1.4: Uma Introdução à Neuroanatomia

Por meio do estudo da neuroanatomia, os cientistas tentam desenhar um mapa para navegar no complexo sistema que controla nosso comportamento. No nível microscópico, os neuroanatomistas investigam as relações entre as células sinalizadoras, conhecidas como neurônios; células de manutenção, conhecidas como glia; e a estrutura da matriz extracelular que os sustenta. De uma visão mais ampla, no nível do órgão, a neuroanatomia examina as estruturas cerebrais e as vias nervosas.

Este vídeo fornecerá uma visão geral da pesquisa neuroanatômica, apresentando a história do campo, as principais perguntas feitas pelos neuroanatomistas e as ferramentas disponíveis para responder a essas perguntas, seguidas por uma revisão de alguns experimentos específicos que investigam a neuroanatomia.

Vamos começar revisando a história desse ramo da neurociência. As raízes da pesquisa neuroanatômica remontam ao século 4 aC, quando Hipócrates levantou a hipótese de que a atividade mental reside no cérebro, e não no coração.

Mas não foi até o final do século 15, quando o Papa Sisto IV desestigmatizou a dissecação humana, que o estudo da neuroanatomia foi revitalizado, como refletido pela publicação em 1543 de "Sobre o funcionamento do corpo humano", de Andreas Vesalius, que incluía um relato detalhado da anatomia do cérebro.

Expandindo este trabalho, em 1664, Thomas Willis publicou o ? Anatomia do Cérebro?, no qual ele introduziu várias novas estruturas neurológicas e especulou sobre sua função. Este trabalho é agora considerado a base da neuroanatomia moderna.

No final do século 16, a invenção do microscópio estimulou uma segunda revolução na pesquisa neuroanatômica. Após esse avanço tecnológico, em 1873, Camillo Golgi inventou uma técnica de coloração para visualizar neurônios individuais ao microscópio.

Graças a essas inovações, em 1888, Santiago Ramón y Cajal formulou a Doutrina dos Neurônios: a ideia de que a unidade anatômica e funcional do cérebro é o neurônio.

De volta ao nível macroscópico, em 1909, Korbinian Brodmann publicou uma série de mapas cerebrais, onde dividiu o córtex cerebral em 52 áreas distintas, denominadas ? Áreas de Brodmann.? Esses mapas foram baseados em sua observação de que várias áreas corticais têm citoarquitetura diferente.

Mais tarde, em 1957, Wilder Penfield e Theodore Rasmussen geraram o homúnculo cortical: um mapa mais detalhado de uma área selecionada de Brodmann mostrando as regiões que controlam funções motoras e sensoriais específicas.

Com base nesses impressionantes estudos históricos da estrutura do sistema nervoso nos níveis microscópico e macroscópico, os neuroanatomistas de hoje fazem perguntas sobre como a estrutura se relaciona com a função. Para começar, alguns pesquisadores se concentram especificamente na citoarquitetura, ou no arranjo de neurônios e glia. Por exemplo, para investigar núcleos específicos, ou aglomerados de neurônios no cérebro, é útil caracterizar os subtipos neuronais encontrados lá e as conexões que essas células fazem com outras regiões do cérebro.

Dado que a citoarquitetura é dinâmica, outra questão-chave neste campo se concentra em como e por que as mudanças neuroanatômicas ocorrem.

Por exemplo, o aprendizado e a memória estão associados à "neuroplasticidade", ou mudanças nas vias neurais, como alterações nos pontos de contato estruturais entre os neurônios. Pequenas saliências, chamadas espinhas dendríticas, podem mudar dinamicamente em tamanho, forma e número de maneira dependente da atividade.

Compreender a estrutura do sistema nervoso também é fundamental para explicar sua disfunção.

Por exemplo, doenças neurodegenerativas debilitantes estão associadas a alterações neuroanatômicas características, como a degeneração dos neurônios dopaminérgicos observada na doença de Parkinson.

Tendo discutido as principais perguntas que os neuroanatomistas fazem, vamos revisar as ferramentas que esses cientistas usam para encontrar respostas.

Primeiro, a histologia, ou a análise de cortes de tecido corados, é uma técnica essencial para estudar a citoarquitetura.

Os neuroanatomistas têm várias manchas à sua disposição para visualizar estruturas específicas no sistema nervoso.

A histoquímica é um ramo da histologia baseado na localização e identificação de componentes químicos. Uma aplicação particularmente valiosa da histoquímica é a detecção de traçadores: moléculas que são introduzidas nos neurônios para visualizar suas conexões dentro do sistema nervoso.

Como mencionamos anteriormente, o advento do microscópio revolucionou a forma como a neuroanatomia era estudada. O microscópio óptico permite que o tecido neuronal corado histologicamente seja visualizado em até mil vezes seu tamanho original, revelando assim a citoarquitetura. O microscópio de luz de fluorescência permite que proteínas imunomarcadas sejam visualizadas em seções de tecido ou em cultura e permite estudos de colocalização, que envolvem determinar se duas proteínas estão ou não próximas de um único neurônio.

A imagem confocal é um método aprimorado de microscopia de fluorescência que permite a secção óptica do tecido neuronal e, portanto, pode ser usada para gerar reconstruções 3D de neurônios para que sua morfologia ou forma possa ser estudada.

A imagem de 2 fótons é outro tipo de imagem de fluorescência, que pode penetrar profundamente no tecido e é frequentemente usada para imagens ao vivo do cérebro em animais que se comportam.

No entanto, nenhum fóton pode penetrar como um elétron, então a microscopia eletrônica tem sido inestimável para fornecer resolução subnanométrica de estruturas neuronais. Em particular, a sinapse foi visualizada em detalhes requintados usando microscopia eletrônica de transmissão. Além disso, compilando as imagens obtidas a partir de cortes seriados visualizados com microscopia eletrônica, reconstruções 3D de ?volumes? pode ser gerado por meio de um processo conhecido como tomografia.

Para monitorar mudanças nas estruturas neuroanatômicas ao longo do tempo, a neuroimagem é uma ferramenta extremamente útil. A ressonância magnética, ou ressonância magnética, é amplamente utilizada para investigar o cérebro em humanos. Essa técnica fornece uma imagem do cérebro como um todo, com uma resolução de até 1 mm. A RNM pode ser usada para investigar a substância branca por meio da tractografia. Com essa técnica, os neuroanatomistas visualizam feixes de axônios, revelando conexões entre e dentro das áreas do cérebro.

Para avaliar os correlatos entre a neuroanatomia e os estados de doença, os cientistas frequentemente fazem uso de técnicas cirúrgicas aplicadas a modelos animais. A cirurgia estereotáxica usa um sistema de coordenadas tridimensional e atlas anatômicos detalhados para permitir que os pesquisadores manipulem fisicamente áreas anatômicas isoladas. Com um aparelho estereotáxico e as informações anatômicas apropriadas, é possível fornecer estimulação elétrica, introduzir drogas ou outras substâncias ou criar lesões em regiões específicas do cérebro.

A seguir, vamos revisar algumas aplicações desses métodos. Informações detalhadas sobre a estrutura do cérebro podem ser obtidas por meio da análise de cérebros preservados que são cortados em fatias finas em seções. Para destacar características estruturais distintas, essas seções do cérebro dos primatas foram coradas para mostrar a expressão de três proteínas em todo o cérebro. As seções coradas também podem ser estudadas em alta ampliação, permitindo que os pesquisadores visualizem a estrutura no nível celular.

A experiência pode modificar a estrutura neuronal no nível celular. Neste experimento, ratos jovens são expostos a estímulos táteis ao longo do desenvolvimento. Quando atingem a idade adulta, amostras de cérebro são coletadas e coradas para visualizar a morfologia celular. As imagens resultantes revelam mudanças na forma e no número de dendritos, sugerindo conectividade neuronal alterada.

A neuroanatomia é fundamental em ambientes clínicos, pois contribui para o diagnóstico e tratamento de doenças neurológicas e psiquiátricas. Por exemplo, mudanças na citoarquitetura estão intimamente ligadas a certos estados de doença. As técnicas de neuroimagem estrutural são frequentemente combinadas com imagens funcionais para comparar a atividade de regiões cerebrais específicas em estados normais e de doença. Por exemplo, pacientes que sofrem de concussão exibem mudanças nos padrões de atividade neural, que se correlacionam com a recuperação da lesão.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE à neuroanatomia. Neste vídeo, refizemos a história da pesquisa em neuroanatomia e apresentamos as principais perguntas que os neuroanatomistas fazem. Também exploramos estratégias de pesquisa nos níveis microscópico e macroscópico e discutimos suas aplicações.

Obrigado por assistir!