Como funciona o cérebro humano? - Ciência - 2023

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O cérebro funciona como uma unidade estrutural e funcional composta principalmente por dois tipos de células: neurônios e células gliais. Estima-se que existam cerca de 100 trilhões de neurônios em todo o sistema nervoso humano e cerca de 1.000 trilhões de células gliais (há 10 vezes mais células gliais do que neurônios).

Os neurônios são altamente especializados e suas funções são receber, processar e transmitir informações através de diferentes circuitos e sistemas. O processo de transmissão de informações é realizado por meio de sinapses, que podem ser elétricas ou químicas.

As células gliais, por outro lado, são responsáveis por regular o ambiente interno do cérebro e facilitar o processo de comunicação neuronal. Essas células são encontradas por todo o sistema nervoso formando sua estrutura e estão envolvidas nos processos de desenvolvimento e formação do cérebro.

No passado, pensava-se que as células gliais apenas formavam a estrutura do sistema nervoso, daí o famoso mito de que usamos apenas 10% do nosso cérebro. Mas hoje sabemos que ele cumpre funções muito mais complexas, por exemplo, relacionadas à regulação do sistema imunológico e aos processos de plasticidade celular após sofrer uma lesão.

Além disso, são essenciais para o funcionamento adequado dos neurônios, pois facilitam a comunicação neuronal e desempenham um papel importante no transporte de nutrientes para os neurônios.

Como você pode imaginar, o cérebro humano é impressionantemente complexo. Estima-se que um cérebro humano adulto contenha entre 100 e 500 trilhões de conexões e nossa galáxia tenha cerca de 100 bilhões de estrelas, então pode-se concluir que o cérebro humano é muito mais complexo do que uma galáxia.

Como as informações são transmitidas no cérebro?

A função cerebral consiste na transmissão de informações entre neurônios, essa transmissão é realizada através de um procedimento mais ou menos complexo denominado sinapses.

As sinapses podem ser elétricas ou químicas. As sinapses elétricas consistem na transmissão bidirecional de corrente elétrica entre dois neurônios diretamente, enquanto as sinapses químicas requerem intermediários chamados neurotransmissores.

Em última análise, quando um neurônio se comunica com outro, o faz para ativá-lo ou inibi-lo; os efeitos finais observáveis no comportamento ou em algum processo fisiológico são o resultado da excitação e inibição de vários neurônios ao longo de um circuito neuronal.

Sinapses elétricas

As sinapses elétricas são consideravelmente mais rápidas e fáceis do que as químicas. Explicados de forma simples, consistem na transmissão de correntes despolarizantes entre dois neurônios que estão bem próximos, quase grudados. Esse tipo de sinapse geralmente não produz alterações de longo prazo nos neurônios pós-sinápticos.

Essas sinapses ocorrem em neurônios que têm uma junção compacta, na qual as membranas quase se tocam, separadas por escassos 2-4 nm. O espaço entre os neurônios é tão pequeno porque seus neurônios devem se unir por meio de canais feitos de proteínas chamadas conexinas.

Os canais formados pelas conexinas permitem que o interior de ambos os neurônios se comunique. Pequenas moléculas (menores que 1kDa) podem passar por esses poros, então as sinapses químicas estão relacionadas a processos de comunicação metabólica, além da comunicação elétrica, por meio da troca de segundos mensageiros que são produzidos na sinapse, como o trifosfato de inositol ( IP₃) ou monofosfato de adenosina cíclico (cAMP).

Sinapses elétricas geralmente são feitas entre neurônios do mesmo tipo, no entanto, sinapses elétricas também podem ser observadas entre neurônios de diferentes tipos ou mesmo entre neurônios e astrócitos (um tipo de células gliais).

As sinapses elétricas permitem que os neurônios se comuniquem rapidamente e muitos neurônios se conectem de forma síncrona. Graças a essas propriedades, somos capazes de realizar processos complexos que requerem uma rápida transmissão de informações, como processos sensoriais, motores e cognitivos (atenção, memória, aprendizagem ...).

Sinapses químicas

As sinapses químicas ocorrem entre neurônios adjacentes nos quais um elemento pré-sináptico se conecta, geralmente um terminal axonal, que emite o sinal, e um elemento pós-sináptico, que geralmente é encontrado no soma ou nos dendritos, que recebe o sinal. sinal.

Esses neurônios não estão fixados, há um espaço entre eles de 20 nm chamado fenda sináptica.

Existem diferentes tipos de sinapses químicas, dependendo de suas características morfológicas. Segundo Gray (1959), as sinapses químicas podem ser divididas em dois grupos.

As sinapses químicas podem ser simplesmente resumidas da seguinte forma:

Um potencial de ação atinge o terminal do axônio, o que abre os canais de íons de cálcio (Ca²⁺) e um fluxo de íons é liberado para a fenda sináptica.
O fluxo de íons desencadeia um processo no qual as vesículas, cheias de neurotransmissores, se ligam à membrana pós-sináptica e abrem um poro pelo qual todo seu conteúdo sai em direção à fenda sináptica.
Os neurotransmissores liberados ligam-se ao receptor pós-sináptico específico para esse neurotransmissor.
A ligação do neurotransmissor ao neurônio pós-sináptico regula as funções do neurônio pós-sináptico.

Tipos de sinapses químicas

Sinapses químicas do tipo I (assimétricas)

Nessas sinapses, o componente pré-sináptico é formado por terminais axonais que contêm vesículas arredondadas e o componente pós-sináptico é encontrado nos dendritos e há alta densidade de receptores pós-sinápticos.

O tipo de sinapse depende dos neurotransmissores envolvidos, de modo que neurotransmissores excitatórios, como o glutamato, estão envolvidos nas sinapses do tipo I, enquanto os neurotransmissores inibitórios, como o GABA, atuam no tipo II.

Embora isso não ocorra em todo o sistema nervoso, em algumas áreas, como medula espinhal, substância negra, gânglios da base e colículos, existem sinapses GABAérgicas com estrutura do tipo I.

Sinapses químicas do tipo II (simétricas)

Nessas sinapses, o componente pré-sináptico é formado por terminais axonais que contêm vesículas ovais e o componente pós-sináptico pode ser encontrado tanto no soma quanto nos dendritos e há uma densidade menor de receptores pós-sinápticos do que nas sinapses do tipo I.

Outra das diferenças desse tipo de sinapse em relação ao tipo I é que sua fenda sináptica é mais estreita (aproximadamente 12 nm).

Outra forma de classificar as sinapses é de acordo com os componentes pré-sinápticos e pós-sinápticos que as formam. Por exemplo, se o componente pré-sináptico é um axônio e o componente pós-sináptico é um dendrito, eles são chamados de sinapses axodendríticas. Desta forma, podemos encontrar sinapses axoaxônicas, axossomáticas, dendroaxônicas, dendrodendríticas ...

O tipo de sinapse que ocorre com mais frequência no sistema nervoso central são as sinapses axoespinhosas do tipo I (assimétricas). Estima-se que entre 75-95% das sinapses no córtex cerebral são do tipo I, enquanto apenas entre 5 e 25% são sinapses do tipo II.

Neurotransmissores e neuromoduladores

O conceito de neurotransmissor inclui todas as substâncias que são liberadas na sinapse química e que permitem a comunicação neuronal. Os neurotransmissores atendem aos seguintes critérios:

Eles são sintetizados dentro dos neurônios e estão presentes nos terminais axonais.
Quando uma quantidade suficiente do neurotransmissor é liberada, ele exerce seus efeitos nos neurônios adjacentes.
Quando terminam sua tarefa, são eliminados por mecanismos de degradação, inativação ou recaptação.

Neuromoduladores são substâncias que complementam as ações dos neurotransmissores aumentando ou diminuindo seu efeito. Eles fazem isso ligando-se a locais específicos dentro do receptor pós-sináptico.

Existem vários tipos de neurotransmissores, os mais importantes dos quais são:

Aminoácidos, que podem ser excitatórios, como o glutamato, ou inibidores, como o ácido γ-aminobutírico, mais conhecido como GABA.
Acetilcolina.
Catecolamidas, como dopamina ou norepinefrina
Indolaminas, como a serotonina.
Neuropeptídeos.

Referências

García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., & Valero, A. (2014). Neurônios e comunicação neural. Em D. Redolar, Neurociência Cognitiva (pp. 27-66). Madrid: Panamerican Medical.
Gary, E. (1959). Sinapsis axossomática e axodendrítica do córtex cerebral: um estudo ao microscópio eletrônico. J.Anat, 93, 420-433.
Pasantes, H. (s.f.). Como é que o cérebro funciona? Princípios gerais. Obtido em 1 de julho de 2016, da Science for all.