Em busca de novas conexões


Assim que aprendemos algo, nosso cérebro se modifica: tanto a substância cinzenta quanto a branca aumentam quando adquirimos conhecimentos, e isso vale para jovens e idosos.

Revista Scitentific American - por Jan Scholtz e Miriam Klein

Finalmente Arthur conseguiu! Após duas semanas de exercícios diá­rios, o rapaz de 23 anos aprendeu a fazer malabarismo. No início, não acertava de jeito nenhum, as bolas sempre caíam. Mas então, de repente, "fez-se um click" e tudo deu certo. Foi exatamente assim também com Sara, de 14 anos, que no início teve de treinar muito seus novos passos de balé - e depois conseguiu dançar como se fosse a coisa mais natural do mundo. Thomas, de 65 anos, que resolveu se dedicar novamente ao xadrez após a aposentadoria, fez progressos surpreendentes pouco a pouco. Após um treinamento intensivo no computador do neto, ele passou a intuir quais eram os movimentos certos.

Seja um aprendizado motor ou cognitivo - o que mudou nos cérebros de Arthur, Sara e Thomas enquanto eles estudavam as sequências de movimentos ou passes do xadrez? Nossa cultura se baseia na transmissão de conhecimentos e habilidades. Adquirimos constantemente novas informações e aptidões. No entanto, os pesquisadores ainda sabem muito pouco sobre o que exatamente acontece durante esse processo: será que o maquinário já existente das células cerebrais é adaptado a cada situação ou unidades de processamento completa­mente novas são criadas e integradas? Ou seja, apenas a comunicação entre os neurônios se altera ou toda a estrutura do cérebro, o hardware neural, também se modifica durante a aprendizagem?

As células neurais funcionam como unidades processadoras de informações. Seus corpos formam a substância cinzenta, o córtex, que compõe a camada exter­na do cérebro. Cada neurônio pode receber sinais de outras células, transmitidos pelos pontos de contato, as sinapses, e depois encaminhados ao longo de extensões chamadas axônios. Eles ficam dentro do cérebro, ou seja,  embaixo do córtex, e são chamados substância branca . Sua função é ligar os neurônios por longas distâncias, permitindo  comunicação entre diversas áreas.

A cor clara vem da camada de gordura isolante que envolve os axônios. Essa bainha de mielina, acelera o encaminhamento dos sinais, contribuin­do para uma comunicação rápida sem perdas dedados. O truque decisivo: a bainha mielínica é interrompida a pequenas distâncias pelos nódulos de Ranvier; os sinais praticamente "saltam" de um nódulo para o outro . Sem essas interrupções, os sinais se difundiriam mais lentamente e, em trechos mais longos, acabariam por se extinguir. O grau de mielinização, portanto, influencia a velocidade e a força dos impulsos: quanto mais grossa a camada isolante, melhor e mais rápido os dados são transmitidos.

Mas o que isso tem a ver com aprender? O aprendizado, antes de mais nada, baseia-se em uma alteração da comunicação entre as células do cérebro. Assim, é bastante plausível que a substância branca também se modifique aprendemos uma nova habilidade motora (como no caso do malabarismo), pelo surgimento de novos axônios ou com uma mie­linização mais intensa daqueles já existentes. Dessa forma, os sinais de áreas visuais teriam condição de atingir as regiões cerebrais moto­ras com mais rapidez, por exemplo.

Por outro lado, poderiam se revelar também alterações na massa cinzenta, quando surgem novos corpos celulares, ou quando células cerebrais já existentes criam sinapses que pos­sibilitam o processamento de informações de maneira diferenciada. Adequações da massa branca, portanto, indicam melhor transmissão de informações, enquanto diferenças na estru­tura da substância cinzenta dizem respeito ao processamento de dados.

Um especialista em tecnologia da informação que queira melhorar o desempenho de uma rede de computadores prioriza essas duas funções. Ele pode, por um lado, incrementar cada com­putador com componentes e programas, e por outro, facilitar o acesso mais rápido melhorando a conexão com a internet. Uma coisa não funciona
sem a outra: mesmo que seja sofisticado, um equipamento não serve de muita coisa se tiver sempre de esperar por informações a serem processadas. Uma conexão mais rápida com a rede, por sua vez, não faz sentido se a máquina não tem potência para absorver as informações que chegam com velocidade.

Um grupo de Regensburg, na Alemanha, coordenado pelo neurologista Arne May (hoje na Universidadede Hamburgo) investigou pela pri­meira vez em 2004 se o ato de aprender provoca essas alterações anatômicas no cérebro-toman­do como base o aprendizado do malabarismo: os cientistas mediram a substância cinzenta de 24 voluntários com tomografia por ressonância magnética (TRM) e depois ensinaram esta téc­nica à metade dos participantes. Durante três meses eles treinaram para manter três bolas no ar durante pelo menos um minuto. A medição por exame de imagem que se seguiu revelou: a massa cinzenta, local do processamento de informações, havia aumentado em regiões do lobo temporal. Mas e a massa branca, responsável pelo fluxo de informações?

• Bolas espertas 

Avaliamos esse outro ponto em 2009 em nos­so laboratório em Oxford. Mais uma vez, 24 participantes receberam três bolas e deviam treinar malabarismo diariamente por meia hora durante seis semanas. Além das medições tra­dicionais por TRM, com as quais observamos as alterações estruturais da substância cinzenta antes e depois do período de treinamento, utilizamos tornografla por ressonância magnética por r difusão para analisar a substância branca.

Depois do fim do treinamento, os partici­pantes, que antes nunca haviam feito acrobacias com objetos, conseguiam manter três bolas no ar por no mínimo duas rodadas. Para nós, fasci­nantes mesmo foram seus processos cerebrais: tanto a substância cinzenta quanto a branca haviam aumentado entre os que aprenderam a técnica. Foi afetada principalmente uma região do lobo temporal que participa da coordenação visuomotora e da concatenação do movimento dos braços com a posição percebida das bolas. Curiosamente, essas alterações estruturais ocor­riam independentemente de quão bem ou mal os voluntários dominavam as bolas no final do treino. Aparentemente apenas o treino regular - e não o seu sucesso - é fundamental para o adensamento da substância cerebral.

Outra descoberta nos surpreendeu: após quatro semanas de pausa nos malabarismos, examinamos os participantes mais uma vez. Ape­sar da falta de treino, a massa cinzenta continuou aumentando, e a substância branca, por sua vez, mal se alterou. Parece que aqui se escondem mecanismos neuronais específicos a ser mais bem pesquisados.

Em 2005, um grupo de trabalho sueco coor­denado pelo neurocientista e pianista Frederik Ullen, do Instituto Karolinska, em Estocolmo, chegou a resultados semelhantes. Os cientistas também haviam examinado a massa branca de pianistas profissionais com TRM por difusão. Eles encontraram correlação direta da massa cerebral com o tempo de estudo na infância. Quanto mais horas um músico havia praticado quando criança, mais grossas eram então diversas fibras de seu cérebro. Essa característica chamava a atenção principalmente em duas regiões do cérebro: na cápsula interna, que controla os movimentos de cada dedo, e no corpo caloso, que conecta os hemisférios direito e esquerdo.

Cornoos sujeitos foram examinados em um único momento, há duas explicações possíveis: a substância branca realmente pôde se alterar devido ao estudo de piano na juventude. Ou aqueles que apresentavam mais massa branca em determinadas áreas do cérebro, devido a fatores genéticos, se entusiasmaram mais em tocar piano do que outros porque provavelmente tinham mais facilidade.

Atualmente, a tomografia por ressonância magnética por difusão é o único método com o qual podemos analisar a estrutura e as altera­ções nos cursos nervosos do cérebro humano. No entanto, não sabemos o que acontece em maiores detalhes, ou seja, no nível celular, já que a resolução desse método não é suficiente para tanto. Assim, consideramos várias causas para as alterações observadas na substância branca: talvez os axônios de malabaristas e pianistas sejam mais isolados do que os de outras pessoas devido a uma camada mais grossa de mielina. Também poderíamos considerar que novas conexões sur­giram. Ou os próprios axônios se tornaram mais espessos. Tudo isso teria a mesma aparência na imagem do tomógrafo.

Aqui, apenas exames histológicos em cobaias poderiam ajudar. Em 1996, cientistas coordenados pelo pesquisador Bernard Zalc, da Universidade Pierre e Marie Curie, em Paris, comprovaram em 1996 com camundongos, por meio de experimen­tos que o aumento da atividade torna a bainha mielfnica dos axônios mais grossa. Mas também podem surgir conexões celulares novas com um treinamento intensivo, conforme descobriram em 2006 pesquisadores japoneses coordenados por Sayaka Hihara, do Instituto Riken de Estudos do Cérebro, em Wako. Eles ensinaram macacos a pescar sua comida com um ancinho. Diferen­temente de animais não treinados, os roedores tiveram conexões adicionais ativadas em áreas cerebrais importantes para o uso de ferramentas. Consequentemente, as alterações na substância branca observadas em seres humanos poderiam ter como base não apenas bainhas mielrnicas reforçadas, mas também novas conexões ou conexões mais ramificadas.

Ainda não se sabe, porém, quais processos moleculares e celulares realmente ocorrem quando a massa cerebral branca aumenta. Mas uma coisa é certa: a diminuição da substância clara pode trazer problemas. Doenças como a esclerose múltipla, que supostamente se deve a um ataque das células de defesa do próprio corpo à mielina dos axônios, causam desaceleração ou mesmo interrompem a transmissão de sinais de importantes caminhos neurais. Assim, o nervo óptico ou mesmo a medula podem ser afetados, causando distúrbios de visão ou paralisia dos braços e pernas.

• Que venham os anos

Outro exemplo é a doença de Alexander, que acomete crianças pequenas, vítimas da mutação de um gene que impede que surjam bainhas mie­línicas suficientes. Assim, os impulsos nervosos não podem ser repassados de forma eficiente, atrasando o desenvolvimento intelectual e motor dos pacientes. Os pesquisadores também su­põem alterações da substância branca em outras patologias, como esquizofrenia e autismo.

Mas voltemos aos cérebros saudáveis. Os malabaristas de Regensburg e Oxford tinham em torno de 25 anos. Mas pessoas mais ve­lhas também podem aprender essa técnica - ou dedicar-se a outra atividade qualquer. A questão principal é: qual a plasticidade cere­bral "disponível" para que o órgão reaja a um novo aprendizado? Para testar isso, Anne May e seus colegas repetiram o experimento das acrobacias com bolas no hospital universitário de Hamburgo-Eppendorf, mas dessa vez com participantes com idade entre 50 e 67 anos. Resultado: o treinamento também levou ao aumento da substância cinzenta.

Ainda resta pesquisar se a massa branca também se altera no cérebro mais idoso. Será que um treinamento dirigido poderia até mesmo interromper a decadência das ligações nervosas associada à idade? Mesmo que as es­truturas cerebrais degenerem com a idade, isso não significa necessariamente que a capacidade cognitiva sofra com isso, pois o cérebro pode se adaptar a novas condições - ele aprende a aprender. E ainda que o desempenho de algumas regiões cerebrais piore, outras áreas reforçam sua atividade para compensar as de­ ficiências, pelo menos parcialmente.

Isto quer dizer que todos nós deveríamos aprender malabarismo para manter nosso cére­bro em forma? Realmente, um misto de aprendi­zagem e atividade física parece ser bastante útil. Mas também é possível adquirir outras habilida­des que estimulam a plasticidade neural. Talvez dançar, aprender outro idioma, nadar, praticar arvorismo, luta marcial, jogar tênis ou xadrez. Ou o que mais lhe der prazer e neurônios. O que conta é não parar de apre Mesmo que as es­truturas cerebrais degenerem com a idade, isso não significa necessariamente que a capacidade cognitiva sofra com isso, pois o cérebro pode se adaptar a novas condições - ele aprende a aprender. E ainda que o desempenho de algumas regiões cerebrais piore, outras áreas reforçam sua atividade para compensar as de­ ficiências, pelo menos parcialmente.

Isto quer dizer que todos nós deveríamos aprender malabarismo para manter nosso cére­bro em forma? Realmente, um misto de aprendi­zagem e atividade física parece ser bastante útil. Mas também é possível adquirir outras habilida­des que estimulam a plasticidade neural. Talvez dançar, aprender outro idioma, nadar, praticar arvorismo, luta marcial, jogar tênis ou xadrez. Ou o que mais lhe der prazer e neurônios. O que conta é não parar de aprender.

• A função da gordura 

Com uma bainha isolante, as fibras de células, os axônios, podem transmitir sinais muito mais rapidamente do que as não isoladas. Os chamados oligo­dendrócitos geram as membranas gordurosas com as quais envolvem um axônio até 150%. Outras estrutura celulares, os astrócitos, podem estimular esse processo, já que registram o trânsito de sinais através dos axônios. A ca­mada de mielina não envolve um axônio completamente, mas é interrompida nos nódulos de Ranvier. Apenas nesses pontos nus podem surgir potenciais de ação por meio de íons confluentes. O sinal desencadeia, por sua vez, no­vas correntes de íons que fluem rapidamente pela célula até o próximo nódulo onde um novo potencial de ação é criado - o estímulo "salta" de interrupção em interrupção. O nódulos funcionam, portanto, como reforço elétrico.  

• Uma espécie de hardware

O sistema cerebral humano possui apro­ximadamente 100 bilhões de células. Os cursos neurais que as conectam atingem juntos um compri­mento com o qual poderíamos percorrer a linha do equador pelo menos 15 vezes. As células, porém -, não estão conectadas entre si de forma fixa - diferentemente do que aconteceu no ambiente eletrônico no interior de um computador.

Para saber mais

Caminhos da informação no cérebro. Nils Brose e Ludwig Kolb. Mente e Cérebro, nº 217, págs. 58-63, feverei­ro de 2011.

    Leitura Dinâmica e Memorização

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