Resumos
Aula Inaugural - Wataru Sumi
Ao longo de um dia, executamos diferentes atividades, umas mais difíceis outras mais fáceis. Assistir a algum programa televisivo pode ser considerada uma atividade fácil e, se pensarmos em um canal de televendas, essa tarefa fica ainda mais fácil. É lógico que isso requer certa paciência do telespectador, mas, por outro lado, isso não exige concentração, não precisamos entender a “história”. Resumindo, assistir TV pode ser, e geralmente é, uma atividade bastante simples. Porém, pensando do ponto de vista da neurociência cognitiva, do que precisamos para assistir TV? Uma atividade que pode ser executada por uma criança de um ou dois anos (visto que existe programação específica para essa faixa etária). Qual será a diferença entre assistir TV e assistir a uma aula de cálculo V?. Certamente uma aula de cálculo requer mais esforço do espectador, mas, algo que talvez não seja muito óbvio, utilizamos as mesmas habilidades cognitivas em ambas as tarefas. Precisamos receber os estímulos ambientais, interpretá-los, selecioná-los, respondê-los, arquivá-los, evocá-los. Quais funções cognitivas são responsáveis por essas habilidades? Percepção, atenção, memória, sistema motor, linguagem, emoção, consciência etc. Todos esses processos atuam conjuntamente para podermos expressar nosso comportamento de modo coerente. Não podemos nos esquecer ainda de outras propriedades do sistema nervoso, como mecanismo de ação inata, tomada de decisão, e as estruturas que permitem a existência dessas funções, isto é, os neurônios, redes, sistemas etc. Ao discutir essas diferentes questões da neurociência cognitiva, pretendemos mostrar o papel de diferentes processos cognitivos na expressão de nosso comportamento, e por que cada um desses processos é fundamental para a expressão do comportamento como nós conhecemos.
Biologia da Cognição I: Circuitos e redes - Renata Pereira Lima
A proposta desta aula é discutir a integração neural envolvida desde o momento em que um indivíduo recebe um estímulo periférico até o momento em que uma resposta é gerada - seja ela simples (reflexo) ou mais complexa (formação da memória), além de comportamentos gerados volitivamente. A arquitetura do sistema nervoso, apesar de complexa, segue um conjunto relativamente simples de princípios funcionais e organizacionais. O neurônio, unidade fundamental deste sistema, é o responsável por receber, propagar e transmitir impulsos eletroquímicos que constituem a informação. Tipicamente, um neurônio recebe cerca de 10.000 conexões e faz outras 10.000 com outros neurônios e, já que o cérebro humano contém cerca de 100 bilhões de neurônios, isto significa dizer que em torno de 10^17 conexões sinápticas são formadas no cérebro. Estas conexões formam no sistema nervoso várias redes de neurônios interconectados que são construídas de acordo com a interdependência e a necessidade de integração constante de suas informações frente aos mais simples comportamentos e, devido à plasticidade do sistema nervoso, a cada nova experiência do indivíduo, estas redes são rearranjadas, outras tantas sinapses são reforçadas e múltiplas possibilidades de respostas ao ambiente tornam-se possíveis. De acordo com a funcionalidade destas redes, circuitos e vias são formados a fim de produzir funções fisiológicas específicas, tais como: reflexos, memória, integração sensorial, coordenação motora, aprendizado etc.
Biologia da Cognição II: Integração - Renata Pereira Lima
Como seres sociais, nós humanos passamos boa parte do nosso tempo observando as outras pessoas, tentando entender o que elas estão fazendo e por que. Esta “comunicação primitiva” é essencial para estratégias de sobrevivência e sociabilidade do indivíduo. Contudo, como reconhecemos e entendemos as ações das outras pessoas? Quais as bases neurofisiológicas desta habilidade? A recente descoberta de neurônios espelho tem inspirado uma série de estudos em busca destas respostas. O reconhecimento de uma ação foi inicialmente concebido como baseado apenas no sistema visual; isto é, numa análise dos componentes visuais da ação específica, do agente envolvido, do objeto ao qual a ação é direcionada e do contexto no qual ela está inserida. Assim, a interação de todos estes elementos identificados visualmente permitiria ao observador reconhecer e entender uma ação feita por outra pessoa. Uma hipótese alternativa admite que a observação de uma ação estimularia uma “representação motora interna” que envolveria as mesmas estruturas neurais envolvidas na execução da ação observada; de acordo com esta concepção, embora nenhum movimento efetivo seja executado, a representação motora evocada pela observação permitiria o reconhecimento do significado do que é visto. Neurônios espelho são ativados tanto durante a execução de uma ação como durante a observação desta mesma ação desempenhada por outra pessoa. Como parecem integrar observação e ação, os neurônios espelho têm sido foco de estudos sobre como o ser humano entende o próximo e em que extensão é capaz de compartilhar experiências. Esta integração inclui uma "representação interna" que envolve as mesmas estruturas nervosas envolvidas na execução da ação observada e tem sido sugerida como parte fundamental da facilitação do aprendizado por imitação.
Percepção - Felipe Viegas Rodrigues
O estudo da percepção está intimamente relacionado com o entendimento dos sistemas sensoriais, mas entender percepção é ir além destes sistemas. Esse campo de estudo busca as razões pelas quais um determinado padrão de estimulação gera um percepto ou, até mesmo, mais de um percepto e também quais as implicações para com outros aspectos da Cognição como a memória ou a atenção. Falar em percepção é falar sobre os córtices associativos. Pretende-se nesta aula: (1) mostrar que diferentes aspectos de uma determinada modalidade sensorial são codificados em regiões corticais diferentes (por exemplo: cor, forma, movimento para visão; intensidade, timbre, altura para audição) e (2) explicar como todos esses aspectos são entendidos em conjunto, uma vez que são codificados em diferentes regiões do córtex. A sinestesia, um caso particular de percepção onde a estimulação de uma determinada modalidade sensorial gera a percepção de outra modalidade, será também discutida.
Atenção - Wataru Sumi
O que é atenção? Essa é uma pergunta ao mesmo tempo simples e complexa. Todos sabem o que é prestar atenção em algo, prestamos atenção onde pisamos, em alguém que nos dirige a palavra, ao atravessar a rua. Como objeto de estudo da neurociência cognitiva, atenção é um processo que seleciona determinados estímulos, ao mesmo tempo em que rejeita outros, permitindo um processamento mais eficiente da informação. Muitos já se arriscaram a dar uma definição precisa e objetiva da atenção, porém, ainda não há nenhuma definição que agrade os neurocientistas e psicólogos. A dificuldade em definir atenção se deve ao fato da multiplicidade de processos agrupados sob o nome atenção. A atenção está presente na maioria das atividades exercidas pelo sistema nervoso. Por exemplo, no direcionamento e seleção de estímulos ambientais e na evocação de informações armazenadas em nossa memória, e ela pode ainda ser voluntariamente ou involuntariamente direcionada. Outra questão que permanece não resolvida é o local em que a atenção atua: as informações podem ser selecionadas em estágios precoces, isto é, na fase perceptual, ou tardios, fase pós percepção. Diferentes teorias foram propostas, ao longo das últimas décadas, para explicar os mecanismos da atenção. Teorias essas que foram sucessivamente reformuladas baseando-se nas novas descobertas promovidas por tarefas que avaliavam objetivamente diferentes tipos de atenção, além das técnicas de imageamento cerebral e eletrofisiologia, que permitiram mapear as regiões no cérebro mais ativas durante o engajamento atencional.Esta aula se propõe a apresentar e discutir a importância da atenção em nosso cotidiano, diferentes aspectos da atenção, alguns métodos de avaliação da atenção, e as diferentes teorias que direcionaram os cientistas nesse último século.
Memória - Leopoldo Francisco Barletta Marchelli
A grande capacidade de interagir com o meio e armazenar informações provenientes dele, permite que determinados organismos eventualmente flexibilizem seus comportamentos e encontrem soluções para os mais diversos problemas impostos pela sobrevivência. Como podem estar os sistemas de memória relacionados com tal fato? Quais são os ganhos adaptativos que isso pode trazer? Qual o suporte oferecido pelo sistema nervoso? Como os módulos de memórias estão organizados? Para o entendimento dessas e outras questões se faz necessária a abordagem de alguns aspectos dos sistemas de memória. Primeiramente a organização e as bases neurofisiológicas do sistema nervoso que suportam os módulos de memória e garantem a comunicação de vias e circuitos neurais, armazenamento e evocação posterior de informações. Sem dúvida os mecanismos de sinapses desempenham importantes papéis no que diz respeito às bases fisiológicas dos sistemas de memórias, pois além de aumentar a possibilidade de comunicação do próprio sistema, confere a ele enorme plasticidade, ou seja, capacidade de alterar circuitos neurais conforme as experiências vividas. Atrelado a isso o sistema de memória apresenta um mecanismo de potenciação de longa duração, fundamental para formação de memórias, pois também garante alterações estruturais nos substratos neurais da memória. Outros dois aspectos necessários ao entendimento dos sistemas de memória são a manutenção e gerenciamento das informações, isto é, cada vez que circuitos são mobilizados, o processamento dessas informações muda em relação à experiência anterior. Tal fato traz conseqüências para percepções e habilidades adquiridas ao longo da vida. Ainda assim, é necessário levar em conta de que forma estão armazenadas e como estão organizadas as informações. Tendo em vista as bases apresentadas até aqui é possível discutir os diversos modelos de memória que teriam evoluído no sistema nervoso e os estudos que permitiram chegar a essas definições.
Tomada de decisões - Camile Maria Costa Corrêa
Decisões são consideradas escolhas baseadas em propósitos; são ações orientadas para a resolução de objetivos. Para isso, é necessário não só o funcionamento íntegro e orquestrado do sistema nervoso, como a seleção e ponderação das informações e estímulos aos quais o organismo é exposto e aos quais deve reagir – optando. Percepção, emoção, atenção e memória, entre outras funções cognitivas, interferem nesse processo, para o qual são necessários contexto ambiental, história e estado presente do organismo. A pesquisa sobre tomada de decisões vem se desenvolvendo em associação com o estudo não apenas da neurobiologia subjacente, mas sobre o papel de fatores inconscientes e da afetividade (emoção), capazes de influenciar escolhas. Pesquisas têm investigado o desempenho de populações com alterações funcionais em áreas específicas do sistema nervoso. Outras têm questionado o tema desde o conceito de livre-arbítrio, frente aos achados objetivos de fatores determinantes das escolhas, antes mesmo de relato consciente. O processo de decidir começa com a percepção de estímulos que podem estar situados fora do nível consciente. Além disso, decidir envolve o engajamento de um foco atencional, ao requerer a seleção e o processamento preferencial de estímulos em detrimento de outros. A isso estão ligados não apenas a história prévia do sistema selecionador, isto é, suas memórias, como também expectativas geradas com base em registros sobre regularidades passadas e planos de ação. Assim, com o recrutamento de dados e a identificação de regularidades, o sistema nervoso passa a gerar previsões sobre o ambiente. Mecanismos decisórios fazem com que sejamos capazes de elaborar juízos ao tomarmos contato com problemas, a fim de resolvê-los. Essa capacidade aproxima o estudo da tomada de decisão ao conceito de inteligência, na medida em que são necessários planejamento, gerenciamento de ações, modulação do comportamento, crítica e flexibilidade.
Emoção - Diego de Carvalho
Em 1848 um incidente demonstrou que as emoções, personalidade e a sociabilidade são regidas por funções neurais. Phineas Gage, um operário de uma estrada de ferro, estava dinamitando algumas rochas. Um acidente com pólvora fez uma barra metálica trespassar a bochecha de Gage e sair pela testa. Surpreendentemente, ele continuou consciente e foi declarado curado em poucos dias, porém sua personalidade e forma com que se relacionava com as pessoas mudaram drasticamente. Portanto, ficou claro que algumas lesões cerebrais podem alterar a personalidade e o modo pelo qual uma pessoa pode se emocionar. Visto que as funções comportamentais relacionadas à emoção são exercidas e/ou controladas por algumas regiões do encéfalo, a neurociência teve alguns obstáculos para incorporar a emoção ao estudo científico: Como quantificar a emoção em pessoas com vivências diferentes? Como dimensionar o que está se sentindo? Como gerar sentimentos espontâneos e visualizar a atividade cerebral gerada? Como criar modelos palpáveis de manipulação em humanos e animais? Algumas destas perguntas puderam ser respondidas com a criação de algumas metodologias e teorias. A definição de emoções básicas, ou seja, aquelas que denotam um estado emocional básico que pouco muda na forma em que são expressos nas diferentes culturas (ex. Felicidade, tristeza), tornou mais controlável a avaliação das emoções em laboratório. Com o avanço das pesquisas, a neurociência desvendou que alguns sistemas neurais regiam a forma como é expressa a emoção. Sabe-se que o sistema límbico, córtex orbitofrontal e amígdala, desempenham papéis fundamentais na regulação e expressão das emoções, interferindo na forma como reconhecemos a expressão da emoção nos outros, expressamos nossas próprias emoções e até como iremos guardar na memória episódios carregados de grande contexto emocional. Portanto, a emoção pode modificar a forma como interpretamos as informações do meio, influenciando diretamente nas respostas e funções cognitivas.
Modelos e Cognição - Rodrigo Pavão
Como entendemos os processos de aprendizagem, memória, atenção e decisão? Nas aulas anteriores foram descritos modelos desses processos, assim como seu funcionamento cooperativo. Nessa aula observaremos essas funções pela ótica de qual processamento é realizado e como poderia ser a interação / sobreposição entre eles, sistematizado por modelos computacionais. Um exemplo interessante dessa abordagem é dado pelo estudo das situações: (1) ao tocar uma série curta de notas no violão, outras notas são tocadas sem fazer um planejamento evidente, e (2) recordar uma série de palavras após um longo período de tempo. Essas duas capacidades são tradicionalmente interpretadas como mediadas por sistemas distintos de memória de longa duração: memória implícita e explícita, respectivamente. No entanto, é possível criar um mesmo sistema computacional (sim, um programa de computador) que é capaz de lidar com os dois conhecimentos. Resumidamente, esse sistema daria um valor inicial de "familiaridade" (f) para os eventos (as transições de movimentos ou as palavras); com o treino (das técnicas de violão ou da série de palavras) um grupo de eventos tem o valor de f aumentado; em momento posterior, os eventos com valores de f maior tem facilitada a sua execução (no caso dos movimentos) ou lembrança em relação aos eventos não treinados. O comportamento seria uma função de f. A capacidade de lidar com esses dois tipos de informação com um sistema único sugere que os processos de memória sejam mais similares entre si do que preconiza o modelo tradicional. De fato, existem alguns grupos de pesquisa que defendem o sistema único, e o da modelagem computacional é um dos argumentos usados. Além de aprendizagem e memória, outras funções cognitivas podem ser abordadas por modelos formais, estratégia esta que permite obter um entendimento melhor da cognição em termos computacionais pela produção de modelos que tentam se aproximar das capacidades do sistema nervoso.
Neurogênese no sistema nervoso adulto de mamíferos - Ilton Santos da Silva
As primeiras descrições detalhadas das células nervosas foram realizadas no fim do século XIX por Ramón y Cajal e Camilo Golgi. Estes pesquisadores mostraram que o tecido nervoso é formado por uma rede de células distintas e que estas seriam os elementos fundamentais do sistema nervoso. Desde então, Ramón y Cajal começou a estudar em mamíferos as diferentes fases de desenvolvimento dos neurônios, observando que não havia qualquer sinal do surgimento de novas células no encéfalo adulto, além daquelas já estabelecidas logo após o nascimento. Outros pesquisadores da época também estudaram o sistema nervoso central de mamíferos e não encontraram quaisquer evidências de neurogênese no encéfalo adulto. Dessa forma, postulou-se a idéia de que o sistema nervoso central possui conexões fixas e imutáveis, sem qualquer possibilidade de que novos neurônios surgissem. Entretanto, as técnicas empregadas na época não conseguiram mostrar o que realmente acontece no encéfalo durante a fase adulta. Utilizando uma nova técnica de auto-radiografia, Joseph Altman publicou os primeiros trabalhos relatando a ocorrência de neurogênese no hipocampo, bulbo olfatório e neocórtex de ratos adultos. Porém, tais estudos geraram surpresa e uma série de críticas, as quais incluíam o fato de que a técnica empregada não conseguia determinar com exatidão se as novas células eram realmente neurônios ou glia. Na década de 1990, com o emprego do BrdU, muitos estudos descreveram que realmente surgiam novos neurônios em diversas espécies, como anfíbios, aves, roedores e humanos. Desde então, confirmou-se a hipótese de que a neurogênese é um processo que ocorre continuamente em certas regiões encefálicas, podendo ainda ser influenciado por fatores externos, como atividade física e estímulos ambientais novos. Como a principal região onde ocorre a neurogênese é o hipocampo, as pesquisas recentes na área tentam apontar qual seria o papel dessas novas células em processos cognitivos como aprendizagem e memória.
