado pelo pesquisador de pós-graduação Scott Marek, tem um título que chama a atenção: “Centro de Controle de Qualidade da Mente Encontrado na Área Cerebral Muito Ignorada: Verificações de Cerebelo e corrige os pensamentos, o movimento ”.

Porque eu tenho tentado (com sucesso limitado) colocar o cerebelo muitas vezes negligenciado no centro das atenções por mais de uma década e me esforçar para fazer do cerebelo uma palavra doméstica, eu não pude deixar de balançar a cabeça e dizer “Sim! Isso é exatamente certo ”em voz alta enquanto eu leio o texto deste press release:

“O cerebelo não pode ficar sem respeito. Localizado inconvenientemente na parte inferior do cérebro e inicialmente pensado para ser limitado ao controle do movimento, o cerebelo tem sido tratado como uma reflexão tardia por pesquisadores estudando funções cerebrais superiores. Mas os pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Washington, em St. Louis, dizem que negligenciar o cerebelo é um erro. Suas descobertas, publicadas em 25 de outubro em Neuron , sugerem que o cerebelo tem uma mão em todos os aspectos das funções cerebrais superiores – não apenas o movimento, mas a atenção, o pensamento, o planejamento e a tomada de decisões ”.

Para este estudo, os pesquisadores do WUSTL no Laboratório de Dosenbach mediram o momento da atividade do cérebro humano usando a conectividade funcional de ressonância magnética e descobriram que os sinais dos sistemas sensoriais eram processados ​​em redes intermediárias do córtex cerebral antes de serem enviados para o cerebelo. Notavelmente, essas varreduras cerebrais mostram que o cerebelo contém uma organização de rede específica do indivíduo que é significativamente mais variada do que no córtex cerebral. Como os autores explicam:

“Estudos de traços transneuronais seminais mostraram que as regiões posteriores laterais do cerebelo formam circuitos de circuito fechado com regiões do córtex pré-motor, pré-frontal e parietal posterior em macacos (Dum e Strick, 2003; Kelly e Strick, 2003; Strick e cols. ., 2009), fornecendo um quadro anatômico para um papel putativo em mecanismos de feedback adaptativo para modificação comportamental de movimento e processos cognitivos. Assim, a caracterização do cerebelo puramente como uma estrutura motora conservada é antiquada e imprecisa (Buckner, 2013; Caligiore et al., 2017; Fiez, 1996; Leiner et al., 1989; Schmahmann, 2004; Schmahmann et al., 2009). Strick et al., 2009). Embora estudos anteriores tenham fornecido uma estrutura anatômica e funcional para entender as contribuições do cerebelo para a função cerebral, o grau de especificidade individual na organização funcional do cerebelo é atualmente desconhecido ”.

Marek et al. especulamos que, como parte de um sinal cerebral cerebrais cerebro-cerebelares, os testes finais de qualidade no cerebelo sejam submetidos antes de serem enviados de volta ao córtex cerebral para implementação. Os autores disseram: “Dada a presença de alças cortico-cerebelares e seu papel na sinalização de erro e plasticidade adaptativa, estávamos particularmente interessados ​​na organização temporal da atividade infra-lenta (ISA) entre o cerebelo e o córtex cerebral”.

A pesquisa de Marek desenterrou uma nova estatística surpreendente: apenas 20% do cerebelo é dedicado exclusivamente às funções motoras; os 80% restantes parecem estar ocupados por regiões cerebelares não motoras envolvidas em cognição de ordem superior. “As redes de funções executivas estão super-representadas no cerebelo”, disse Marek em um comunicado. “Todo o nosso entendimento do cerebelo precisa se afastar do envolvimento no controle motor e estar mais envolvido no controle geral da cognição de alto nível.”

“A maior surpresa para mim foi a descoberta de que 80 por cento do cerebelo é dedicado ao material inteligente”, acrescentou o autor sênior Nico Dosenbach. “Todos pensavam que o cerebelo era sobre movimento. Se o seu cerebelo estiver danificado, você não poderá se mover suavemente – sua mão se moverá ao tentar alcançar alguma coisa. Nossa pesquisa sugere fortemente que, assim como o cerebelo serve como uma verificação de qualidade do movimento, ele também verifica seus pensamentos – suavizando-os, corrigindo-os, aperfeiçoando as coisas ”.

Um aspecto inesperado desta pesquisa cerebelar está relacionado à sensibilidade do cerebelo ao álcool. Os pesquisadores especulam que o mau julgamento e a falta de controle de impulso que ocorre depois que alguém bebe muito álcool pode estar enraizado no cerebelo. Todo mundo sabe que estar intoxicado torna os movimentos físicos das pessoas desconcertados como marcados por fala arrastada e incapacidade de andar em linha reta. Curiosamente, as últimas descobertas feitas por Marek e sua equipe sugerem que a má tomada de decisão, estimulada pelo consumo de álcool, pode ser um reflexo do cerebelo perder sua capacidade de monitorar e controlar a qualidade das funções executivas.

“Muitas pessoas que estão olhando para as ligações entre a função cerebral e o comportamento simplesmente ignoram o cerebelo”, disse Dosenbach em um comunicado. “Eles retiram esses dados e os jogam fora, porque não sabem o que fazer com eles. Mas há quatro vezes mais neurônios no cerebelo do que no córtex cerebral, por isso, se você está deixando de fora o cerebelo, já deu um tiro no pé antes de começar. A promessa de imaginar todo o cérebro humano de uma vez é entender como tudo funciona em conjunto. Você não pode ver como todo o circuito funciona quando você está perdendo uma grande parte dele. ”

Os autores concluem, “[Nossos] resultados sugerem que uma função de domínio geral do cerebelo pode ser a correção final de todos os processos motores e cognitivos corticais”.

O próximo passo de Marek e da equipe de pesquisa no Laboratório de Dosenback é investigar como as diferenças individuais na estrutura do cerebelo e conectividade funcional estão correlacionadas com vários tipos de inteligência, comportamento, traços de personalidade e transtornos psiquiátricos.

Referências

Scott Marek, Joshua S. Siegel, Evan M. Gordon, Ryan V. Raut, Dillan J. Newbold, Mário Ortega, Timothy O. Laumann, Derek B. Miller, Annie Zheng, Katherine C. Lopez, Jeffrey J. Berg, Rebecca S. Coalson, Annie L. Nguyen, Donna Dierker, Andrew N. Van, Catherine R. Hoyt, Kathleen B. McDermott, Scott A. Norris, Joshua S. Shimony, Abraham Z. Snyder, Steven M. Nelson, Deanna M. Barch, Bradley L. Schlaggar, Marcus E. Raichle, Steven E. Petersen, Deanna J. Greene, Nico UF Dosenbach. “Organização Espacial e Temporal do Cerebelo Humano Individual”. Neurônio (Primeira publicação: 25 de outubro de 2018) DOI: 10.1016 / j.neuron.2018.10.010

Zhenyu Gao, Courtney Davis, Alyse M. Thomas, Michael N. Economo, Amada M. Abrego, Karel Svoboda, Chris I. De Zeeuw e Nuo Li. “Um ciclo cortico-cerebelar para planejamento motor” Nature (Publicado pela primeira vez em 17 de outubro de 2018) DOI: 10.1038 / s41586-018-0633-x

Jeremy D. Schmahmann e Deepak N.Pandyat. “O Sistema Cerebrocerebelar”. Revista Internacional de Neurobiologia (1997) DOI: 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann e Janet C. Sherman. “A Síndrome Afetiva Cognitiva Cerebelar.” Cérebro: Um Jornal de Neurologia (1998) DOI: 10.1093 / brain / 121.4.561

Jeremy D. Schmahmann. “Dismetria do Pensamento: Conseqüências Clínicas da Disfunção Cerebelar na Cognição e no Afeto.” Tendências em Ciências Cognitivas (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2