Overview
Fonte: Laboratórios de Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel - Universidade do Sul da Califórnia
O estudo de como o dano ao cérebro afeta o funcionamento cognitivo tem sido historicamente uma das ferramentas mais importantes para a neurociência cognitiva. Embora o cérebro seja uma das partes mais protegidas do corpo, há muitos eventos que podem afetar o funcionamento do cérebro. Problemas vasculares, tumores, doenças degenerativas, infecções, traumas por força bruta e neurocirurgia são apenas algumas das causas subjacentes de danos cerebrais, todos os quais podem produzir diferentes padrões de danos teciduais que afetam o funcionamento cerebral de diferentes maneiras.
A história da neuropsicologia é marcada por vários casos bem conhecidos que levaram a avanços na compreensão do cérebro. Por exemplo, em 1861, Paul Broca observou como o dano no lobo frontal esquerdo resultou em afasia, um distúrbio linguístico adquirido. Como outro exemplo, muito sobre a memória tem sido aprendido com pacientes com amnésia, como o famoso caso de Henry Molaison, conhecido por muitos anos na literatura neuropsicologia como "H.M.", cuja cirurgia de lobo temporal levou a um profundo déficit na formação de certos tipos de novas memórias.
Embora a observação e o teste de pacientes com danos cerebrais focais tenha fornecido à neurociência uma visão do funcionamento do cérebro, deve-se tomar muito cuidado na concepção de testes para revelar a natureza específica do déficit. Além disso, como o cérebro é uma rede complexa de neurônios interconectados, danos a uma região cerebral podem afetar o funcionamento em regiões distantes dos danos. Para demonstrar como os danos cerebrais podem afetar conexões entre as regiões cerebrais, este vídeo examina o caso do chamado cérebro dividido.
O corpus calosum é um grande feixe de fibras que conecta os hemisférios esquerdo e direito do cérebro. É um dos maiores tratos de matéria branca do cérebro e pode ser facilmente reconhecido em uma visão sagital da linha média do cérebro. Na década de 1960, neurocirurgiões descobriram que cortar o corpo caloso poderia ser um tratamento bem sucedido para certos tipos de epilepsia, o que envolve atividade neural incontrolável se espalhando pelo cérebro. As pessoas que foram submetidas à operação de cérebro dividido tiveram seus dois hemisférios cirurgicamente separados, de tal forma que os hemisférios esquerdo e direito não eram mais capazes de se comunicar. Essa condição permitiu que os experimentadores sondassem as funções do hemisfério esquerdo e direito de forma independente, aprendessem sobre as habilidades relativas e sobre a natureza da comunicação entre eles.
Este vídeo demonstra como testar um paciente de cérebro dividido para revelar algumas das diferenças entre os dois hemisférios do cérebro e ver algumas consequências dramáticas de tal desconexão. As versões originais desses experimentos foram desenvolvidas por Michael Gazzaniga e os colegas1, 2 e posteriormente foram elaborados por outros; 3 a versão aqui apresentada incorpora modernizações mais recentes da metodologia.
Procedure
1. Recrutamento de pacientes e controle
- Há uma variedade de pacientes com síndromes de desconexão, incluindo calosomias cirúrgicas completas e parciais e condições congênitas, como agênese do corpus calosum (ACC), em que o corpo calosum não se desenvolve totalmente. Existem múltiplos setores que conectam os dois hemisférios; o maior é o corpus calosum, mas algumas fibras cruzam na comissura anterior, comissure hipocampal e comissura posterior.
Observe que essas diferentes variedades de desconexão podem levar a diferentes resultados comportamentais neste teste. - Para efeitos deste experimento, pré-selecione o paciente através do uso de neuroimagem para confirmar a ausência de fibras de conexão.
- A ressonância magnética padrão e a imagem de difusão, que podem ser usadas para fotografar os setores de matéria branca, são particularmente úteis. Saber quais fibras de conexão estão presentes no paciente ajuda na interpretação dos resultados. Nesta demonstração, foi selecionado um paciente com uma calosotomia completa.
- Certifique-se de que o paciente foi totalmente informado dos procedimentos de pesquisa e assinou todos os formulários de consentimento adequados.
- Recrutar 20 participantes da mesma idade e sexo que o paciente, compatível com a inteligência, usando pontuações na Escala de Inteligência Adulta wechsler (WAIS).
2. Coleta de dados
- Para apresentar estímulos visuais apenas para o hemisfério esquerdo ou direito, os estímulos devem ser devidamente apresentados a um campo visual. Note que isso não equivale a apresentar os estímulos a um olho. Cada olho projeta para ambos os hemisférios do cérebro; por exemplo, a parte do olho esquerdo que vê o campo visual esquerdo é processada pelo hemisfério direito, mas a parte do olho esquerdo que processa o campo visual direito é vista pelo hemisfério esquerdo. Portanto, apresentar uma imagem ao hemisfério esquerdo, apresentá-la inteiramente dentro do campo visual direito, que é à direita de onde o paciente está olhando.
- Para conseguir essa lateralização, use um encosto de queixo para manter os olhos aproximadamente 22 in. da tela do computador. Coloque o queixo do paciente confortavelmente dentro do encondo o queixo, de frente para a tela.
- Tenha uma pequena cruz no centro da tela para fornecer um local para o paciente fixar seus olhos.
- Instrua o paciente a manter sua fixação nesta cruz durante todo o experimento, mesmo quando as imagens aparecem para o lado esquerdo ou direito dele.
- Explique ao paciente que quando uma imagem aparece, eles devem dizer o nome do objeto em voz alta.
- Apresentar imagens de objetos conhecidos brevemente no lado esquerdo ou direito da tela para projeí-los para os hemisférios direito ou esquerdo do cérebro, respectivamente. 50 imagens são apresentadas em ordem aleatória a partir de um conjunto de objetos que incluem desenhos facilmente reconhecíveis, como uma maçã, uma bola, uma vassoura e uma galinha.
- Apresente as imagens por menos de 150 ms para garantir a lateralização adequada. Este é tempo suficiente para ver o estímulo, mas rápido o suficiente para que o paciente não seja capaz de mover seus olhos para ver o estímulo na visão central.
- Peça ao paciente para nomear os objetos apresentados na tela em voz alta, e registrar suas respostas. Este é um teste de capacidade linguística verbal e deve revelar as diferenças na capacidade de falar entre os hemisférios.
- Se o paciente não conseguir nomear nenhum dos objetos, peça ao paciente para desenhar o objeto, sem olhar para o papel, com a mão ipsilateral para (do mesmo lado que) o estímulo. Isso serve como uma medida não linguística de conhecimento do estímulo.
- A mão ipsilateral ao estímulo é controlada pelo hemisfério que viu o estímulo. Por exemplo, quando o estímulo é apresentado no campo visual esquerdo, ele é processado pelo hemisfério direito. O hemisfério direito é o grande responsável pelo controle da mão esquerda.
- Certifique-se de que o paciente não olhe para a mão enquanto estiver desenhando para manter o isolamento do estímulo a um hemisfério.
- Quando o paciente terminar de desenhar um objeto, peça-lhes para olhar para o objeto e dizer o que é em voz alta. Isso confirma que o paciente sabe o nome do objeto quando ele é apresentado na visão central, mesmo que não consiga nomeá-lo quando ele é apresentado a um único hemisfério.
- Repita o procedimento para cada participante de controle.
3. Análise de dados
- Para analisar o desempenho do paciente, compare os dados do meio-campo visual esquerdo e direito entre si. Para isso, tabula o número de respostas corretas e incorretas em cada campo visual, e teste a probabilidade de obter uma diferença tão grande quanto a observada usando um teste qui-quadrado de independência.
- Compare os dados do paciente com os dados da idade, sexo e população de controle compatível com inteligência para determinar déficits no comportamento do paciente. Para isso, compile a pontuação média para o campo visual esquerdo e o campo visual direito de cada pessoa separadamente, e compare as distribuições usando uma análise de medidas repetidas do teste de variância (ANOVA).
Neuropsicólogos estudam pacientes "cérebro dividido" para sondar as funções únicas dos hemisférios cerebral esquerdo e direito — ou seja, estudar a lateralização — e também investigar a natureza da comunicação entre essas regiões.
Principalmente falando, informações de um lado do corpo são processadas dentro da metade oposta do cérebro. Além disso, cada hemisfério direciona contralateralmente os movimentos do corpo.
Essas áreas também têm diferentes forças cognitivas: o lado esquerdo é tipicamente associado ao controle da linguagem e da fala, enquanto a direita desempenha um grande papel no processamento de informações visuosespaciais — como julgar os arranjos espaciais dos mostradores em uma máquina.
Normalmente, coleções de axônios de neurônios — chamados de feixes de fibras nervosas — transferem informações entre esses hemisférios. Um dos maiores desses setores é o corpus calosum.
No entanto, essa comunicação inter-hemisférica é interrompida em pacientes com cérebro dividido, cuja calosa corporativa foi cirurgicamente cortada — um tratamento às vezes usado para reduzir a atividade neural incontrolável característica da epilepsia de se espalhar por todo o cérebro.
Usando modernizações das técnicas do psicólogo Michael Gazzaniga, este vídeo demonstra como testar pacientes com cérebro dividido e avaliar suas habilidades cognitivas — especificamente produção de fala — e ilustra métodos de coleta e análise de dados.
Neste experimento, os pacientes são mostradas imagens de objetos cotidianos e solicitadas a verbalizar o nome de cada item.
Para alcançar a lateralização, os pacientes são instruídos a se concentrar em um símbolo cruzado no centro de uma tela de computador, e são orientados a permanecer fixados nesta forma durante a duração do experimento. Aqui, a cruz serve como um ponto de referência ao lado do qual estímulos visuais podem ser mostrados tanto na direita quanto na esquerda.
Se uma imagem é apresentada à direita da tela, ela cai no campo visual direito — que, talvez contraintuitivamente, é processado pelas partes esquerdas de ambos os olhos. Essas regiões então projetam a imagem observada para o hemisfério esquerdo do cérebro, onde ela é identificada.
Assim, as funções do hemisfério cerebral esquerdo podem ser avaliadas mostrando imagens no campo visual direito.
Da mesma forma, um estímulo apresentado à esquerda da cruz na tela — no campo visual esquerdo — pode ser usado para avaliar os papéis do hemisfério direito.
Durante a tarefa de nomear objetos, um total de cinquenta desenhos, como o de uma galinha, aparecem um de cada vez em um lado aleatório do monitor — seja à direita ou à esquerda.
As fotos são apresentadas por menos de 150 ms. Como não é tempo suficiente para um paciente mover os olhos para reposicionar a imagem, garante que apenas o hemisfério cerebral que está sendo testado "veja" o estímulo.
Após o desaparecimento da imagem, o paciente deve identificá-la em voz alta, o que serve como medida da lateralização da capacidade linguística verbal.
Aqui, a variável dependente é a porcentagem de imagens mostradas nos campos visual esquerdo e direito que o paciente é capaz de nomear — ou seja, a precisão da identificação verbal.
Com base no trabalho anterior de Gazzaniga e outros, espera-se que os pacientes possam nomear imagens apresentadas no campo visual direito com alta precisão, uma vez que essas informações são vistas pelo hemisfério esquerdo — a região capaz de controlar a fala.
No entanto, os pacientes não serão capazes de identificar verbalmente imagens mostradas no campo visual esquerdo, uma vez que essas informações são tratadas pelo hemisfério cerebral direito, que é incapaz de gerar linguagem e — em pacientes com cérebro dividido — não pode se comunicar com o lado esquerdo capaz de falar.
Se a imagem não pode ser nomeada — chamada de anomia — é realizada uma tarefa de desenho, que serve como uma medida não linguística do conhecimento de estímulo.
Aqui, os pacientes devem criar uma imagem da imagem que foram mostradas usando a mão no ipsilateral ou no mesmo lado do campo visual testado. Assim, se os pacientes não conseguem identificar verbalmente um objeto apresentado à esquerda da tela, eles devem desenhá-lo com a mão esquerda.
Neste caso, a variável dependente é a porcentagem de imagens mostradas nos campos visuais esquerdo e direito que são desenhadas com precisão.
Espera-se que os pacientes incapazes de nomear imagens mostradas à esquerda do monitor ainda sejam capazes de desenhá-las - usando a mão esquerda — com alta precisão.
Isso se deve ao fato de que o hemisfério direito — que controla o braço esquerdo e a mão — também processa informações do campo visual esquerdo. Assim, não é necessária comunicação entre os hemisférios para completar essa tarefa.
Antes de iniciar o experimento, revise os dados de ressonância magnética dos pacientes para determinar quais feixes de fibra nervosa estão faltando. Para efeitos desta demonstração, um paciente em que todo o corpus callosum foi cortado é testado, e seus dados serão comparados aos coletados dos participantes do controle.
Saúda o paciente quando ele chegar, e informe-o dos procedimentos de pesquisa. Além disso, assegure-se de que assinaram todos os formulários de consentimento adequados.
Em seguida, prossiga para colocar seu queixo confortavelmente em um chinrest para que seus olhos sejam posicionados aproximadamente 22 em.
Com a pequena cruz exibida no centro da tela, enfatize ao paciente que eles devem permanecer fixados neste símbolo, mesmo quando as imagens piscam para a esquerda ou para a direita dele.
Prossiga mostrando-lhes 50 imagens, cada uma delas apresentadas por 150 ms, em uma ordem aleatória, e divididas uniformemente entre os lados. Após cada apresentação, instrua o paciente a identificar o objeto em voz alta: "Apple". Regissoto todas as respostas deles.
Se o paciente não pode nomear o estímulo visual, peça-lhe para desenhá-lo com a mão no mesmo lado do campo visual em que a imagem foi mostrada. Isso constitui a tarefa de objetos de desenho.
Certifique-se de que o paciente não olhe para sua mão como eles estão desenhando, a fim de manter o isolamento inicial do estímulo para um hemisfério cerebral.
Para confirmar que o paciente sabe o nome do estímulo quando é apresentado simultaneamente a ambos os campos de visão, peça que ele olhe para baixo em seu desenho completo e identifique verbalmente o objeto que representa: "Vassoura". Mais uma vez, registo todas as respostas do paciente.
Para analisar os dados, primeiro calcule a porcentagem de respostas verbais corretas entre os pacientes para estímulos apresentados aos campos visuais esquerdo e direito.
Proceda compilando separadamente a porcentagem de pontuações de resposta verbal corretas para os locais esquerdo e direito de cada participante de controle.
Para identificar evenegrações no comportamento do paciente, compare o controle e os dados do paciente utilizando uma análise de medidas repetidas do teste de variância. Repita a análise de todos os dados coletados no teste de desenho.
Observe que, embora os pacientes sejam tipicamente incapazes de nomear estímulos apresentados ao campo visual esquerdo, eles podem desenhá-los — com a mão esquerda — com um alto grau de precisão. Isso demonstra uma dissociação entre a capacidade do paciente de reconhecer e nomear verbalmente um objeto.
Agora que você sabe como testar as funções dos hemisférios esquerdo e direito de pacientes com cérebro dividido com estímulos visuais, vamos ver como os pesquisadores exploram e aplicam a lateralização em outros contextos.
Você aprendeu que a separação cirúrgica dos dois hemisférios é frequentemente usada para tratar pacientes com epilepsia, o que é caracterizado por convulsões.
Como resultado, muitos neurocientistas estão analisando se o momento dessa desconexão — se o caloso corpus é cortado durante a infância ou a idade adulta — tem algum efeito nas funções cognitivas de um paciente.
É importante ressaltar que, em comparação com adultos, as crianças experimentam menos — ou menos graves — efeitos cognitivos após a desconexão dos hemisférios cerebrais, sugerindo que cérebros jovens demonstram um grande grau de plasticidade.
Até agora, nos concentramos no corpus calosum como a maior conexão entre os hemisférios esquerdo e direito.
No entanto, outros feixes de fibras nervosas permitem a comunicação entre os lados do cérebro. Entre eles está a comissura anterior, que tem sido implicada na transferência de informações sensoriais, como a relativa à visão ou ao cheiro.
Assim, alguns pesquisadores estão analisando como a desconexão de um ou mais desses pacotes — com ou sem a separação do calosum corpus — afeta o comportamento do paciente.
Você acabou de ver o vídeo do JoVE sobre testes de pacientes com cérebro dividido usando estímulos visuais. Agora, você deve entender como apresentar imagens aos dois campos visuais, e coletar e interpretar dados relacionados com as habilidades dos hemisférios cerebral esquerdo e direito. Você também deve saber como os dados de pacientes com cérebro dividido estão sendo usados para desenvolver melhores tratamentos para epilepsia, e entender os papéis de diferentes feixes de fibras nervosas no cérebro.
Obrigado por assistir!
Results
Normalmente, os pacientes com calotomia exibem uma anomia para objetos apresentados no meio-campo visual esquerdo. Anomia é a incapacidade de nomear objetos. Os objetos apresentados ao campo visual direito, no entanto, são nomeados com alta precisão(Figura 1).
Figura 1: O desempenho do paciente e do controle na tarefa de nomeação de objetos para estímulos apresentados nos campos visual esquerdo e direito. O paciente (círculos negros) não é capaz de nomear verbalmente objetos apresentados no campo visual esquerdo, mas é capaz de nomear objetos no campo visual direito. Em contraste, a população de controle (diamantes azuis) pode nomear objetos apresentados tanto nos campos visuais esquerdo quanto direito.
Alguns pacientes podem ser capazes de desenhar com sucesso objetos apresentados ao campo visual esquerdo, mesmo que não possam nomeá-los verbalmente (Figura2).
Figura 2: O desempenho do paciente e do controle na tarefa de objetos de desenho para estímulos apresentados nos campos visual esquerdo e direito. O paciente (círculos negros) e a população de controle (diamantes azuis) são capazes de desenhar objetos apresentados nos campos visual esquerdo e direito. O desempenho do paciente não difere dos controles combinados.
Neste caso, o paciente geralmente diz que não viu nada. Isso porque o hemisfério esquerdo, que controla a fala, não viu a imagem visual. No entanto, o hemisfério direito, que viu o objeto, pode reconhecê-lo, mas é incapaz de gerar fala. Como o hemisfério direito está em grande parte no controle da mão esquerda, o paciente é capaz de desenhar o objeto com a mão esquerda. Este resultado demonstra uma dissociação entre a capacidade de reconhecer um objeto e a capacidade de nomear verbalmente um objeto.
A população de controle, com callosa corpora intacta, pode nomear e desenhar objetos apresentados nos campos visual esquerdo ou direito. Isso porque a informação pode passar livremente de um hemisfério para o outro, permitindo o compartilhamento de informações entre as regiões cerebrais.
Applications and Summary
O caso do paciente split-cérebro revela a especialização relativa dos dois hemisférios cerebrais. Muitas dessas especializações também podem ser demonstradas em pessoas saudáveis com comissuras intactas usando técnicas semelhantes. Por exemplo, as pessoas tendem a reconhecer palavras mais rapidamente quando são apresentadas brevemente no campo visual direito em comparação com quando são apresentadas no campo visual esquerdo. Este experimento também mostra que mesmo quando duas regiões cerebrais são saudáveis, danos às conexões entre diferentes regiões podem afetar o comportamento.
No entanto, é importante lembrar que ao testar o cérebro dividido demonstra as diferenças entre os dois hemisférios cerebrais, no cérebro intacto, os dois hemisférios estão continuamente interagindo entre si e trabalhando em conjunto. Para isolar um estímulo a um campo visual é necessário equipamento especializado que possa apresentar estímulos muito brevemente e longe da fixação central. Uma vez que a visão central é processada por ambos os hemisférios, e os olhos normalmente escaneiam um ambiente, esta não é uma situação que provavelmente será encontrada na vida cotidiana.
References
- Gazzaniga, M. S., Bogen, J. E., & Sperry, R. W. (1962). Some functional effects of sectioning the cerebral commissures in man. Proc Natl Acad Sci U S A, 48, 1765-1769.
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- Zaidel, E., Zaidel, D., & Bogen, J. E. (1990). Testing the commussurotomy patient. In A. Boulton, G. Baker, & M. Hiscock (Eds.), Neuromethods (pp. 147-201). Clifton, NJ: Humana Press.
