Universalidade em Evolução Cerebral

Cientistas demonstram universalidade na evolução cerebral
Scientists show universality in the brain evolution
November 4, 2010

Os ancestrais do musaranho arbóreo e do bush baby têm estado em caminhos evolutivos distintos há 65 milhões de anos. Os centros de processamento visual de seus cérebros, apesar disso, apresentam um desenho comum. (Veja a figura no artigo)

(PhysOrg.com) -- Os cientistas descobriram um princípio de auto-organização biológica nos cérebros de três mamíferos muito diferentes e geneticamente diversos - mas em todos os três eles encontraram a mesma organização de "pinwheel" (de pinhão - engrenagem) e de orientação de neurônios.

Os cientistas descobriram que esse córtex visual é auto-organizado através da atividade neuronal, e não através de genes ou do meio ambiente (por exemplo, furões criados no escuro ainda têm esse tipo de organização em seus cérebros em desenvolvimento).
A maneira mais direta de resumir a importância desse trabalho é dizer que esse novo estudo demonstra que os complexos padrões de conexões do cérebro são capazes de se auto-organizar com precisão matemática.

De fato, a noção de que um padrão complexo possa aparecer em um sistema dinâmico sem uma autoridade central ou um planejador já foi entendida, por exemplo, no campo da física.

Entretanto, nas ciências biológicas e no âmbito da neurociência de campo, em particular, a auto-organização enquanto força de desenvolvimento raramente tem sido reconhecida. Esse estudo, do qual o pesquisador da Duke, Leonard White, PhD. em neurobiologia pela Duke, é um dos autores, fornece, senão o primeiro, pelo menos o caso mais bem documentado dessa agência no desenvolvimento cerebral. Essa estrutura precisa surge tanto da atividade corrente e das interações laterais dos neurônios como ao longo das redes neurais.

Essa imagem mostra um mapa de preferência de orientação de um primata pró-símio, o galago. Nessa imagem, as cores representam a atividade das colunas de neurônios que respondem preferencialmente a ângulos particulares do mundo visual, tais como o horizontal (regiões vermelhas) e o vertical (rgiões azuis). O brilho dessas cores indica como é seletiva a resposta dos neurônios em qualquer dada posição do mapa. Os pinwheels são aquelas pequenas regiões menores do mapa onde todas as cores estão organizadas em torno de um ponto central escuro. A imagem toda mostra uns 60 mm quadrados da área de processamento visual primário do cérbro de um galago.

Os achados, publicados hoje na revista Science, podem fazer com que os cientistas pensem de novas maneiras sobre como um sistema complexo como o cérebro humano, com seus 100 bilhões de neurônios, estabelece suas ligações neurais (só para começar), dada a relativa pouca quantidade de genes no genoma humano e a relativa ausência de experiências ambientais no recém-nascido que já tem uma arquitetura neural avançada em seu córtex cerebral.

Essa demonstração de auto-organização no desenvolvimento cerebral também pode ter implicações para a reabilitação dos cérebros de pessoas que se recuperam de lesões ou doenças neurológicas. À medida que os circuitos neurais do cérebro em recuperação reativam programas de crescimento que formaram o desenvolvimento no início da vida, parece provável que a auto-organização continuará a influenciar a arquitetura dos circuitos neurais sempre que foram pláticos e capazes de modificar sua potência e a distribuição de suas conexões.

O desafio para estudos futuros será entender como as instruções genéticas e as primeiras experiências de vida interagem dentro de uma rede auto-organizada de células cerebrais, e como essas interações podem ser otimizadas para incrementar funções em cérebros normais em desenvolvimento, assim como em cérebros imaturos que têm que se adaptar a lesões e doenças.
Uma palavra sobre a orientação dos neurônios: a orientação é tal que a partir de qualquer neurônio central os neurônios que o cercam ficam em um padrão de orientação repetitiva, e esse neurônio central também é parte do padrão de repetição de um pinwheel vizinho, com precisão matemática. Os neurônios respondem a padrões veritcais, horizontais ou oblíquos para criar as imagens que os cérebros podem assimnilar e processar como nosso mundo tridimensional.

More information: Universality in the Evolution of Orientation Columns in the Visual Cortex, Matthias Kaschube et al., Science, November 5, 2010.
Provided by Duke University (news : web)