Seus olhos são uma janela no funcionamento interno do seu cérebro
Todas as manhãs, acordo, espero que haja novidades que nos ajudem a entender melhor o funcionamento interno do cerebelo (latino para "cérebro pequeno"). O cerebelo é conhecido principalmente por seu papel em todos os tipos de coordenação sensório-motora e criando fluidez de movimento. Hoje, um novo estudo de uma equipe de pesquisadores internacionais revela mais pistas sobre como os neurônios específicos do cerebelo estão ligados aos nossos olhos sendo uma janela para o cérebro.
Eu sei que ansioso por uma nova pesquisa " cerebelar " (relacionada ou localizada no cerebelo) é uma razão extremamente esotérica para sair da cama pela manhã … Mas, para mim, descodificar os mistérios das células de Purkinje e do cerebelo é profundamente pessoal.
Antes de sua morte súbita em 2007, meu pai – que era neurocientista, neurocirurgião e autor de The Fabric of Mind (Viking) – inventou os últimos anos de sua vida tentando resolver enigmas multifacetados e enigmáticos do cerebelo. Ele morreu antes que avanços na tecnologia de neuroimagem tornassem possível para ele realizar seus sonhos e hipóteses. No seu funeral, fiz um voto de que eu faria o meu melhor para manter a paixão do meu pai pelo "cérebro" vivo ao longo do século XXI.
Ao longo da última década, mantive minhas antenas para avançar na tecnologia da neurociência e me esforcei para conectar os pontos de pesquisas aparentemente não relacionadas sobre o cerebelo de maneiras novas e úteis.
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Ao escrever o manuscrito de The Athlete's Way (St. Martin's Press) em 2005, falei com meu pai todos os dias. Sem falta, pelo menos uma vez por semana, meu pai diria: "Nós não sabemos exatamente o que os neurônios de Purkinje do cerebelo estão fazendo. Mas o que quer que eles façam, eles estão fazendo muito disso ".
Os neurônios de Purkinje são nomeados 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. Ele tinha uma habilidade para desenterrar coisas relativamente óbvias que todos mais pareciam ignorar. As células de Purkinje são os neurônios maiores e mais distintivos no cérebro. Seus dendrites se divertem como fãs chineses e são organizados sistematicamente de forma a mantê-los alinhados, mas garantem que nunca toquem. Um único axônio projeta do fã dos dendritos.
Para ler mais sobre as idéias que ganhei nas células de Purkinje através de conversas com meu pai, verifique alguns trechos gratuitos de The Athlete's Way . Embora eu tenha escrito essas passagens há mais de dez anos, as idéias especulativas fornecidas por meu pai são proféticamente precisas à luz das últimas descobertas neurocientíficas empíricas publicadas nos últimos meses.
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Esta manhã, fiquei encantada de ler sobre um novo estudo sobre os neurônios de Purkinje que ajuda a explicar por que meu pai fez um palpite educado de que essas células cerebelares são incrivelmente dinâmicas e extraordinárias. Como resultado, os neurônios de Purkinje no cerebelo podem ditar simultaneamente quando um movimento muscular finamente sintonizado começa, pausa e a velocidade em que ocorre esse movimento coordenado.
O relatório de julho de 2016, "Multiplexed Coding by Cerebellar Purkinje Neurons ", aparece no jornal eLife . Tecnicamente, "multiplex" significa "um sistema ou sinal que envolve a transmissão simultânea de várias mensagens ao longo de um único canal de comunicação". Esta pesquisa sugere que o axônio singular de um neurônio de Purkinje é capaz de entregar várias mensagens simultaneamente.
Essas descobertas oferecem muitas dicas emocionantes sobre o espectro do controle motor que vão desde doenças como doença de Parkinson ou distúrbios do espectro do autismo (ASD) até a fluidez do movimento associado à dominação de um instrumento musical ou ao desenvolvimento da proeza atlética de um ginasta olímpico.
Para este estudo, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Pós-Graduação da Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) e colaboradores na Alemanha estudou exatamente como as células de Purkinje do cerebelo foram correlacionadas com movimentos rápidos "sacádicos".
No ano passado, um estudo inovador, "Encoding of Action by the Purkinje Cells of the Cerebellum", de pesquisadores da Johns Hopkins University School of Medicine foi publicado na revista Nature . Os pesquisadores relataram que as células de Purkinje compartilham propriedades comuns de espinha complexa que parecem controlar os movimentos oculares rápidos, que são conhecidos como sacarras.
Se você percebe conscientemente, ou não, seus olhos estão constantemente em movimento. Seus olhos se movem rapidamente e reflexivamente de um ponto de foco para se concentrar em outra coisa. Durante sacadas – mesmo que você não esteja pensando ativamente em mover seus olhos – o cerebelo está constantemente tomando inventário para identificar onde dirigir seu foco, com base no que contém a informação mais importante. Os saccades finamente sintonizados nos permitem fazer coisas como manter o contato visual com alguém enquanto conversa ou volei uma bola de tênis em direção a você em mais de 100 milhas por hora.
Curiosamente, um dos principais sintomas do autismo está tendo dificuldade em manter o contato visual durante as conversas emocionais. As autópsias de crianças autistas revelam cerebeles encolhidos e células de Purkinje atrofiadas. Eu escrevi sobre esse fenômeno em uma postagem de blog da Psychology Today , "O que inibe o contato visual durante as conversas emocionais?"
O sacar é um exemplo perfeito da coordenação sensório-motora do cerebelo. Como coordenamos todos os nossos movimentos musculares tem impactos de longo alcance sobre a forma como interagimos com o meio ambiente e as pessoas ao nosso redor. Isto é especialmente verdadeiro ao atingir um estado de fluxo ou superfluidez , que é marcado por movimentos de coordenação de uma forma que flui sem qualquer atrito ou viscosidade.
As últimas descobertas da OIST reafirmam a minha hipótese original de que os neurônios de Purkinje desempenham um papel fundamental na obtenção de um estado de fluxo e superfluidez tanto no campo como fora do tribunal. Como eu declaro na p. 119 de The Athlete's Way ,
"Você poderia pensar em mil dendritas de células purkinje como um" prato receptor "de muitos lugares amplos e variados em seu corpo. O único axônio de célula de purkinje pode ser visto como um fio de saída enviando sinais de todo o lado através de um pipeline consolidado. As dendritas das células de Purkinje são paralelas, mas nunca tocam. Eles oscilam como peixas e empurram sinalizando o axônio, fora do cerebelo e até o cérebro ".
Esse processamento relâmpago em neurônios de Purkinje de um goleiro no cerebelo permite que ele jogue uma bola de futebol enquanto esticasse as mãos e mantendo seus olhos trancados no alvo usando o reflexo vestibulo-ocular (VOR) do cerebelo. No esporte e na vida, o cerebelo monitora seu equilíbrio, propriocepção, controle postural, coordenação muscular e velocidade dos movimentos.
A saída final de qualquer célula de Purkinje é feita por meio de um único axônio. Curiosamente, todas as células Purkinje parecem estar funcionando de forma autônoma, mas simultaneamente em uníssono. Esses neurônios tomam informações sensoriais em um nível cerebelar de todas as partes do corpo e enviam essa informação para o cérebro para processamento cerebral.
Os neurônios de Purkinje funcionam a uma velocidade quântica. A amplificação de mais de duzentos e mil sinais entrantes através de um axônio oferece capacidade de processamento paralelo do cerebelo até o córtex cerebral.
Quando a equipe OIST construiu um modelo matemático na taxa de disparo média dos picos de neurônio de Purkinje, eles descobriram que um relacionamento simples poderia prever a fluidez do movimento no início de um movimento de olhos sacramentados.
Como todos os neurônios, as células de Purkinje emitem picos causados pela saída elétrica. As células de Purkinje apimentam os picos rapidamente a maior parte do tempo, mas ocasionalmente há pausas nesses picos. Em um comunicado, o professor Erik De Schutter, co-autor e chefe da Unidade de Neurociências Computacionais da OIST, disse.
"Queremos saber o que essas espinhas estão realmente nos dizendo. . . Há uma grande mudança no potencial de campo local no momento de uma sacada. Nós também podemos ver que há um pico de início de pausa na célula de Purkinje no momento em que o movimento do olho começa.
Isso nos mostrou que os picos que começam as pausas controlam o início de um movimento e que os que não estão relacionados com as pausas controlam a velocidade do movimento. Isso significa que há multiplexação nas células de Purkinje – eles podem enviar dois sinais ao mesmo tempo ".
Isso é importante porque esta pesquisa sugere que tanto os tempos de picos individuais quanto a taxa média de disparo das espias são cruciais para a compreensão das complexidades do cerebelo e de todos os tipos de habilidades motoras finamente sintonizadas.
Conclusão: alcançar a superfluidez no esporte e a vida depende dos neurônios de Purkinje
Ao assistir atletas de nível de elite competem nos jogos de verão olímpicos do Rio nas próximas semanas, lembre-se de que todos os seus movimentos musculares finamente sintonizados dependem dos neurônios de Purkinje no cerebelo. Na extremidade oposta do espectro, a estrutura, a função e a conectividade celular de Purkinje atípicas podem tornar difícil para aqueles com certos distúrbios neurológicos do cerebelo navegar a vida cotidiana.
Essas descobertas sobre os neurônios de Purkinje têm a capacidade de ajudar os especialistas a desenvolver intervenções que possam melhorar o desempenho de um atleta ou artista criando fluxo e superflúria. Esta pesquisa também pode ajudar aqueles com uma ampla gama de distúrbios enraizados em anormalidades cerebelares otimizar suas vidas diárias.
Potencialmente, os últimos conhecimentos sobre a compreensão do mecanismo dos neurônios no cerebelo podem levar a avanços na tecnologia médica – como a interface com máquinas cerebrais – o que poderia permitir que pacientes ou amputados paralisados movessem próteses através do ajuste de sinais cerebrais. Além disso, essas descobertas podem ser úteis no desenho de inteligência artificial avançada para robôs que exigem o controle fino do motor.
Fique atento às atualizações sobre as formas em que a pesquisa cerebelar de ponta pode ser aplicada ao esporte e à vida. Para ler mais sobre as células de Purkinje, os movimentos dos olhos e o cerebelo, confira minhas postagens anteriores do blog da Psychology Today ,
- "Purkinje Cells Burst to Life with State-Dependent Excitation"
- "Mecanismo epigenético no cereal conduz aprendizagem motora"
- "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 as células de Purkinje no Cerebelo estão ligadas ao autismo?"
- "Autismo, células de Purkinje e Cerebelo estão entrelaçadas"
- "More Research Links Autism and the Cerebellum"
- "Sincronização cerebral Idiosyncrática associada ao autismo"
- "Conectividade aumentada de cereal aumenta a capacidade criativa"
- "The Cerebellum contém muitas pistas para criar robôs humanoides"
- "5 Razões para o Cerebelo é fundamental para prosperar em uma era digital"
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Siga-me no Twitter @ckbergland para obter atualizações sobre as postagens do blog The Athlete's Way .
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