Em formação

Os neurônios motores no tronco cerebral podem iniciar movimentos?


Supostamente, o movimento (consciente) é iniciado no córtex cerebral. Mas há algum tempo li uma pesquisa que afirmava que poderia É possível que alguns movimentos (não especificados quais, provavelmente signifiquem os automatizados) começam no tronco encefálico. Essa pesquisa estava em um desses sites de arquivos de pesquisa, não era um artigo e não tinha nenhuma visibilidade mainstream. Então eu não ouvi mais nada nesta linha, mas você ouve muitas vezes sobre esses bebês "nascidos sem cérebro" que não têm a maior parte de seu cérebro, 80% de seu cérebro ou que não tem córtex cerebral, mas eles se movem. Onde esses movimentos começaram? Os neurônios motores no tronco cerebral podem iniciar movimentos?


Sim, os movimentos (incluindo os bastante complexos) podem começar ou ser conduzidos pelo tronco cerebral (e medula espinhal).

Os geradores de padrão central são essenciais para a produção de movimentos rítmicos coordenados, incluindo os de locomoção, mastigação e respiração: também estão localizados no tronco cerebral e na medula espinhal.

Muitos experimentos foram feitos para estudar o controle da locomoção do tronco cerebral (ver Shik e Orlovsky, 1976), particularmente em gatos descerebrados. Você pode induzir um movimento de caminhada independente do controle cerebral nesses animais apenas movendo o chão (por exemplo, usando uma esteira).

De forma mais geral, os comandos motores voluntários do córtex são apenas um "plano sugerido" - os padrões específicos de ativação muscular são determinados no tronco cerebral e medula espinhal, com entrada da propriocepção e modulação pelo cerebelo e núcleos do tronco cerebral, como o núcleo vermelho.

Em humanos, os movimentos espontâneos também são comuns em ~ 50% dos pacientes com morte cerebral (Saposnik et al. 2005), embora as definições de morte cerebral normalmente incluam o tronco encefálico, então estes devem ser considerados movimentos da coluna em vez de movimentos do tronco cerebral.


Saposnik, G., Maurino, J., Saizar, R., & Bueri, J. A. (2005). Movimentos espontâneos e reflexos em 107 pacientes com morte encefálica. The American Journal of Medicine, 118 (3), 311-314.

Shik, M. L., & Orlovsky, G. N. (1976). Neurofisiologia do automatismo locomotor. Revisões fisiológicas, 56 (3), 465-501.


Marcadores neuronais motores

Os neurônios motores podem ser classificados como neurônios motores superiores, originados do cérebro e neurônios motores inferiores, originados do tronco encefálico e da medula espinhal. Também conhecidos como motoneurônios, sua função principal é fazer sinapses de fibras musculares e glândulas para transmitir sinais do cérebro. Os neurônios motores podem ser divididos de acordo com o tipo de músculo que inervam. Os neurônios motores somáticos inervam diretamente o músculo esquelético. Os neurônios motores braquiais inervam os músculos braquiais na face e no pescoço, enquanto os neurônios motores viscerais fazem sinapses com o músculo visceral nas artérias e no coração.

Estudar a diferenciação de células-tronco embrionárias em neurônios motores é particularmente importante para pesquisas focadas em Doenças do Neurônio Motor (MNDs). Esses distúrbios neurológicos progressivos são caracterizados pela degeneração dos neurônios responsáveis ​​pelo controle da atividade muscular. A mais estudada dessas condições é a Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA, também conhecida como doença de Lou Gehrig), na qual os pacientes sofrem com a perda voluntária do controle muscular e do movimento. Os marcadores estabelecidos de neurônios motores diferenciados incluem os fatores de transcrição Islet-1, Islet-2 e Olig2.


Tipos de neurônio motor

Os neurônios motores podem ser divididos em dois tipos de neurônios, dependendo de sua função: neurônios motores superiores e neurônios motores inferiores. Esses neurônios formam uma variedade de circuitos controlados e complexos por todo o corpo, controlando os movimentos voluntários e involuntários.

Neurônios motores superiores

Os neurônios motores superiores estão localizados no córtex motor do cérebro ou no tronco cerebral e são os principais neurônios que iniciam o movimento voluntário por todo o corpo conectando o córtex cerebral ao tronco cerebral e à medula espinhal.

Existem alguns tratos, ou vias que os neurônios motores superiores podem percorrer, que têm diferentes funções: tratos piramidal, extrapiramidal, rubrospinal, tectospinal e reticulospinal.

  • No trato da pirâmide, os neurônios motores superiores serão responsáveis ​​pelo controle do movimento consciente. O trato da pirâmide começa na faixa motora do lobo frontal e os impulsos nervosos viajam daqui para a medula espinhal.
  • O trato extrapiramidal é qualquer via que está fora do trato piramidal. Eles geralmente estarão envolvidos em funções motoras subconscientes, como postura e equilíbrio.
  • O trato rubrospinal é um trato extrapiramidal que está envolvido nos movimentos involuntários usados ​​para manter e melhorar o equilíbrio do corpo.
  • O trato tectospinal, outro trato extrapiramidal, é responsável pelos movimentos dos músculos do pescoço.
  • Por fim, o trato reticulospinal é importante no controle das ações autônomas do corpo.

Os neurônios motores superiores viajam por um dos tratos mencionados acima, onde então farão sinapses ou formarão conexões com neurônios localizados na medula espinhal, chamados neurônios motores inferiores.

Neurônios motores inferiores

Os neurônios motores inferiores, localizados na medula espinhal, são diretamente responsáveis ​​pela comunicação de sinais diretamente aos músculos esqueléticos, órgãos e glândulas.

Eles recebem informações dos neurônios motores superiores, diretamente ou via interneurônios, e estimulam sua atividade, estendendo suas fibras até o destino adequado.

Existem alguns subtipos de neurônios motores inferiores: neurônios motores somáticos, eferentes viscerais especiais e neurônios motores viscerais gerais.

  • Os neurônios motores alfa são neurônios motores relativamente grandes que inervam o músculo esquelético e causam as contrações musculares que geram o movimento. Especificamente, eles inervam as fibras musculares extrafusais, que são fibras musculares padrão.
  • Os neurônios motores beta não são tão bem categorizados quanto os neurônios motores alfa, mas entende-se que também inervam as fibras musculares extrafusais, bem como as fibras intrafusais, que servem como órgãos sensoriais especializados e são inervadas por fibras motoras e sensoriais.
  • Os neurônios motores gama respondem aos receptores de estiramento do músculo esquelético, também conhecidos como fusos musculares. Embora sejam conhecidos como neurônios motores, os neurônios motores gama não causam nenhuma função motora diretamente. Em vez disso, acredita-se que sejam ativados junto com os alfas para ajustar a contração muscular.

Neurônios eferentes viscerais especiais (também conhecidos como neurônios motores branquiais) são responsáveis ​​pela inervação dos músculos da cabeça e do pescoço.

Eles estão localizados no tronco encefálico e, junto com os neurônios sensoriais, formam os núcleos de alguns dos nervos cranianos (trigêmeo, facial, glossofaríngeo, vago e nervo acessório).

Os neurônios motores viscerais gerais contribuem para as funções simpáticas e parassimpáticas do sistema nervoso autônomo (SNA).

As funções do SNA não são controladas conscientemente e dependem dos neurônios motores viscerais para estimular todas as funções periféricas, como a inervação do coração, músculo liso e glândulas. A única área que eles não estimulam são os músculos esqueléticos.


Neurônio diz às células-tronco que desenvolvam novos neurônios

Na representação deste artista do nicho neurogênico subependimário adulto (visto por baixo do epêndima), os sinais elétricos gerados pelo neurônio ChAT + dão origem a neuroblastos migrantes recém-nascidos, vistos movendo-se sobre a parte inferior das células ependimárias. Ilustração de O’Reilly Science Art.

Os pesquisadores da Duke descobriram um novo tipo de neurônio no cérebro adulto que é capaz de dizer às células-tronco para fazer mais novos neurônios. Embora os experimentos estejam em seus estágios iniciais, a descoberta abre a possibilidade tentadora de que o cérebro seja capaz de se reparar por dentro.

Os neurocientistas suspeitam há algum tempo que o cérebro tem alguma capacidade de direcionar a fabricação de novos neurônios, mas foi difícil determinar de onde vêm essas instruções, explica Chay Kuo, MD Ph.D., professor assistente de biologia celular, neurobiologia e pediatria.

Em um estudo com ratos, sua equipe encontrou uma população de neurônios até então desconhecida dentro do nicho neurogênico da zona subventricular (SVZ) do cérebro adulto, adjacente ao corpo estriado. Esses neurônios expressavam a enzima colina acetiltransferase (ChAT), necessária para produzir o neurotransmissor acetilcolina. Com ferramentas optogenéticas que permitiram à equipe ajustar a frequência de disparo desses neurônios ChAT + para cima e para baixo com luz laser, eles foram capazes de ver mudanças claras na proliferação de células-tronco neurais no cérebro.

As descobertas apareceram como uma publicação online antecipada em 1º de junho na revista Nature Neuroscience.

A população de neurônios ChAT + madura é apenas uma parte de um circuito neural não descrito que aparentemente fala com as células-tronco e diz a elas para aumentar a produção de novos neurônios, disse Kuo. Os pesquisadores ainda não conhecem todas as partes do circuito, nem o código que ele está usando, mas ao controlar os sinais dos neurônios ChAT +, Kuo e seus colegas Duke estabeleceram que esses neurônios são necessários e suficientes para controlar a produção de novos neurônios do SVZ nicho.

"Temos trabalhado para determinar como a neurogênese é sustentada no cérebro adulto. É muito inesperado e emocionante descobrir esse portal oculto, um circuito neural que pode instruir diretamente as células-tronco a fazerem neurônios mais imaturos", disse Kuo, que é também George W. Brumley, Jr. MD, professor assistente de biologia do desenvolvimento e membro do Duke Institute for Brain Sciences. "Tem sido essa caça ao tesouro fascinante que parecia um beco sem saída em várias ocasiões!"

Kuo disse que este projeto foi iniciado há mais de cinco anos, quando a autora principal Patricia Paez-Gonzalez, uma pós-doutoranda, encontrou processos neuronais em contato com células-tronco neurais enquanto estudava como o nicho SVZ foi montado.

Os jovens neurônios produzidos por esses sinais foram destinados ao bulbo olfatório em roedores, já que o camundongo tem uma grande parte de seu cérebro dedicada a processar o sentido do olfato e precisa desses novos neurônios para apoiar o aprendizado. Mas em humanos, com um bulbo olfatório muito menos impressionante, Kuo disse que é possível que novos neurônios sejam produzidos para outras regiões do cérebro. Uma dessas regiões pode ser o estriado, que medeia os controles motores e cognitivos entre o córtex e os complexos gânglios da base.

"O cérebro abre mão de um espaço privilegiado ao redor dos ventrículos laterais para o nicho SVZ que abriga essas células-tronco", disse Kuo. "É algum tipo de fábrica recebendo pedidos?" O pós-doutorado Brent Asrican fez uma observação importante de que as ordens dos novos neurônios ChAT + foram ouvidas claramente pelas células-tronco SVZ.

Estudos de acidentes vasculares cerebrais em roedores observaram células SVZ aparentemente migrando para o corpo estriado vizinho. E no mês passado, no jornal Cell, uma equipe sueca observou pela primeira vez neurônios de controle recém-fabricados, chamados interneurônios, no corpo estriado humano. Eles relataram que, curiosamente, em pacientes com doença de Huntington, essa área parece não ter interneurônios recém-nascidos.

"Esta é uma população de células muito importante e relevante que está controlando essas células-tronco", disse Sally Temple, diretora do Neural Stem Cell Institute de Rensselaer, NY, que não esteve envolvida nesta pesquisa. "É realmente interessante ver como as inervações estão entrando em ação agora na zona subventricular."

A equipe de Kuo descobriu esse sistema seguindo a sinalização colinérgica, mas outros grupos estão chegando ao mesmo nicho seguindo os sinais dopaminérgicos e serotonérgicos, disse Temple. "É uma área muito quente porque é um lindo nicho de células-tronco para estudar. É um lindo nicho onde você pode observar as interações célula a célula."

Essas linhas emergentes têm Kuo esperançoso de que os pesquisadores eventualmente serão capazes de encontrar a maneira de "envolver certos circuitos do cérebro para levar a uma atualização de hardware. Não seria bom se você pudesse atualizar o hardware do cérebro para acompanhar o novo software ? " Ele disse que talvez haja uma maneira de combinar terapia comportamental e tratamentos com células-tronco após uma lesão cerebral para reconstruir parte dos danos.

As questões à frente estão tanto a montante dos novos neurônios ChAT + quanto a jusante, diz Kuo. A montante, quais sinais cerebrais dizem aos neurônios ChAT + para começarem a pedir às células-tronco mais neurônios jovens? A jusante, qual é a lógica que rege a resposta das células-tronco a diferentes frequências de atividade elétrica ChAT +?

Há também o grande problema de ser capaz de, de alguma forma, introduzir novos componentes em um circuito neuronal existente, uma prática à qual partes do cérebro normalmente podem resistir. "Acho que alguns circuitos neurais dão boas-vindas a novos membros, e outros não", disse Kuo.

Além de Paez-Gonzalez, Asrican e Kuo, Erica Rodriguez, uma estudante de graduação no programa de treinamento em neurobiologia, também é autora. Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, David & amp Lucile Packard Foundation e George Brumley Jr. Endowment.


Neurônio diz às células-tronco que desenvolvam novos neurônios

Na representação deste artista do nicho neurogênico subependimário adulto (visto por baixo do epêndima), os sinais elétricos gerados pelo neurônio ChAT + dão origem a neuroblastos migrantes recém-nascidos, vistos movendo-se sobre a parte inferior das células ependimárias. Ilustração de O’Reilly Science Art.

Os pesquisadores da Duke descobriram um novo tipo de neurônio no cérebro adulto que é capaz de dizer às células-tronco para fazer mais novos neurônios. Embora os experimentos estejam em seus estágios iniciais, a descoberta abre a possibilidade tentadora de que o cérebro seja capaz de se reparar por dentro.

Os neurocientistas suspeitam há algum tempo que o cérebro tem alguma capacidade de direcionar a fabricação de novos neurônios, mas foi difícil determinar de onde vêm essas instruções, explica Chay Kuo, MD Ph.D., professor assistente de biologia celular, neurobiologia e pediatria.

Em um estudo com ratos, sua equipe encontrou uma população de neurônios até então desconhecida dentro do nicho neurogênico da zona subventricular (SVZ) do cérebro adulto, adjacente ao corpo estriado. Esses neurônios expressavam a enzima colina acetiltransferase (ChAT), necessária para produzir o neurotransmissor acetilcolina. Com ferramentas optogenéticas que permitiram à equipe ajustar a frequência de disparo desses neurônios ChAT + para cima e para baixo com luz laser, eles foram capazes de ver mudanças claras na proliferação de células-tronco neurais no cérebro.

As descobertas apareceram como uma publicação online antecipada em 1º de junho na revista Nature Neuroscience.

A população de neurônios ChAT + madura é apenas uma parte de um circuito neural não descrito que aparentemente fala com as células-tronco e diz a elas para aumentar a produção de novos neurônios, disse Kuo. Os pesquisadores ainda não conhecem todas as partes do circuito, nem o código que ele está usando, mas ao controlar os sinais dos neurônios ChAT +, Kuo e seus colegas Duke estabeleceram que esses neurônios são necessários e suficientes para controlar a produção de novos neurônios do SVZ nicho.

"Temos trabalhado para determinar como a neurogênese é sustentada no cérebro adulto. É muito inesperado e emocionante descobrir esse portal oculto, um circuito neural que pode instruir diretamente as células-tronco a fazerem neurônios mais imaturos", disse Kuo, que é também George W. Brumley, Jr. MD, professor assistente de biologia do desenvolvimento e membro do Duke Institute for Brain Sciences. "Tem sido essa caça ao tesouro fascinante que parecia um beco sem saída em várias ocasiões!"

Kuo disse que este projeto foi iniciado há mais de cinco anos, quando a autora principal Patricia Paez-Gonzalez, uma pós-doutoranda, encontrou processos neuronais em contato com células-tronco neurais enquanto estudava como o nicho SVZ foi montado.

Os jovens neurônios produzidos por esses sinais foram destinados ao bulbo olfatório em roedores, já que o camundongo tem uma grande parte de seu cérebro dedicada a processar o sentido do olfato e precisa desses novos neurônios para apoiar o aprendizado. Mas em humanos, com um bulbo olfatório muito menos impressionante, Kuo disse que é possível que novos neurônios sejam produzidos para outras regiões do cérebro. Uma dessas regiões pode ser o estriado, que medeia os controles motores e cognitivos entre o córtex e os complexos gânglios da base.

"O cérebro abre mão de um espaço privilegiado ao redor dos ventrículos laterais para o nicho SVZ que abriga essas células-tronco", disse Kuo. "É algum tipo de fábrica recebendo pedidos?" O pós-doutorado Brent Asrican fez uma observação importante de que as ordens dos novos neurônios ChAT + foram ouvidas claramente pelas células-tronco SVZ.

Estudos de acidentes vasculares cerebrais em roedores observaram células SVZ aparentemente migrando para o corpo estriado vizinho. E no mês passado, no jornal Cell, uma equipe sueca observou pela primeira vez neurônios de controle recém-fabricados, chamados interneurônios, no corpo estriado humano. Eles relataram que, curiosamente, em pacientes com doença de Huntington, essa área parece não ter interneurônios recém-nascidos.

"Esta é uma população de células muito importante e relevante que está controlando essas células-tronco", disse Sally Temple, diretora do Neural Stem Cell Institute de Rensselaer, NY, que não esteve envolvida nesta pesquisa. "É realmente interessante ver como as inervações estão entrando em ação agora na zona subventricular."

A equipe de Kuo descobriu esse sistema seguindo a sinalização colinérgica, mas outros grupos estão chegando ao mesmo nicho seguindo os sinais dopaminérgicos e serotonérgicos, disse Temple. "É uma área muito quente porque é um lindo nicho de células-tronco para estudar. É um lindo nicho onde você pode observar as interações célula a célula."

Essas linhas emergentes têm Kuo esperançoso de que os pesquisadores eventualmente serão capazes de encontrar a maneira de "envolver certos circuitos do cérebro para levar a uma atualização de hardware. Não seria bom se você pudesse atualizar o hardware do cérebro para acompanhar o novo software ? " Ele disse que talvez haja uma maneira de combinar terapia comportamental e tratamentos com células-tronco após uma lesão cerebral para reconstruir parte dos danos.

As questões que temos pela frente estão tanto a montante dos novos neurônios ChAT + quanto a jusante, diz Kuo. A montante, quais sinais cerebrais dizem aos neurônios ChAT + para começarem a pedir às células-tronco mais neurônios jovens? A jusante, qual é a lógica que rege a resposta das células-tronco a diferentes frequências de atividade elétrica ChAT +?

Há também o grande problema de ser capaz de, de alguma forma, introduzir novos componentes em um circuito neuronal existente, uma prática à qual partes do cérebro normalmente podem resistir. "Acho que alguns circuitos neurais dão boas-vindas a novos membros, e outros não", disse Kuo.

Além de Paez-Gonzalez, Asrican e Kuo, Erica Rodriguez, uma estudante de graduação no programa de treinamento em neurobiologia, também é autora. Esta pesquisa foi apoiada pelo National Institutes of Health, David & amp Lucile Packard Foundation e George Brumley Jr. Endowment.


Como os neurônios nascidos em adultos funcionam em um circuito

Os pesquisadores acreditam que a neurogênese ajuda o cérebro a distinguir entre dois objetos ou eventos muito semelhantes, um fenômeno denominado separação de padrões. De acordo com uma hipótese, a excitabilidade de novos neurônios em resposta a novos objetos diminui a resposta de neurônios estabelecidos no giro dentado aos estímulos de entrada, ajudando a criar um circuito separado para a nova, mas semelhante, memória.


Além da memória

No NIMH, um dos primeiros estudos de Cameron analisando os efeitos da neurogênese testou a relação entre o novo crescimento neuronal e o estresse. Ela descobriu a conexão estudando ratos que não podiam fazer novos neurônios e registrando como eles se comportavam em um ambiente aberto com comida no centro. Assim como os ratos que ainda podiam fazer novos neurônios, os ratos com deficiência de neuro-gênese hesitavam em ir buscar a comida no espaço aberto, mas acabaram conseguindo. No entanto, quando os animais que não podiam fazer novos neurônios foram estressados ​​antes de serem colocados no espaço aberto, eles ficaram extremamente cautelosos e ansiosos, enquanto os ratos normais não se comportaram de forma diferente quando estressados.

Cameron percebeu que a geração de novos neurônios também desempenha um papel no cérebro separado das funções de aprendizagem e memória para as quais havia evidências crescentes. Em seus experimentos, “estávamos procurando efeitos de memória e procuramos por um bom tempo sem encontrar nada e então tropeçamos nesse efeito de estresse”, diz ela.

As células do hipocampo estão densamente repletas de receptores para os hormônios do estresse. Acredita-se que um tipo de hormônio em particular, os glicocorticóides, iniba a neurogênese, e a diminuição da neurogênese foi associada a comportamentos de depressão e ansiedade em roedores. Mas não havia uma ligação direta entre a experiência de estresse e o desenvolvimento desses comportamentos. Então Cameron e seus colegas criaram um experimento para testar a conexão.

Quando a equipe bloqueou a neurogênese em camundongos adultos e, em seguida, restringiu os animais para estressá-los moderadamente, seus níveis elevados de glicocorticóide demoraram a se recuperar em comparação com os camundongos que tinham neurogênese normal. Os camundongos estressados ​​que não conseguiam gerar novos neurônios também agiam estranhamente em testes comportamentais: evitavam comer quando colocados em um novo ambiente, ficavam imóveis e cada vez mais angustiados quando eram forçados a nadar e bebiam menos água açucarada do que os ratos normais quando lhes era oferecida , sugerindo que eles não trabalham tão duro quanto os ratos normais para sentir prazer. Neurogênese adulta prejudicada, os experimentos mostraram, desempenhou um papel direto no desenvolvimento de sintomas de depressão, diz Cameron.

A noção de que a neurogênese e o estresse podem estar diretamente ligados aos nossos estados mentais levou Cameron a relembrar a literatura, onde encontrou muitas sugestões de que o hipocampo desempenha um papel na emoção, além do aprendizado e da memória. Até mesmo Altman, que identificou inesperadamente a neurogênese em roedores adultos na década de 1960, e colegas sugeriram isso na década de 1970. No entanto, o argumento só apareceu esporadicamente na literatura desde então. “O estresse é complicado”, diz Cameron que é difícil saber exatamente como as experiências estressantes afetam a neurogênese ou como a geração de novos neurônios influenciará a resposta de um animal ao estresse. Alguns tipos de estresse podem diminuir a neurogênese, enquanto outros, como certas formas de estresse intermitente, podem aumentar o novo crescimento neuronal. No ano passado, Cameron e colegas descobriram que a geração de novos neurônios ajuda os ratos usados ​​para modelar o transtorno de estresse pós-traumático a se recuperar de períodos agudos e prolongados de estresse.

A neurogênese parece desempenhar um papel tanto na lembrança quanto no esquecimento.

Seu trabalho também ligou a neurogênese a outras características do comportamento de roedores, incluindo atenção e sociabilidade. Em 2016, com Gould em Princeton e alguns outros colaboradores, ela publicou um trabalho sugerindo que os novos neurônios estão de fato ligados ao comportamento social. A equipe criou uma hierarquia entre os ratos e, em seguida, desconstruiu essas classes sociais removendo o macho dominante. Quando os pesquisadores sacrificaram os animais e contaram novos neurônios em seus cérebros, os ratos das hierarquias desconstruídas tinham menos neurônios novos do que os das gaiolas de controle com níveis estáveis. Ratos com hierarquias incertas e menos neurônios novos não mostravam nenhum sinal de ansiedade ou cognição reduzida, mas não eram tão inclinados quanto os animais de controle a passar tempo com novos ratos colocados em seus quartos, preferindo ficar com os animais que conheciam. Quando receberam uma droga - oxitocina - para aumentar a neurogênese, eles mais uma vez começaram a explorar e a passar o tempo com novos ratos que entravam em suas gaiolas.

O estudo do laboratório de Cameron sobre a capacidade dos ratos de desviar sua atenção surgiu do trabalho dos pesquisadores sobre o estresse, no qual eles observaram que os roedores às vezes não conseguiam passar de uma tarefa para a outra. Voltando novamente à literatura, Cameron encontrou um estudo de 1969 que parecia sugerir que a neurogênese pode afetar esse comportamento de troca de tarefas. Sua equipe montou os experimentos com garrafas de água para ver como os ratos mudavam a atenção. A inibição da neurogênese em camundongos adultos levou a uma redução de 50% em sua capacidade de mudar o foco da bebida para a busca pela fonte do som.

“Este artigo é muito interessante”, diz J. Tiago Gonçalves, neurocientista da Albert Einstein College of Medicine de Nova York que estuda neurogênese, mas não participou do estudo. Isso poderia explicar as descobertas vistas em algumas tarefas comportamentais e as incongruências entre as descobertas de diferentes tarefas comportamentais, ele escreve em um e-mail para O cientista. Claro, é necessário um trabalho de acompanhamento, acrescenta.

Cameron argumenta que desviar a atenção pode ser mais um comportamento no qual o hipocampo desempenha um papel essencial, mas que os pesquisadores têm ignorado. E pode haver uma ligação inexplorada entre a produção de novos neurônios e o autismo ou outros distúrbios de atenção, diz ela. Crianças com autismo costumam ter dificuldade em desviar sua atenção de uma imagem para a outra em testes comportamentais, a menos que a imagem original seja removida.

Está ficando claro, continua Cameron, que a neurogênese tem muitas funções no cérebro adulto, algumas muito distintas do aprendizado e da memória. Em tarefas que exigem atenção, porém, há um vínculo com a memória, observa ela. “Se você não está prestando atenção nas coisas, não vai se lembrar delas.”


Função

Os nervos cranianos são responsáveis ​​pelo controle de uma série de funções no corpo. Algumas dessas funções incluem direcionar os impulsos sensoriais e motores, controle de equilíbrio, movimento e visão dos olhos, audição, respiração, deglutição, olfato, sensação facial e paladar. Os nomes e as principais funções desses nervos estão listados abaixo.

  1. Nervo olfatório: Sentido de olfato
  2. Nervo óptico: Visão
  3. Nervo Oculomotor: Movimento do globo ocular e pálpebra
  4. Nervo Troclear: Movimento dos olhos
  5. Nervo trigêmeo: Este é o maior nervo craniano e é dividido em três ramos que consistem nos nervos oftálmico, maxilar e mandibular. As funções controladas incluem sensação facial e mastigação.
  6. Nervo Abducente: Movimento dos olhos
  7. Nervo facial: Expressões faciais e paladar
  8. Nervo Vestibulococlear: Equilíbrio e audição
  9. Nervo glossofaríngeo: Deglutição, paladar e secreção de saliva
  10. Nervo vago: Controle sensorial e motor do músculo liso na garganta, pulmões, coração e sistema digestivo
  11. Nervo Acessório: Movimento do pescoço e ombros
  12. Nervo hipoglosso: Movimento da língua, deglutição e fala

Pesquisadores esclarecem a identidade das células-tronco cerebrais

O sistema nervoso humano é uma estrutura complexa que envia sinais elétricos do cérebro para o resto do corpo, permitindo que nos movamos e pensemos. Infelizmente, quando as células cerebrais são danificadas por trauma ou doença, elas não se regeneram automaticamente. Isso pode levar à incapacidade permanente.

Mas dentro do cérebro há um pequeno número de células-tronco que persistem até a idade adulta, oferecendo uma possível fonte de novas células para reparar o cérebro danificado.

O trabalho de pesquisadores da Faculdade de Medicina Veterinária da Universidade de Calgary lança uma nova luz sobre a identidade das células cerebrais que exibem a função das células-tronco neurais.

Um tipo, as células-tronco neurais dos astrócitos, podem se auto-renovar e gerar novos neurônios, principalmente após lesão cerebral. O outro tipo - chamado de células ependimárias - fornece um revestimento de suporte entre o cérebro e o fluido que banha o cérebro.

"É importante ressaltar que as células ependimárias que revestem as cavernas do cérebro também ficam ao lado das células-tronco neurais, sugerindo que podem ser reguladores importantes da função das células-tronco neurais", diz o autor sênior do estudo Jeff Biernaskie, PhD, Calgary Firefighters Burn Treatment Presidente da Sociedade em Regeneração da Pele e Cicatrização de Feridas, professor associado de biologia de células-tronco na Faculdade de Medicina Veterinária.

"No entanto, vários estudos de alto perfil sugeriram que as células ependimárias podem na verdade se tornar células-tronco neurais, quando ativadas por uma lesão no cérebro. Nosso trabalho fornece evidências de que não é o caso e fornece novos insights sobre como elas podem contribuir para o cérebro função."

A pesquisa de Biernaskie foi publicada na edição de 3 de maio da revista. Célula. Os co-autores principais do estudo são Prajay Shah e Jo Anne Stratton.

No estudo, os pesquisadores desenvolveram um processo que lhes permite rotular especificamente células ependimárias dentro do cérebro adulto, evitando as células-tronco de astrócitos. Biernaskie diz que a pesquisa não apenas esclarece a identidade da célula-tronco neural adulta, mas também fornece um novo modelo para estudar a função das células ependimárias e seu papel na manutenção da função cerebral normal.

"Esperamos que o modelo que desenvolvemos seja uma ferramenta importante para a compreensão do impacto da disfunção das células ependimárias durante o desenvolvimento do cérebro e no início de doenças neurodegenerativas."


Parte 3: Genes especializados em circuitos de aprendizagem vocal

00: 00: 00.05 Bem-vindo de volta, meu nome é Erich Jarvis. Sou professor associado do Duke University Medical Center
00: 00: 05.15 e também um Howard Hughes Medical Institute Investigator.
00: 00: 08.19 E estamos falando sobre os caminhos do cérebro para o comportamento de aprendizagem vocal,
00: 00: 14.12 que é a capacidade de imitar sons, incluindo a fala.
00: 00: 19.11 E na parte 3 da minha apresentação, vamos falar sobre alguns conhecimentos que adquirimos recentemente
00: 00: 27.00 sobre os genes que estão envolvidos nas funções dos circuitos de aprendizagem vocal
00: 00: 32.08 e genes que possuem comportamentos especializados nesses circuitos.
00: 00: 34.28 E o primeiro sobre o qual quero falar se chama FoxP2. Em humanos, quando o gene FoxP2 sofre mutação,
00: 00: 43,12, perdemos a capacidade de produzir a fala normal de forma adequada.
00: 00: 47,10 Vamos ah, buh, hoooww estão? É difícil sequenciar fonemas juntos.
00: 00: 54.27 E então, esse foi o primeiro gene que foi descoberto para essa capacidade
00: 00: 59.10 e ele próprio é um gene que regula a síntese de outros genes.
00: 01: 03.20 Meu laboratório e vários outros laboratórios analisaram o gene FoxP2 no cérebro de pássaros canoros
00: 01: 09.18 e esta é a aparência de um tentilhão-zebra.
00: 01: 12.13 Aqui está novamente o prosencéfalo e aqui estão os gânglios da base. FoxP2 é expresso em altos níveis
00: 01: 18.18 nesta região dos gânglios da base chamada estriado. O sinal branco aqui. Também está no tálamo.
00: 01: 23.26 E em uma idade jovem, é bem alto, incluindo nesta área o núcleo da música X,
00: 01: 28.17 e quando um tentilhão-zebra juvenil se torna o que chamamos de estágio de canto de sub-canção juvenil,
00: 01: 34.23 FoxP2 sobe para níveis mais altos na área X e, em seguida, quando se torna um adulto,
00: 01: 40,22 ele desce. E mostrada aqui, você sabe, é a idade desses animais na eclosão,
00: 01: 45.14 aqui está o seu juvenil, aqui está este juvenil, o que chamamos de sub canção.
00: 01: 50.13 E ele não está imitando bem a música do tutor adulto, este é um homem que está cantando para um aluno tutorado.
00: 01: 57.12 Mas quando ele é um adulto, aquele jovem torna-se um adulto e fica com sua bochecha laranja,
00: 02: 01.18 e com todas as suas belas penas coloridas, ele canta uma música bem imitada.
00: 02: 06.12 E assim, a expressão do FoxP2 está aumentando durante o processo de imitação e diminui.
00:02:12.18 So, this is interesting. What my colleagues Sebastian Haesler and Constance Scharff did
00:02:19.12 is to inject an inhibitor of FoxP2 into the area X song nucleus. It's called an RNAi inhibitor,
00:02:28.07 it binds to the mRNA product of FoxP2 and prevents it from being made into a protein.
00:02:34.13 And what you see down here is called a Western blot and you have a control knockdown
00:02:40.20 where it's not the FoxP2 gene, some other gene and FoxP2 is still synthesized.
00:02:45.09 When you put an RNAi to FoxP2 inside of area X, you prevent the protein synthesis.
00:02:51.17 Other genes are not affected.
00:02:53.29 And this is just showing a quantification of it being knocked-down.
00:02:58.04 So, when they did the control knock-down and gave an animal a tutor, this is what we see.
00:03:06.00 So, here is the song of the tutor and you can hear it's a sequence of 5 different syllables,
00:03:15.00 and now here is the song of a tutee that grew up with this tutor.
00:03:23.18 And if you listen to that, they sound quite similar, it's a good copy.
00:03:28.12 Now, here's a song of another tutor, again with about 5 different syllables,
00:03:33.19 and now we're going to play the song of the tutee with a FoxP2 knockdown.
00:03:42.03 You heard that. Go ahead and play it again.
00:03:49.07 And what you can hear is that yes, the bird is still singing, but he hasn't quite imitated the song that well.
00:03:57.11 He's imitated individual syllables, but he produces them out of sequence.
00:04:02.10 And some of those syllables, like this syllable D here, is not a good match of the syllable D here.
00:04:08.02 And we're going to show a longer example here, play the tutor song.
00:04:12.18 (Tweets)
00:04:15.13 And now play the tutee song with the FoxP2 knock-down.
00:04:21.06 (Tweets)
00:04:24.03 Did you hear that? Play it again.
00:04:25.28 (Tweeting)
00:04:30.03 So, basically, what it shows is that FoxP2, like in the human brain, is not necessary for actual speaking,
00:04:37.19 or in this case, singing, but it's necessary to actually imitate the songs appropriately.
00:04:43.02 And what we think is really happening here
00:04:46.14 is that FoxP2 might be controlling certain kinds of connections in the brain.
00:04:51.14 And so we began to ask the question, what are the genes that FoxP2 regulates?
00:04:56.19 And one of the genes that FoxP2 regulates is what we call an axon guidance molecule
00:05:01.21 called Slit1. The human version of Slit1, I mean the human version of FoxP2,
00:05:07.21 regulates this neural connectivity gene differently than the chimpanzee version.
00:05:12.04 What about in songbirds?
00:05:13.29 Well, we have looked at the Slit1 gene in songbirds and the receptor which the Slit1 gene binds to,
00:05:21.25 in one of the song nuclei, in this case the RA nucleus that sends a projection out of forebrain to the brainstem.
00:05:29.19 And what we find is that in all vocal learning birds, the RA nucleus has down regulation of Slit1
00:05:37.18 compared to the surrounding brain areas in a songbird, a hummingbird and a parrot.
00:05:43.23 And what's more interesting about the parrot is that it has two parts to its motor learning nucleus.
00:05:52.06 One part that makes a projection down to the vocal organs for controlling vocal behaviour,
00:05:59.11 and another part here, that connects up to other brain areas for vocal behaviour.
00:06:05.19 It's only the part that makes that specialized connection to the vocal motor neurons
00:06:10.21 that actually has this specialized gene regulation. And if you look at the brain of a non-vocal learner,
00:06:16.16 an animal here, such as a ring dove and a quail, you can see
00:06:22.05 that they don't have these brain areas of low gene regulation for this axon guidance molecule.
00:06:28.10 So, we think that this connection here might be associated with specialized regulation of this Slit1 gene.
00:06:36.23 And this is new data that we're working on now, it's unpublished,
00:06:41.18 but it's something that gives you a teaser of what's to happen next.
00:06:46.11 And our hypothesis is that if we can control these neural connections
00:06:51.16 through down-regulating or up-regulating these genes in vocal learning circuits
00:06:56.07 in the non-vocal learning species, maybe we can control its vocal learning behaviour.
00:07:00.29 So, I'm going to summarize here to put this in a broader context,
00:07:06.23 to think about how these brain circuits evolve.
00:07:10.19 We like to think of the brain as something special, but what I'm suggesting from our hypothesis
00:07:16.19 is that the way brains evolved is much like the way other organ systems evolve.
00:07:21.29 For instance, in the evolution of wings, what is thought to have happened is wings evolved
00:07:28.07 three times independently, if not more, in birds, bats, ancient flying dinosaurs, who are petrols.
00:07:36.10 And basically, what has happened is that each time, the wings evolved at the sides of the body,
00:07:43.04 at the center of gravity, so when the bird flies, in this case, the earth's gravitational force
00:07:49.11 is pulling at the center of the body, so you don't want to evolve one wing on the head,
00:07:53.28 one wing on the tail, or on the back or the chest.
00:07:58.00 This is the most energetic way to fly if there's a mutation in the genome
00:08:02.19 that accidentally puts a wing-like structure on the head,
00:08:05.09 then the bird is not going to survive. But each time wings evolve, it also used the upper limbs here,
00:08:14.03 so the arms, in these different animals. So, there was a pre-existing substrate.
00:08:18.26 I argue that in the brain, like the evolution of wings, there's a pre-existing substrate.
00:08:24.24 That is the brain pathways controlled motor sequence behaviour. Alright.
00:08:29.25 Whereas, in the wings, it's the arms. So, we have a pre-existing substrate
00:08:37.09 which we call a deep homology and then it becomes either useful for another structure,
00:08:43.29 like the wings, or even duplicated, as I'm suggesting for vocalizations.
00:08:49.00 For the evolution of wings here, I mentioned there's a genetic constraint which is the upper limbs,
00:08:53.10 here, that led to the evolution of these wings. And the epigenetic constraint
00:08:59.11 is the center of gravity. Is there such an epigenetic constraint for the brain?
00:09:04.29 And my answer has been possibly yes. And shown here is one such hypothesis.
00:09:12.07 All vocal learners use their learned vocalizations to try to attract mates.
00:09:18.05 And do so by generating a complex syntax of vocalizations.
00:09:21.23 So, that is, they sequence their sounds in a complex way.
00:09:25.27 And this idea came to me one day when I was sitting out in a park at Duke University,
00:09:30.21 reading a paper and there was this song sparrow sitting at the top of a tree
00:09:36.28 singing a song, going "whistle, whistle," and he was doing that for fifteen minutes.
00:09:44.20 So, I first noticed him and then, you know, I sat down and was reading and so forth,
00:09:51.00 and I tuned out. And then suddenly, he goes "whistle, whistle," and that then made me look up
00:09:59.03 and notice him. And so that meant that that bird was trying to get attention.
00:10:05.01 He wasn't trying to get my attention, per se, but he was trying to get the attention of the opposite sex.
00:10:09.19 And that's what we mean by mate attraction in this case.
00:10:13.13 Another theory is that vocal learners have the ability to propagate their sounds in different environments.
00:10:20.14 So, a pigeon vocalizes best on the ground, some other bird species vocalize best in the trees,
00:10:26.05 or the savannah, because of the way they can change the pitch of their vocalizations,
00:10:29.16 or the frequency modulation. Whereas non-vocal learning species
00:10:34.09 only can produce sounds best in a particular environment. So, this ability of vocal learning
00:10:41.29 allows vocal learners, like humans, to adapt their vocalizations in an environment
00:10:48.05 that's forever changing and it's thought that humans evolved in the East African Rift Valley
00:10:53.07 in an area roughly 200,000 years ago that became tropics, savannah, desert and coastline,
00:11:01.07 all within a hundred mile radius. And this is one idea, is that a complex, varying environment
00:11:07.01 could also select for the need to produce vocalizations in different ways.
00:11:13.06 Now, you may be asking, well, if mate attraction
00:11:17.13 or rapid adaptation to different sound propagations in different environments
00:11:23.06 is a way to select for vocal learning and all it takes is a few mutations
00:11:26.13 to make a new pathway and a new connection,
00:11:28.25 why isn't it so common? And my hypothesis is that not only are the mates paying attention to you,
00:11:36.23 and, you know, listening to your songs and not habituating to it when you change it,
00:11:43.09 but so are the predators. And so my hypothesis is that when you produce all these complex, different sounds,
00:11:52.09 from the top of a tree and advertise yourself and say
00:11:55.09 "Hey, look, I can keep switching my sounds and make you pay attention to me,"
00:11:58.29 hawk is going to swoop down and eat you, basically.
00:12:02.22 So, if you're going to evolve vocal learning abilities,
00:12:04.23 my idea is that that ability also gets heavily selected against.
00:12:10.05 And in support of this hypothesis, a colleague of mine, Kazuo Okanoya has shown that
00:12:16.06 vocal learning species, bird species, kept in captivity for many generations, like the Bengalese finch,
00:12:22.12 who have not been selected for songs by humans sing more complex songs
00:12:27.28 than their wild-type counterparts. E adivinha?
00:12:30.24 The females of those songbird species, the wild females prefer the domesticated songs
00:12:38.27 than they do their wild counterparts.
00:12:41.11 And so, there is some selection for more complexity once you remove predators away from the species.
00:12:47.11 And all vocal learners amongst mammals, most of them at least, tend to be at the top of the food chain.
00:12:53.04 Humans, elephants, dolphins, whales and parrots are also quite smart at evading predators.
00:13:00.20 But, this is a theory still, it's a hypothesis that needs to be tested.
00:13:05.15 So, I'm going to end here to say that we've talked about convergent behaviour
00:13:12.19 and brain pathways for vocal learning and the associated convergent molecular changes
00:13:18.08 in axon guidance genes like Slit1 and I didn't talk about other genes, but neural protection genes,
00:13:24.11 and the genes that regulate the axon guidance ones, like FoxP2.
00:13:29.09 We've also talked about the brain pathways that are controlling vocal learning
00:13:36.09 that may have emerged by duplication and divergence from an ancient pathway
00:13:40.25 that controls motor learning.
00:13:42.20 A concept of deep homology, in this case for the brain pathways.
00:13:46.25 This theory helps explain a possible idea, another one, that is thought to be involved in the evolution of speech.
00:13:58.21 That is, the gestural hypothesis of speech evolution where, if you may have noticed
00:14:03.05 throughout my entire presentation, if you go back over it, when I talk, I move my limbs.
00:14:08.20 And it's been found that all people move their limbs, particularly their hands,
00:14:14.00 when they talk. Not only that, when you talk in different languages, you move your limbs in a different way.
00:14:21.22 That is, gesturing is learned. And gesturing occurs actually even before you learn how to speak.
00:14:26.27 Chimpanzees can learn how to gesture, but they can't learn how to vocalize.
00:14:31.01 They can learn how to do sign language. And so, one idea is that the brain pathways
00:14:35.22 that control gesturing are somehow linked up with the brain pathways that control vocalizations
00:14:41.14 and that they're somehow evolutionarily related.
00:14:44.14 And I think my motor theory of vocal learning origin helps explain that.
00:14:48.10 And then finally, I propose that this mechanism of brain pathway duplication and divergence
00:14:57.00 for new behaviour may be a general mechanism for evolution of complex behavioural traits.
00:15:03.02 All this work is not just done by me, but it takes a team of scientists as you can see here,
00:15:09.11 in my lab back in 2010, where we have different people doing different aspects of this work.
00:15:18.11 For example, Rui Wang here, discovered the Slit1 gene is differentially expressed
00:15:26.03 in the song nuclei, along with a collaborator in the lab, Erina Hara.
00:15:29.13 Miriam Rivas was studying some of these genes as well
00:15:32.18 and we have Osceola Whitney and Andreas Pfenning, who were students in the lab
00:15:39.04 and a post-doc, who were also studying how these pathways regulate genes in the brain.
00:15:45.20 That is, how vocal learning behaviour regulates these genes.
00:15:48.17 So, it takes a team effort.
00:15:49.23 And I hope this presentation will inspire other students
00:15:54.24 to ask the questions and work as a team with other scientists
00:15:59.19 who are interested in how the brain controls complex behaviours.

  • Part 1: Convergent behavior and brain pathways


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