O Cerebellum Fine-Tune Complex Cerebral Functions?

Cerebelo em vermelho.

Fonte: Life Science Databases / Wikimedia Commons

Em 1504, Leonardo da Vinci criou peças de cera do cérebro humano e cunhou o termo cerebelo (latino para "cérebro pequeno"). Historicamente, o cerebelo tem sido considerado pela maioria dos neurocientistas como uma região do cérebro que está envolvida principalmente em atividades que não pensam, como coordenar o tempo e a precisão dos movimentos musculares.

Embora tenham sido cinco séculos desde que a da Vinci fez seus moldes de cera icônicos do cerebelo, os neurocientistas estão apenas começando a decodificar o misterioso "pequeno cérebro". Este é um momento muito emocionante para pesquisar e escrever sobre o cerebelo. Nos últimos anos, uma ampla gama de estudos demonstraram, pela primeira vez, que o cerebelo desempenha um papel fundamental em muitos dos nossos processos cognitivos, emocionais e criativos.

Cerebrum em vermelho.

Fonte: Life Science Databases / Wikimedia Commons

Em março de 2016, Ian Fyfe, MD, publicou um artigo, "Atrophy Cerebellar tem padrões específicos de doença", no revista Nature Reviews Neurology . ( Cerebellar significa "do cerebelo" e é a palavra da irmã para cerebral , que significa "do cérebro".) Na sua revisão, Fyfe destaca dois estudos recentes que identificaram padrões distintivos de atrofia cerebelar relacionados a padrões mais amplos do cérebro degeneração da rede. Ambos os estudos descobriram que a perda do volume cerebral da matéria cinzenta em regiões específicas do cerebelo está ligada à doença de Alzheimer (AD) e à demência frontotemporal (FTD).

Esta pesquisa acrescenta-se a uma crescente lista de estudos inovadores sobre o cerebelo que foram publicados no ano passado. Por exemplo, um estudo de abril de 2015 relatou que adolescentes com transtornos do espectro autista (TEA) apresentavam conectividade cerebelar anormal com áreas do cérebro (latino para "cérebro") envolvidas em funções cognitivas de ordem superior, como tomada de decisão, atenção e linguagem . Outros estudos no ano passado relacionaram ASD com desenvolvimento de células atípicas de Purkinje no cerebelo.

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Desenho de Purkinje por Ramón y Cajal em torno de 1899

Fonte: Santiago Ramón y Cajal / Domínio Público

Em janeiro de 2016, um estudo identificou uma correlação entre o dano das células cerebelares de Purkinje em veteranos de combate que experimentaram microblastos fortemente ligados ao distúrbio de estresse pós-traumático resistente ao tratamento (PTSD).

No extremo oposto do espectro, em maio de 2015, um estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Stanford informou que a atividade cerebelar robusta e saudável está ligada ao pensamento criativo e aos avanços inovadores.

Para ler uma cobertura mais aprofundada de todas as pesquisas mais recentes sobre o cerebelo, confira os links para as postagens anteriores da psicologia hoje na parte inferior desta página.

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Em março de 2015, o programa "Morning Edition" da NPR fez uma história característica sobre o cerebelo que destacou o trabalho de Jeremy Schmahmann, MD, do Hospital Geral de Massachusetts.

Depois de ouvir a peça NPR, enviei um e-mail ao Dr. Schmahmann para me apresentar e lhe fazer algumas perguntas sobre sua pesquisa inovadora sobre o cerebelo. Através de nossa correspondência, percebemos que Schmahmann e meu pai – que passaram muitos anos como chefe de neurocirurgia no Hospital Beth Israel em Boston – tinham uma conexão de "dois graus de separação" kismet através da Harvard Medical School.

Na primavera passada, eu também aprendi sobre a fascinante teoria de Schmahmann chamada "Dysmetria of Thought", que é basicamente uma hipótese de que o cerebelo ajuda a coordenar e afinar as funções cognitivas no córtex cerebral da mesma forma que melhora os músculos através da comunicação com os hemisférios esquerdo e direito do cérebro. (O hemisfério esquerdo do cérebro controla os movimentos no lado direito do corpo, o hemisfério direito do cerebelo controla os movimentos no lado direito do corpo e vice-versa).

Abaixo está um clipe do YouTube da palestra do Dr. Schmahmann, "A síndrome cognitiva afetiva cerebrais: implicações para a neuropsiquiatria", na qual ele explica sua teoria revolucionária de "Dismetria do pensamento" como relacionada ao cerebelo e às funções cerebrais.

Um dos pontos-chave deste vídeo é o fato de que, durante eons, cientistas do cérebro identificaram funções específicas de várias regiões cerebrais somente após um acidente vascular cerebral, acidente ou alguma outra doença danificar uma área específica que desencadeou déficits ou mudanças na personalidade. Por exemplo, a área de Broca (que é uma área do cérebro associada à fala) foi descoberta quando Pierre Paul Broca identificou deficiências em dois pacientes que haviam perdido a habilidade de falar após uma lesão na área do posterior giro frontal inferior.

Portanto, para identificar intervenções que otimizam a função cerebral, os neurocientistas confiam primeiro em fazer associações com várias funções cognitivas identificando quando e como as coisas correm errado. Por exemplo, qualquer descoberta sobre o cerebelo que identifica como a perda de volume cerebral (ou conectividade funcional) leva alguém "ao sul de zero" pode ser aplicada inversamente para levar alguém "ao norte de zero", identificando escolhas de estilo de vida ou produtos farmacêuticos que podem fortalecer a estrutura e conectividade funcional do cerebelo na direção oposta.

Pesquisas futuras sobre o cerebelo podem levar a avanços que ajudem as pessoas com demência, doença de Alzheimer, autismo ou PTSD a liderar vidas melhores. Esta pesquisa de mudança de jogo sobre o cerebelo também pode ser útil para identificar formas acionáveis ​​de otimizar o poder cerebral e funções cerebrais para pessoas de todas as esferas da vida.

"Tudo o que o Cerebelo está fazendo, está fazendo muito"

Se você está se perguntando como me interessei no cerebelo, aqui está a história de fundo. Meu pai, Richard Bergland, era neurocirurgião, neurocientista e autor da The Fabric of Mind (Viking). Meu pai estava obcecado com o cerebelo e passou essa obsessão para mim.

Embora o cerebelo seja apenas 10% do volume total do cérebro, os hemisférios cerebelares mantêm bem mais de 50% dos neurônios totais do cérebro. Com base no número desproporcional de neurônios no cerebelo, meu pai geralmente dizia: " Nós não sabemos exatamente o que o cerebelo está fazendo, mas o que quer que esteja fazendo, está fazendo muito disso. "

Em 2005, meu pai e eu criamos um modelo de cérebro dividido que marcou o cérebro como o "cérebro acima" e o cerebelo como o "cérebro baixo". Esta foi uma resposta direta e convincente para o modelo do cérebro esquerdo do cérebro direito que meu O pai ajudou a se destacar durante a década de 1970.

Além de sua própria escrita para uma audiência convencional, meu pai também era um especialista em medicina para livros, como o desenho de Betty Edwards no lado direito do cérebro . Embora meu pai inicialmente defendeu o modelo do cérebro direito direito direito, mais tarde em sua vida, ele se convenceu de que a divisão mais saliente no cérebro não estava entre o corpo caloso e os hemisférios cerebrais, mas sim entre o mesencéfalo que faz pontes no cérebro e cerebelo, e os vermis.

Quando meu pai faleceu de repente de um ataque cardíaco em 2007, fiz um voto de que eu faria o meu melhor para terminar o trabalho de sua vida, mantendo minhas antenas para novas pesquisas sobre o cerebelo. Meu objetivo é conectar os pontos da última neurociência de maneiras novas e úteis para um público em geral de leitura. Esse compromisso diário é o motivo pelo qual estou escrevendo este post do blog … Todos os dias, acordo, espero que haja novos avanços que façam nossa compreensão do misterioso e poderoso cerebelo.

Abaixo está um esboço simples que desenhei o que mapeia como os vários hemisférios do cérebro podem estar interligados de maneiras que ajustam nossos movimentos musculares e pensamentos.

Este esboço rudimentar ilustra como a matéria cinza e branca em ambos os hemisférios do cerebelo e do cérebro podem ser interligadas como parte de uma estrutura intrínseca.

Fonte: Ilustração e foto de Christopher Bergland.

Atrofia do cerebelo está ligada à doença de Alzheimer e à demência

O mês passado produziu uma abundância de novas pesquisas frutíferas sobre a conexão entre o cerebelo e funções cerebrais complexas. Como mencionei anteriormente, Ian Fyfe recentemente destacou dois estudos diferentes ao abrir novos caminhos, ligando a perda de volume cerebral no cerebelo como associado ao declínio cognitivo observado tanto na doença de Alzheimer quanto na Demência do Lobo Frontal.

Historicamente, os cientistas se concentraram apenas na atrofia no córtex cerebral como associados a doenças neurodegenerativas como a demência. Até recentemente, o cerebelo normalmente estava sob o radar. No entanto, as últimas pesquisas sugerem que os padrões de atrofia observados no cerebelo podem ser uma parte intrínseca de uma estrutura de degeneração baseada em rede na qual a neuropatologia se espalha através das redes de conectividade entre os quatro hemisférios cerebrais.

O primeiro estudo, "Vulnerabilidade Seletiva de Rede do Cerebelo Humano à Doença de Alzheimer e Demência Frontotemporal", foi realizado por pesquisadores da Austrália e publicado na edição de fevereiro de 2016 da revista Brain . Os pesquisadores identificaram que as redes neurais específicas entre os circuitos cerebelares – que compartilham conexões extensas com o córtex cerebral – podem ser direcionadas seletivamente por certas doenças neurodegenerativas.

Para este estudo, os neurocientistas examinaram a atrofia estrutural no cerebelo através de tipos comuns de doenças neurodegenerativas e caracterizaram os padrões de conectividade funcional dessas regiões de atrofia cerebelar.

Os pesquisadores australianos concluíram que a doença de Alzheimer e a demência frontotemporal estão associadas a atrofia distinta e circunscrita no cerebelo. Esta é a primeira vez que os pesquisadores demonstraram a vulnerabilidade seletiva do cerebelo a doenças neurodegenerativas comuns. Os pesquisadores do estudo concluíram,

"Nosso trabalho também tem implicações diretas na contribuição cerebelar aos processos cognitivos e afetivos comprometidos na neurodegeneração, bem como a prática de usar o cerebelo como região de referência para estudos de neuroimagem de ligandos".

O segundo estudo, "Padrões de Atrofia Cerebelar Regional na Demência Frontotemporal Genética", foi realizado por pesquisadores do University College London (UCL) e publicado na edição de fevereiro de 2016 da Neuroimagem: Clínica .

A demência frontotemporal (FTD) é um distúrbio neurodegenerativo heterogêneo com um forte componente genético. O cerebelo não tem sido tradicionalmente considerado envolvido na FTD, mas uma pesquisa recente sugere um vínculo potencial com a atrofia cerebelar porque o cerebelo está amplamente conectado a diferentes regiões cerebrais no cérebro, incluindo áreas-chave envolvidas no FTD.

Os pesquisadores apontam que, embora o vermis (que conecta o hemisfério esquerdo e direito do cerebelo) tenha sido sabido como envolvido na integração de entrada sensorial em relação aos comandos motores, "também é considerado o" cerebelo límbico ", envolvido em a modulação de emoções e comportamentos sociais, com base em suas conexões com as estruturas do cérebro límbico ".

A integridade da matéria cinzenta e branca entre o Cerebrum eo Cerebelo está interligada?

Ontem, eu escrevi uma postagem de blog do Psychology Today , "Want to Bulk Up Your Brain? Burn Some Calories Via Exercise ", com base em um novo estudo que descobriu que a queima de calorias através da atividade física estava ligada ao aumento do volume de matéria cinzenta no cérebro. Outros estudos recentes descobriram que a falta de exercício está ligada à redução dos volumes cerebrais da matéria cinzenta no cérebro.

Fonte: Wikimedia Commons

Nesse sentido, em um estudo de agosto de 2015, pesquisadores do Instituto Beckman da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign relataram que o exercício aeróbio e a aptidão física melhoram a integridade dos tratos da substância branca que conectam a matéria cinzenta em diversas regiões cerebrais. Essa melhora na integridade da substância branca foi associada à melhoria da flexibilidade cognitiva e da atividade cerebral espontânea em adultos mais velhos.

Em The Athlete's Way , eu discuto que a atrofia do cerebelo está ligada ao sedentarismo. Pessoas que estão acamadas por mais de seis meses podem perder até 23 por cento do volume de células de Purkinje no cerebelo.

Com base nas descobertas mais recentes, pode-se pensar que a atividade física pode estimular o crescimento da matéria cinzenta através da neurogênese em ambos os hemisférios do cérebro e cerebelo. Por outro lado, sentar-se durante todo o dia pode fazer com que o volume de matéria cinzenta em todos os quatro hemisférios do cérebro encolhe e simultaneamente reduz a conectividade funcional da substância branca entre as regiões do cérebro.

Fonte: EO Hoppe / Public Domain

Albert Einstein disse sobre E = mc2, "pensei nisso enquanto eu andava na minha bicicleta". Einstein era notório por fazer longas caminhadas ao redor do campus de Princeton, andar de bicicleta regularmente e ser um violinista virtuoso aos sete anos de idade. Curiosamente, em 2013, um estudo póstumo dos hemisférios do cérebro cerebral de Albert Einstein revelou que ele tinha conectividade extraordinariamente robusta entre os hemisférios esquerdo e direito de seu cérebro que pode ter provocado seu brilho.

Embora seja pura especulação da minha parte, não ficaria surpreso ao saber que Einstein também tinha estrutura robusta e conectividade funcional entre seus hemisférios cerebelares com base em sua atividade física e musicalidade.

Uma das principais razões pelas quais eu estou em uma cruzada para colocar o cerebelo no centro das atenções (e fazer uma palavra doméstica cerebelar ) é minha convicção de que a chave para maximizar o potencial humano de cada indivíduo reside na otimização da estrutura e da conectividade funcional de todos quatro hemisférios cerebrais ao longo de sua vida útil.

Como pai de um filho de 8 anos, tenho a sorte de que as rotinas e a educação diária da minha filha representam uma mistura igual de aprendizado cerebral cristalizado do conhecimento "explícito" e da aprendizagem "implícita" cerebelar. Além das atividades cerebrais que flexibilizam suas "inteligências do livro", a rotina semanal da minha filha inclui atividades cerebelares, como tênis, natação, balé, taekwondo, piano e violino, fazendo arte, etc. Coletivamente, esses "brain brain" As atividades fortalecem o desenvolvimento e conectividade de seu cerebelo e cerejeira.

Sentando-se e memorando fatos durante todo o dia Stagnates the Cerebellum

Infelizmente, com a ênfase excessiva nos resultados de testes padronizados, há uma reação no joelho para reduzir o financiamento de programas artísticos e atléticos nas escolas públicas porque a maioria das pessoas não considera esses programas como relacionados à realização acadêmica. Eu acredito que isso é míope por muitas razões.

Tenho o privilégio de ser formada no Hampshire College, que é uma das poucas faculdades no país sem testes ou notas. Em Hampshire, você nunca precisa memorizar fatos ou se sentir pressionado para obter uma A + em um exame. Eu acredito que tirar a ênfase da inteligência cristalizada e dos resultados de testes leva a um pensamento mais fluido.

A pedagogia do Hampshire College nutre a conectividade entre o cerebelo e o cérebro. Quando alguém tem a liberdade de "desmarcar" seu córtex pré-frontal e seu pensamento cerebral, ele promove a criatividade, permitindo que o cerebelo se integre e ajuste as idéias complexas entre os quatro hemisférios do cérebro de maneiras novas e inesperadas. Este tipo de pensamento leva a Eureka! Momentos, patentes, marcas, etc.

Estou em missão de coletar dados científicos que confirmem a importância das atividades diárias que fortalecem a arquitetura e a conectividade de todos os quatro hemisférios do cérebro desde uma idade jovem, na tentativa de persuadir os formuladores de políticas dos EUA a financiarem programas artísticos e esportivos. A longo prazo, nossa força de trabalho e economia se beneficiarão ao alocar recursos para programas de arte, música e atletismo nas escolas públicas americanas.

Como uma nação, se quisermos que a próxima geração de jovens americanos tenha níveis de poder cerebral do V12, precisamos enfatizar os testes padronizados e focarmos igualmente o desenvolvimento do cerebelo e do cérebro de cada criança ao mesmo tempo. Concentrar-se estritamente no conhecimento cristalizado realizado no cérebro – e forçar as crianças a ficarem quietas o dia inteiro na escola, agarrando suas cabeças cheias de fatos e figuras – voltará contra o longo prazo se negligenciarmos o cerebelo e permitimos a atrofia.

Para facilitar a inteligência fluida e o pensamento criativo, acredito que é imperativo que os pais, os educadores e os treinadores tenham os recursos que permitem que nossos filhos permaneçam fisicamente ativos durante o recesso, praticar esportes e se expressar através das artes e da música. Isso não só irá beneficiar a saúde de seus corpos, mas também beneficiará a estrutura e conectividade funcional de todos os quatro hemisférios dentro dos cérebros.

Conclusão: nova tecnologia ajudará a decodificar o misterioso cerebelo

Para encerrar, houve uma outra descoberta neurocientífica nesta semana que poderia abrir mais portas em termos de nossa compreensão do cerebelo. Pesquisadores do Instituto Max Planck da Flórida para Neurociências anunciaram que eles aperfeiçoaram novas técnicas revolucionárias para avaliar a atividade de aprendizagem motora de neurônios de Purkinje por dias, semanas ou mesmo meses em ratos enquanto estão acordados.

O estudo de março de 2016, "Imagem crônica de atividade de cálcio celular de Purkinje relacionada ao movimento em ratos de comportamento acordado", foi publicado no Journal of Neurophysiology.

Estas técnicas de última geração permitirão que os neurocientistas identifiquem as caracterizações específicas das células de Purkinje em tempo real, pois o mouse se engaja na atividade motora e outros comportamentos. Em um comunicado de imprensa, o co-autor Jason M. Christie, Ph.D., disse: "Nosso trabalho traz uma visão significativa sobre a compreensão dos circuitos neurais dentro do cerebelo, o que será essencial para entender como esses circuitos são alterados em condições patológicas ".

Este é um momento muito emocionante para pesquisar e informar sobre o cerebelo. Aposto que se Leonardo da Vinci estivesse vivo hoje, ele ficaria agradavelmente surpreendido ao saber que o "pequeno cérebro", que há muito tempo nas sombras, está recebendo o maior faturamento no século XXI. Eu sei com certeza que meu pai ficaria entusiasmado ao ver que os avanços na tecnologia de imagem cerebral ajudam a resolver o enigmático enigma do que todos os neurônios do cerebelo estão realmente fazendo … Fique atento para mais pesquisas de ponta sobre o cerebelo.

Para ler mais sobre este tópico, confira minhas postagens de blog do Psychology Today ,

• "Genius de Einstein ligado a Hemisferes de cérebro bem conectados"
• "Muito pensamento cristalizado reduz a inteligência fluida"
• "O" cérebro direito "não é a única fonte de criatividade"
• "O sucesso duradouro da neurociência do Madonna"
• "As atividades físicas podem melhorar a inteligência de fluidos?"
• "O treinamento musical otimiza a função cerebral"
• "A neurociência da imaginação"
• "O Cerebelo pode ser o lugar da criatividade"
• "Crianças e salas de aula: por que o meio ambiente"
• "A criatividade da infância leva à inovação na idade adulta"
• "Por que Overfishing Sabota o Processo Criativo"
• "Superfluidez: Decodificando o Enigma da Flexibilidade Cognitiva"
• "Como as células de Purkinje no Cerebelo estão ligadas ao autismo?"
• "Cerebellum Damage pode ser o Rood of PTSD in Combat Veterans"

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