O estudo de Alzheimer relaciona a tríade de áreas cerebrais com cognição

As varredagens cerebrais de pacientes com doença de Alzheimer e outras em risco para o transtorno levaram à identificação de três padrões de fatores de atrofia, criados usando modelagem matemática. Com base na perda de volume de matéria cinzenta ao longo dessas três principais áreas do cérebro, os pesquisadores identificaram uma correlação entre os padrões de atrofia e os sintomas específicos de Alzheimer que ocorrem em vários pacientes.

Fonte: Xiuming Zhang, Universidade Nacional de Cingapura, usado com permissão.

Um novo estudo publicado on-line hoje em Proceedings of the National Academy of Sciences informa que padrões distintos de atrofia dentro de três áreas cerebrais diferentes (cortical, subcortical ou temporal) podem ajudar a explicar como a perda de várias habilidades cognitivas se manifesta em pacientes com diagnóstico de Alzheimer doença (AD).

Para este estudo, uma equipe de pesquisadores do Hospital Geral de Massachusetts (MGH) da Harvard Medical School e da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) usou modelagem matemática para identificar como várias regiões do cérebro – algumas das quais não estão tipicamente ligadas à cognição – podem afetar habilidades cognitivas.

Cerebelo (latino para "cérebro pequeno") em vermelho é uma área de cérebro subcortical.

Fonte: Life Science Databases / Wikimedia Common

Por exemplo, o cerebelo (latino para "cérebro pequeno") tem sido historicamente considerado pelo estabelecimento médico como sendo responsável unicamente por atividades "não pensantes", como a coordenação do músculo fino. Esta nova pesquisa sugere que o cerebelo pode, de fato, desempenhar um papel importante na função cognitiva ou na degeneração da função executiva e da memória.

Em uma declaração ao Hospital Geral de Massachusetts, Thomas Yeo, Professor Assistente do Departamento de Engenharia Elétrica e Computacional da NUS e do Laboratório MGH para Neuroimagem Computacional, disse:

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"A gravidade dos sintomas e a neurodegeneração podem variar amplamente em pacientes com doença de Alzheimer. Nosso trabalho mostra que os participantes neste estudo exibem pelo menos três padrões de atrofia – cortical, temporal ou subcortical – que estão associados à variabilidade no declínio cognitivo, não apenas em pacientes diagnosticados com doença de Alzheimer, mas também em indivíduos com comprometimento cognitivo leve ou cognitivamente normais mas estão em risco para a doença de Alzheimer ".

A pesquisa da Yeo centra-se no desenvolvimento de algoritmos de aprendizagem de máquinas para a análise em larga escala de dados de imagem cerebral de alta dimensão e complexos. Esses modelos computacionais matemáticos permitem que os pesquisadores caracterizem como vários sistemas cerebrais suportam a cognição.

Para este estudo recente, Yeo e colegas analisaram dados coletados como parte da Iniciativa de Neuroimagem da Doença de Alzheimer (ADNI). O estudo incluiu um total de 379 participantes: 188 foram diagnosticados com doença de Alzheimer, 147 com comprometimento cognitivo leve e 43 que não sofreram alterações cognitivas, mas com maior risco de placas beta-amilóides associadas ao desenvolvimento da doença de Alzheimer.

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Como primeiro passo para a criação de modelos matemáticos, a equipe de pesquisa analisou os dados das ressonâncias magnéticas estruturais basais. Essas neuroimágenes ajudaram a estimar a probabilidade de que a atrofia em uma determinada região cerebral fosse vinculada a mudanças específicas na função executiva e na memória. Com base na localização dos fatores de atrofia, os pesquisadores determinaram uma correlação associada a uma combinação de três diferentes padrões de atrofia.

Três padrões de atrofia e áreas cerebrais associadas à doença de Alzheimer

1. Cortical: indicador de atrofia ao longo do córtex cerebral (áreas cerebrais no cérebro , latino para "cérebro").
2. Subcortical : indicador de atrofia no cerebelo, estriado e tálamo. (Áreas do cérebro na base do cérebro).
3. Temporal: indicação de atrofia do córtex temporal medial, hipocampo e amígdala (áreas do cérebro no lóbulo cortical atrás das orelhas).

Todas as três áreas do cérebro foram associadas à função executiva e ao declínio da memória em todo o espectro clínico. O fator cortical foi fortemente associado ao declínio da função executiva. O fator temporal mostrou a associação mais forte com a memória. O fator subcortical foi associado ao menor declínio da função executiva e da memória. Esses achados sugerem que padrões distintos de atrofia cerebral podem ser ligados a vários domínios cognitivos.

Cerebrum (latino para "cérebro") abriga o córtex cerebral e as regiões do cortical cerebral.

Fonte: Life Science Databases / Wikimedia Common

Como é sempre o caso, analisar a mecânica cerebral de qualquer doença ou desordem neurológica ajuda a identificar como as mudanças na estrutura cerebral ou na conectividade funcional estão ligadas a habilidades cognitivas específicas.

Por exemplo, em 1848, Phineas Gage sofreu um acidente no qual uma haste de ferro percorreu seu córtex orbitofrontal (OFC) nos lobos frontais. Antes de seus ferimentos cerebrais, Gage era conhecido por ser um homem agradável e de fala suave que vivia pelas regras da sociedade. Depois de seu acidente, Gage tornou-se um não-conformista desinibido e muitas vezes temperamental que pouco se preocupou com as regras da sociedade e poderia ser adversário. Ele viveu até 1860, mas após o incidente da táxi de ferro, sua personalidade foi tão alterada que seus amigos e familiares se referiam a ele como "não mais Gage". A ligação direta entre os danos do OFC e as mudanças de personalidade em Gage ajudou os pesquisadores a identificar a função de essa região específica do cérebro.

Assim como os neurocientistas identificaram o papel de vários lóbulos no cérebro durante o século XX, a próxima fronteira na neurociência no século XXI será o mapa de como várias "micro-zonas" em todo o cérebro interagem entre si. A descoberta de como várias combinações de atrofia cerebral em três áreas cerebrais está ligada à doença de Alzheimer ajuda a avançar nossa compreensão de como as mudanças no volume de matéria cinzenta em diferentes regiões do cérebro afetam aspectos específicos da cognição.

"Dysmetria do pensamento" Hipotema que as regiões subcorticais desempenham um papel na cognição

Nesse sentido, Jeremy Schmahmann (também do Massachusetts General Hospital) acredita que o cerebelo posterior poderia ocupar um lugar central no futuro com base em seu papel significativo na evolução humana e nos achados de sua unidade de ataxia MGH. O lóbulo posterior se expandiu exponencialmente em nossa evolução recente. Na verdade, apenas o córtex pré-frontal cresceu mais rapidamente do que o cerebelo posterior durante a evolução.

Schmahmann tem uma hipótese de que ele chama de "Dismênia do Pensamento", que é uma teoria de que o cerebelo pode ajustar nossos pensamentos exatamente como ele ajusta nossos movimentos musculares. Ele desenvolveu essa teoria depois de estudar vários pacientes com dano ao cerebelo e observando um padrão de déficit nos domínios cognitivos da função executiva, cognição espacial e linguagem. A nova pesquisa de seus colegas no laboratório computacional de neuroimagem da MGH afirma que as regiões subcorticais (incluindo o cerebelo) desempenham um papel na função executiva e na memória.

Em um estudo de 2010, Schmahmann e seus colegas da MGH cunharam o termo síndrome afetiva cognitiva cerebelar (CCAS), que também é chamado de "Síndrome de Schmahmann". O CCAS é representado por deficiências da função executiva que incluem problemas de planejamento, mudança de posição, raciocínio abstrato, fluência verbal e memória de trabalho. Os sintomas do CCAS são perseverança, distractividade e desatenção, que estão todos correlacionados com lesões, danos ou atrofia do cerebelo.

Curiosamente, a análise de exames cerebrais no estudo recente de Yeo et al. indicou que vários padrões de atrofia dois anos após a verificação inicial foram persistentes em uma ampla gama de indivíduos. A maioria dos participantes – incluindo aqueles no comprometimento cognitivo leve e cognitivamente normal – apresentou níveis de mais de uma área do cérebro que se atrofiava.

"A maioria dos estudos anteriores centrou-se em pacientes já diagnosticados, mas conseguimos estabelecer padrões de atrofia distintos, não apenas em pacientes diagnosticados, mas também em participantes em risco com comprometimento leve ou cognitivamente normais no início do estudo", diz Yeo. "Isso é importante porque a cascata neurodegenerativa que leva à doença de Alzheimer começa anos, possivelmente décadas, antes do diagnóstico. Então, entender diferentes padrões de atrofia entre indivíduos em risco é bastante valioso ".

Pesquisa futura explorará como várias regiões cerebrais influenciam outros transtornos neurológicos

Mais pesquisas são necessárias para entender melhor como os padrões de atrofia específicos estão relacionados à distribuição de amilóide e tau e identificar o mecanismo exato pelo qual essas mudanças afetam habilidades cognitivas específicas. Em sua declaração à MGH, concluiu Yeo,

"Estudos anteriores assumiram que um indivíduo só pode expressar um único padrão neurodegenerativo, o que é altamente restritivo, pois em qualquer pessoa idosa pode haver múltiplos fatores patológicos ao mesmo tempo – como a insuficiência vascular, juntamente com as placas amilóides e tau emaranhados que estão diretamente associados à doença de Alzheimer. Portanto, indivíduos que são afetados por múltiplas patologias coexistentes podem esperar exibir múltiplos padrões de atrofia ".

Thomas Yeo enfatiza que o mesmo tipo de modelagem matemática usado para analisar dados de neuroimagem neste estudo sobre Alzheimer pode ser usado para desconstruir o papel que várias regiões do cérebro desempenham em outros distúrbios neurológicos. Pesquisas futuras irão explorar como uma variedade de sintomas clínicos e padrões de volume de matéria cinzenta se desenrolam em outras doenças cerebrais, como doença de Parkinson, esquizofrenia e autismo. Fique ligado!