Os neurocientistas desencriptam o mistério dos movimentos oculares rápidos

Fonte: Leonardo da Vinci / Domínio Público

Em 1504, Leonardo da Vinci criou peças de cera do cérebro e cunhou o termo "cerebelo" que é latino para "cérebro pequeno". Um estudo inovador divulgado hoje informa que as células de Purkinje no cerebelo são responsáveis ​​pelo controle da execução precisa do olho rápido movimentos. Coincidentemente, da Vinci também pintou a Mona Lisa , que é conhecida mundialmente por parecer ter olhos itinerantes que seguem os espectadores ao redor do Louvre.

Meu pai, Richard M. Bergland, era um neurocirujano, neurocientista, jogador de tenis de classificação nacional e autor da The Fabric of Mind (Viking). Meu pai estava obcecado com as células de Purkinje e o cerebelo. Ele passou essa obsessão para mim.

Em 2007, meu pai morreu inesperadamente de um ataque cardíaco deixando sua busca para encontrar algum tipo de "santo graal" na neurociência incompleta. Eu fiz um voto em seu funeral que eu iria pegar a tocha e tentar encontrar respostas para suas hipóteses sobre células de Purkinje e o cerebelo. Todas as manhãs, acordei esperando que haja novas pesquisas que ajudem a descriptografar os mistérios do cerebelo. Escusado será dizer que fiquei encantado de ler sobre o novo estudo sobre movimentos oculares e células de Purkinje lançados esta manhã.

Purkinje Cells in the Cerebellum Control Rapid Eye Movements

Ilustração de células de Purkinje de Ramón y Cajal.

Fonte: Ramón y Cajal / Domínio Público

O estudo de outubro de 2015, "Codificação de Ação pelas Células de Purkinje do Cerebelo", foi publicado na revista Nature . Os pesquisadores descobriram que a atividade neuronal combinada de dois tipos aparentemente opostos de células de Purkinje no cerebelo do cérebro parece controlar movimentos oculares rápidos conhecidos como saccades.

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Em um resumo das descobertas, os editores descrevem este estudo dizendo: "As células de Purkinje são neurônios inibitórios no cerebelo com um papel central na coordenação da função motora do corpo. Tem sido pensado que eles codificam saccas de movimento de olhos, mas como isso é alcançado não era conhecido.

Gravação de células de Purkinje em macacos, David Herzfeld et al. Descobrir que as respostas combinadas de pico simples de estourar e pausar as células de Purkinje, mas não a população sozinha, previam a velocidade em tempo real da sacarina. Além disso, quando as células de Purkinje foram organizadas de acordo com seu campo de espinha complexa, as respostas da população codificavam velocidade e direção através de um campo de ganho ".

As células de Purkinje são nomeadas após Johannes Purkinje, que primeiro identificou esses neurônios em 1837. O Dr. Purkinje também foi a primeira pessoa a identificar a individualidade da impressão digital humana. Entre muitos outros deveres, as células de Purkinje são responsáveis ​​por comunicar a informação sensorial do motor do cerebelo ao córtex cerebral.

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The Cerebellum is a Primal Powerhouse

O cerebelo (vermelho) é apenas 10% do volume cerebral, mas abriga mais de 50% dos neurônios totais do cérebro.

Fonte: Wikimedia / Life Sciences Database

O cerebelo é uma das regiões mais antigas do cérebro. De uma perspectiva evolutiva, a capacidade de aprimorar um alvo e focar o olhar como caçadores era necessário para matar presas. O cerebelo é uma região cérebro primitiva e intuitiva em que confiamos para atacar presas em movimento com arco e flecha, ou uma lança.

Durante milênios, ambos os hemisférios do cerebelo evoluíram para funcionar perfeitamente com ambos os hemisférios do cérebro para criar um desempenho humano máximo. De uma perspectiva atlética, o cerebelo torna possível correr simultaneamente enquanto bloqueia seus olhos em um alvo em movimento. O cerebelo é a principal área do cérebro associada à coordenação mão-olho utilizada ao pegar uma bola de beisebol, bater uma bola de tênis, filmar um disco de hóquei, etc.

Diagrama do Reflexo Vestibulo-Ocular (VOR)

Fonte: Wikimedia / Creative Commons

Quando você muda a direção do seu olhar, seus movimentos de cabeça e olho são coordenados automaticamente entre eles através do reflexo vestibulo-ocular (VOR), que faz parte do sistema vestibular conectado ao cerebelo. O VOR é um movimento do olho reflexo que estabiliza as imagens na retina durante os movimentos da cabeça, produzindo automaticamente um movimento dos olhos na direção oposta do movimento da cabeça.

Meu pai geralmente dizia: "Deste estou absolutamente certo, tornar-se um neurocirurgião foi uma consequência direta do meu olho para a bola." Quando meu pai falou de ter um "olho para a bola" ele estava se referindo ao seu sistema VOR.

O reflexo vestíbulo-ocular precisa trabalhar muito rapidamente para manter uma visão clara e foco. Os movimentos da cabeça devem ser compensados ​​quase que imediatamente – caso contrário, sua visão pareceria um vídeo tirado com mão trêmula ou em movimento. Hipoteticamente, as anormalidades do VOR tornariam o mundo um lugar muito desorientador, como poderia ser o caso em pessoas com transtorno do espectro autista.

Como este estudo mais recente ilustra, a execução de movimentos oculares precisos depende criticamente do cerebelo. A atividade neuronal combinada de dois tipos aparentemente opostos de células de Purkinje no cerebelo do cérebro foi recentemente encontrada para controlar os movimentos oculares espirais conhecidos como saccades em macacos por David Herzfeld et al.

O que é um "Saccade"?

Fonte: Africa Studios / Shutterstock

Um saccade é um movimento rápido e simultâneo de ambos os olhos entre duas fases de fixação na mesma direção. À medida que a informação visual é recebida da retina é traduzida em informação espacial e depois transferida para centros motores para respostas motoras apropriadas.

Confiamos na precisão dos movimentos oculares sacádicos a cada milésimo de segundo de nossas vidas. Durante as condições normais do dia-a-dia, você faz cerca de 3-5 sacas por segundo, o que equivale a cerca de meio milhão de sacas por dia.

Alguém com dismetria sacádica produz movimentos oculares incontroláveis, incluindo microsaccades, flutter ocular e empurrões de onda quadrada, mesmo quando o olho está em repouso. A causa da dismetria é pensada para ser lesão no cerebelo ou lesões nos nervos proprioceptivos que levam ao cerebelo. Seu cerebelo é responsável pela coordenação de informações visuais, espaciais e outras sensoriais com controle motor.

Qual é a ligação entre células de Purkinje, movimentos oculares e autismo?

Fonte: Petr Novak / Wikimedia Commons

Recentemente, tem havido um fundamento de pesquisa que liga células de Purkinje, cerebelo e distúrbios do espectro do autismo (ASD). Os achados recentes de Herzfeld et al adicionam a um crescente corpo de evidências que potencialmente correlacionam anormalidades de células de Purkinje com autismo. Embora o estudo recente de Herzfeld não se refira especificamente ao autismo, as últimas descobertas sobre o papel das células de Purkinje no controle de movimentos oculares suportam pesquisas anteriores que ligam os movimentos oculares, o cerebelo e o autismo.

Nos distúrbios do espectro do autismo, o cérebro mostra consistentemente defeitos nas células de Purkinje, que têm um único axônio que projeta do cerebelo e cria conectividade do cerebelo para a maioria das outras regiões do cérebro. Pesquisas anteriores encontraram disfunção cerebelar em pessoas com ASD através de estudos pós-mortem de amostras de cérebro que mostraram perda de volume de células de Purkinje. Ao longo dos últimos anos, uma variedade de estudos confirmaram esse fenômeno na maioria dos cérebros autistas.

Um estudo de 2013, publicado na revista Nature , descobriu que o contato visual durante a primeira infância pode ser a primeira indicação de TEA. Os bebês normalmente começam a se concentrar em rostos humanos nas primeiras horas da vida. As crianças com autismo, no entanto, não apresentam interesse em fazer contato com os olhos, o que dificulta a leitura dos rostos. Aprender a entender as pistas sociais inconscientemente, prestando atenção aos olhos de outra pessoa é a chave para a conectividade social.

Outro estudo de agosto de 2013 descobriu que a orientação visual atípica em crianças de 7 meses poderia ser um sinal de risco para o autismo. O estudo intitulado "Microstrutura de matéria branca e orientação visual atípica em 7 meses de idade em risco de autismo" foi publicado no American Journal of Psychiatry . A matéria branca no corpo caloso conecta os hemisférios esquerdo e direito do seu cérebro.

Em 2014, os pesquisadores relataram que os brancos dos nossos olhos comunicam pistas sociais importantes que são fundamentais para a nossa ligação e sobrevivência, tanto a nível consciente como subconsciente. O estudo, "Discriminação inconsciente de cúmulos sociais de crianças brancas nos bebês", foi publicado na revista on-line Proceedings of the National Academy of Sciences . Os pesquisadores da Universidade da Virgínia e do Instituto Max Planck descobriram que a capacidade de responder às sugestões dos olhos geralmente começa a se desenvolver durante a infância em torno de sete meses de idade.

Em outro estudo a partir de março de 2013, uma equipe de pesquisa aprimorou o gene Tsc2 em células de Purkinje do cerebelo e descobriu que uma perda de Tsc2 em células de Purkinje leva a déficits comportamentais autistas. Os pesquisadores fornecem provas convincentes de que a perda celular de Purkinje no cerebelo e / ou disfunção pode ser uma ligação importante entre ASD, bem como um "fenômeno anatômico geral que contribui para o fenótipo ASD", de acordo com pesquisadores.

Em agosto de 2014, Samuel Wang e seus colegas da Universidade de Princeton informaram que anormalidades no início do cerebelo dificultam o desenvolvimento neural e podem ser uma possível raiz do autismo. Em agosto de 2014, eles publicaram sua teoria, "The Cerebellum, Sensitive Periods and Autism", na revista Neuron .

Sam Wang, Professor Associado de Biologia Molecular da Universidade de Princeton, está fazendo pesquisas fascinantes sobre o processamento da informação no cerebelo, incluindo suas contribuições para o aprendizado motor, o papel do cerebelo na função cognitiva e afetiva e transtorno do espectro autista.

Conclusão: O Cerebelo pode assumir o estágio central no século XXI

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. "Meu pai ficaria entusiasmado ao ver as novas evidências crescentes que ajudam a explicar tudo o que o cerebelo poderoso e misterioso está realmente fazendo.

As células de Purkinje e o cerebelo continuam enigmáticos. Dito isto, os neurocientistas estão fazendo um progresso constante usando a tecnologia do século XXI para nos ajudar a entender melhor o "pequeno cérebro" que Leonardo da Vinci identificou pela primeira vez há mais de 500 anos. Ainda temos um longo caminho a percorrer antes de descriptografar completamente esses mistérios, portanto, é necessária mais pesquisa.

Fique atento ao The Athete's Way para obter atualizações sobre os últimos achados da pesquisa sobre o cerebelo e as células de Purkinje. Se você quiser ler mais sobre este tópico, confira minhas postagens de blog anteriores da Psychology Today :

• "Purkinje Cells Burst to Life with State-Dependent Excitation"
• "Os brancos de seus olhos transmitem verdades subconscientes"
• "A neurociência de fazer contato com os olhos"
• "Movimentos oculares de 12 maneiras dão seus segredos"
• "Como a prática Hardwire a memória muscular a longo prazo?"
• "Coordenação mão-olho melhora habilidades cognitivas e sociais"
• "Ready, Set, Go! Como o cérebro se prepara para os movimentos? "
• "Como Daydreaming pode melhorar os resultados orientados para os objetivos?"
• "Autismo, células de Purkinje e Cerebelo estão entrelaçadas"
• "Como as células de Purkinje no Cerebelo estão ligadas ao autismo?"
• "Sincronização cerebral Idiosyncrática associada ao autismo"
• "Por que a dança é tão boa para o seu cérebro?"
• "Adicionar movimento a um ensaio mental melhora o desempenho"

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