Descobertas Radicais Novas estão transformando a Neurociência Upside Down

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Conforme ilustrado na capa de seu livro "The Fabric of Mind", meu pai (Richard Bergland, MD) sempre preferiu secções transversais sagitais do cérebro porque este ponto de vantagem ilustra melhor a divisão entre estruturas corticais e subcorticais.
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Os avanços nas neurotecnologias estão destruindo os sistemas de crenças de longa data e tornando as visões bem estabelecidas de como o cérebro funciona de cabeça para baixo. Estes são momentos emocionantes de descoberta neurocientífica radical que nos ajudam a entender melhor como nossas mentes e cérebros funcionam.

Nos últimos meses, uma descoberta de novas pesquisas nas regiões do cérebro subcortical – incluindo o cerebelo, o tronco encefálico e os gânglios basais – estão mudando a maneira como os neurocientistas vêem a função das regiões cerebrais corticais que incluem o córtex pré-frontal. ( Cortical significa "relativo à camada externa do cérebro" que é conhecido como o córtex cerebral. Subcortical refere-se a qualquer região cerebral abaixo do córtex cerebral).

As regiões cerebrais cerebrais do cérebro são tipicamente consideradas como "boné de pensamento" que abrange todas as regiões cerebrais no cérebro. Por outro lado, as regiões subcorticais são consideradas regiões "não pensantes" do cérebro que são conduzidas por forças automáticas ou subconscientes.

Mais tarde, nesta publicação do blog Psychology Today , vou resumir os destaques de três estudos de última geração sobre as estruturas do cérebro subcortical que foram publicados no ano passado. Mas em primeiro lugar, quero dar-lhe alguns antecedentes pessoais que explicam por que tive minhas antenas para esse tipo de pesquisa desde o início do século XXI. E por que eu acordo todas as manhãs esperando novas pesquisas de última geração em regiões do cérebro subcortical.

"Tudo o que o Cerebelo está fazendo, está fazendo muito"

Courtesy of Larry Vandervert
Fonte: Cortesia de Larry Vandervert

Meu pai, Richard Bergland, era neurocirurgião, neurocientista e autor da The Fabric of Mind. Como um pensador visionário, meu pai era pioneiro e pioneiro que estava à frente de seu tempo. Como neurocientista, meu pai muitas vezes ficou frustrado pelas limitações tecnológicas do século XX.

Muitas vezes, era cientificamente impossível que meu pai comprovasse empiricamente uma de suas hipóteses sobre o papel de uma região específica do cérebro – que ele obteve observando seus pacientes humanos antes e depois de realizar uma cirurgia no cérebro na sala de operações – usando animais como ratos ou ovelhas em seu laboratório.

Por exemplo, um acidente vascular cerebral ou tumor que afete a função cognitiva, emocional e psicológica de alguém pode ocorrer em regiões corticais do cérebro que incluem lobos frontal, parietal, temporal e occipital ou estruturas subcorticais que incluem os gânglios basais, tronco encefálico e cerebelo .

Como neurocirurgião, meu pai testemunhou as conseqüências neurológicas muito específicas de um trauma cerebral em um de seus pacientes. Meu pai sabia anecdotalmente por décadas de cirurgia cerebral que tanto o dano cortical quanto o subcortical sofreram impactos dramáticos em vários aspectos da função cognitiva e psicológica. Mas, novamente, ele não conseguiu provar essas descobertas empiricamente em seu laboratório.

Devido ao seu conhecimento anatômico de que o cerebelo era apenas 10 por cento do volume do cérebro, mas mantinha bem mais de 50 por cento dos neurônios totais do cérebro, meu pai aumentaria regularmente a questão das influências subcorticais, dizendo: "Nós não sabemos exatamente o que é o cerebelo fazendo. Mas, seja lá o que for, está fazendo muito disso ".

No final do século XX, meu pai teve um tempo difícil convencer qualquer um de seus pares científicos de que as regiões subcorticais "não pensantes" no cérebro (como o cerebelo) poderiam influenciar os processos cognitivos. Mas, como mencionei acima, era impossível para ele provar o que ele observou anedótonamente com pacientes em um estudo empírico baseado em animais.

Infelizmente, a maioria dos colegas do meu pai no estabelecimento médico eventualmente o classificou como herege por tentar incansavelmente colocar as influências cognitivas e emocionais do cerebelo e outras regiões do cérebro subcortical no centro das atenções.

A decepção colossal do meu pai em ser incapaz de obter suas idéias mais radicais sobre o funcionamento do cérebro publicado em revistas revisadas por pares me fez sentir mal por ele. Eu queria ajudar meu pai a encontrar um sigilo em torno do que ele chamou de "porteiros da Torre do Marfim" ao encontrar uma maneira de ignorar o estabelecimento médico e obter suas idéias revolucionárias sobre o cérebro publicado.

Felizmente, em 2004, depois que eu quebrei um recorde mundial Guinness executando 6 maratonas consecutivas (153,76 milhas) em 24 horas em uma esteira, um agente literário em Nova York chamado Giles Anderson me aproximou para ver se eu estava interessado em escrevendo um livro. Algumas semanas depois, assinamos um acordo com Diane Reverand na St. Martin's Press. Eu sabia que essa era uma oportunidade de ouro e minha oportunidade única de trazer as idéias do meu pai sobre estruturas de cérebro subcortical para uma grande audiência geral.

Ao longo de 2005, meu pai e eu falamos algumas vezes por dia e trocamos centenas e centenas de e-mails sobre neurociência. Durante esse período, meu pai e eu criamos o "Modelo Bergland Split-Brain" que sentaram as estruturas corticais no que chamamos de "cérebro" e estruturas subcorticais no que chamamos de "cérebro descendente".

O modelo Bergland de cérebro dividido de " cérebro cérebro-para baixo " foi uma resposta direta e convincente ao modelo omnipresente, mas profundamente falho, do " cérebro esquerdo direito ".

No início de 2007 – apenas algumas semanas antes do meu pai morrer de repente de um ataque cardíaco – publiquei nossa estrutura revolucionária do cérebro dividido em The Athlete's Way: Sweat e Biology of Bliss . (Estou eternamente grato pelo fato de meu pai ter morrido sabendo que suas idéias radicais sobre regiões do cérebro subcortical foram publicadas pela imprensa de St. Martin).

A ilustração do "Modelo Bergland Split-Brain" abaixo é da p. 81 de The Athlete's Way . Este diagrama destaca a divisão saliente entre as regiões cerebrais corticais e subcorticais em uma estrutura hipotética simplificada que depende do yin-yang de conectividade funcional robusta entre essas regiões para manter a homeostase psicológica.

Screenshot by Christopher Bergland
Esta ilustração do "Bergland Split-Brain Model" foi criada em 2005 por Christopher Bergland em conjunto com seu pai, Richard Bergland, MD, e publicado na p. 81 de The Athlete's Way (St. Martin's Press).
Fonte: Screenshot de Christopher Bergland

"Cérebro Brain-Down Brain" | Versão 2.0

Minha versão original do "cérebro cérebro-para baixo", como visto acima focado unicamente no cérebro (latino para "cérebro") e o cerebelo (latino para "cérebro pequeno"). No entanto, com base em todas as novas pesquisas inovadoras sobre a poderosa influência de outras regiões do cérebro subcortical nos últimos anos; Gostaria agora de incluir os gânglios basais e o tronco encefálico como parte do "down brain" na versão 2.0 atualizada do modelo Bergland split-brain.

Uma década atrás, quando publiquei as idéias radicais do meu pai sobre as estruturas do cérebro subcortical em The Athlete's Way, a maioria dessas idéias ainda era apenas um palpite educado baseado na evidência anecdótica do meu pai. Desde então, os avanços nas tecnologias baseadas em neurociências tornaram possível aos pesquisadores cavar mais e descobrir novas e excitantes pistas sobre a interação misteriosa entre as regiões cerebrais corticais e subcorticais em laboratórios em todo o mundo.

As últimas descobertas empíricas estão transformando sabedoria convencional sobre como as regiões subcorticais "não pensantes" de nosso cérebro realmente afetam o pensamento cerebral "de cabeça para baixo".

Porque há muitas pesquisas científicas novas sobre estruturas de cérebro subcortical para se apresentarem em uma única postagem de blog, decidi escolher três estudos pioneiros que foram publicados no último ano. Cada um desses estudos ajuda a avançar nossa compreensão de como o cerebelo, o tronco encefálico e os gânglios basais trabalham em conjunto com regiões corticais do cérebro.

Na seção abaixo, incluí um exemplo para cada uma dessas três regiões do cérebro, juntamente com uma representação artística da região do cérebro, uma sinopse do estudo e um link para uma postagem de blog mais aprofundada da Psychology Today sobre a pesquisa .

1. O Cerebelo

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O cerebelo.
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Em 1504, Leonardo da Vinci fez molduras de cera do cérebro humano e cunhou o termo "cerebelo" para descrever dois pequenos hemisférios do cérebro que estão cuidadosamente escondidos sob os hemisférios relativamente hummosos do cérebro. Cerebella r é a palavra da irmã para o cerebral e significa "relacionar-se ou localizar no cerebelo".

Historicamente, os neurocientistas consideraram que o cerebelo era o lugar de atividades que não pensavam, como a coordenação e a afinação dos movimentos musculares. No entanto, nos últimos anos, uma ampla gama de estudos mostraram (pela primeira vez) que o cerebelo desempenha um papel importante em muitos dos nossos processos cognitivos, emocionais e criativos.

Por exemplo, neurocientistas e psicólogos da Universidade de Stanford estão realizando pesquisas inovadoras sobre a base neural da otimização da capacidade criativa. Suas descobertas sugerem que o cerebelo pode ser a principal força motriz em muitos dos nossos processos criativos. A pesquisa sugere que, para que o pensamento criativo seja executado gratuitamente, é útil "desmarcar" as rígidas funções executivas do córtex pré-frontal.

Os pesquisadores de Stanford descobriram que a supressão dos centros de controle executivo do cérebro – e permitindo que o cerebelo seja o "controlador" – aumenta a capacidade criativa espontânea. Este é um conceito revolucionário que desafia a construção duvidosa do "cérebro direito" sendo nosso epicentro criativo.

O estudo de junho de 2016, "Alterações na Ativação do Cérebro Associada à Melhoria Espontânea e Criatividade Figurina após o Treinamento Baseado em Pensamentos de Design: Um Estudo Longitudinal FMRI", foi publicado na revista Cerebral Cortex . Eu escrevi sobre esta pesquisa em uma postagem do blog Psychology Today , "Enhanced Cerebellum Capacity Boosts Creative Capacity".

2. O Gânglio Basal

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Os gânglios basais.
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Os gânglios basais são uma região cerebral subcortical com projeções neurais e conectividade funcional que se estendem ao córtex cerebral, ao tronco encefálico, ao cerebelo e a várias outras áreas do cérebro.

O estriado é uma subseção específica dos gânglios basais que contém um conjunto de várias regiões cerebrais e neurônios associados à formação de hábitos, controle de movimentos voluntários, emoções e vícios.

De acordo com os neurocientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), os malfunções dos gânglios basais foram associados às doenças de Parkinson e Huntington, bem como distúrbios do espectro do autismo (TEA), transtorno obsessivo-compulsivo (TOC) e síndrome de Tourette.

Usando um modelo de mouse, os neurocientistas do MIT liderados por Ann Graybiel recentemente conseguiram identificar que um cluster específico de neurônios nos gânglios basais está envolvido na tomada de decisões emocionais que exigem qualquer tipo de "análise custo-benefício" provocadora de ansiedade que implique ser pragmática enquanto escuta seus instintos intestinais primários simultaneamente.

Os pesquisadores do MIT identificaram que a via de comunicação neural para o estriado está diretamente ligada a outro subsistema complexo alimentado pela dopamina. Os pesquisadores chamam esse subsistema de um "ramo de dóssimo raio".

Leve alguns minutos para ver Graybiel resumir claramente como as regiões subcorticais, como os gânglios basais, interagem com o "boné de pensamento" do córtex cerebral. Eu tinha um Aha! momento depois de assistir este clipe do YouTube. O vídeo está realmente bem feito e tem visuais fantásticos.

A última pesquisa do MIT sobre o estriado mostra que a mecânica cerebral da tomada de decisão emocional envolve um circuito em circuito que depende da função da dopamina enraizada nos gânglios basais.

Este estudo de setembro de 2016, "Bouquets de Striosome-Dendron Destacar um Circuito Striatonigral Único que se destina a Neurônios contendo Dopamina", foi publicado em Procedimentos da Academia Nacional de Ciências . Eu escrevi uma postagem no blog da Psychology Today com base nestas descobertas, "Study Pinpoints Brain Circuitry of Emotional Decision Making".

3. O Brainstem

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O tronco encefálico.
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O tronco encefálico é uma região cerebral subcortical que é fundamental para manter a consciência, regulando a função cardíaca e respiratória automática do sistema nervoso central e muito, muito mais.

Até recentemente, os neurocientistas não pensavam que o tronco cerebral tivesse um papel nos comportamentos sociais dos mamíferos. Mas novas pesquisas mostram que as projeções neurais do córtex pré-frontal a uma região específica do tronco encefálico estão diretamente ligadas ao controle do comportamento impulsivo, bem como a resposta "luta-ou-vôo".

Em 2007, Dean Mobbs, professor de neurociência cognitiva na Caltech e sua equipe, identificou pela primeira vez que a interação entre o córtex pré-frontal (PFC) e a área cinza periaqueductal (PAG) do tronco cerebral estava associada a aspectos específicos do comportamento social – como o desejo de voar em resposta a um estímulo ameaçador, como um predador ou bully.

Para este estudo, Mobbs et al. usou o fMRI para monitorar a atividade do cérebro enquanto os participantes do estudo jogavam um jogo semelhante a Pac-Man dentro do scanner de neuroimagem. Os pesquisadores descobriram que nos momentos logo que o avatar Pac-Man de alguém era engolido, o córtex pré-frontal dos jogadores desligaria, assim como uma região do tronco cerebral, o PAG se tornaria muito ativo e se iluminaria no fMRI.

 EMBL/Livia Marrone
O córtex pré-frontal (PFC) se conecta diretamente a uma região do tronco cerebral – o Cinza Periaqueductal (PAG) – através de neurônios corticais pré-frontais específicos. Esses neurônios (em roxo) projetam diretamente do córtex pré-frontal para o PAG e parecem controlar comportamentos instintivos.
Fonte: EMBL / Livia Marrone

No início desta semana, os neurocientistas do Laboratório Europeu de Biologia Molecular (EMBL) na Itália identificaram projeções neuronais específicas do córtex pré-frontal para a região PAG do tronco encefálico que parecem impedir que criaturas sociáveis ​​- como humanos e camundongos – atuem em instintos impulsivos impulsionado por sentimentos de derrota social.

O estudo de janeiro de 2017, "Controle Cortical Prefrontal de um Circuito de Comportamento Social do Brainstem", foi publicado on-line antes da impressão em Nature Neuroscience . Eu escrevi sobre essas descobertas em uma postagem de blog da Psychology Today , "Social Defeat Wreaks Havoc on Brain Circuitry, Study Finds".

Este estudo EMBL ilumina a importância da conectividade funcional robusta entre o córtex pré-frontal eo tronco cerebral para controlar a impulsividade baseada no medo desencadeada pela derrota social ou bullying. Essas descobertas podem ter amplas implicações no tratamento da esquizofrenia, juntamente com uma ampla gama de distúrbios do humor, como depressão, ansiedade e comportamentos de prevenção associados ao transtorno de estresse pós-traumático (TEPT).

Donald Trump é um exemplo perfeito do mundo real e estudo de caso sobre os novos achados da EMBL de que o controle de impulsos requer conectividade funcional robusta entre o PFC e o PAG. Por exemplo, enquanto eu estava assistindo Donald Trump perder a calma em uma conferência de imprensa ontem e criticar um repórter da CNN porque ele estava se sentindo socialmente derrotado e intimidado por alegações de "falsas notícias" de fontes anônimas … Eu me perguntava se o nosso Presidente eleito e Sua equipe de transição pode se beneficiar da compreensão dos correlatos neurais de certos comportamentos sociais?

Manter-se durante um período emocional de derrota social – quando a impulsividade ou o medo muitas vezes conduzem a reações impulsivas do joelho na escolha da luta ou do vôo, parece exigir conectividade robusta com o córtex pré-frontal para manter o autocontrole e a equanimidade.

A boa notícia é que esses circuitos neurais nunca são corrigidos. A neuroplasticidade torna possível para cada um de nós melhorar a conectividade funcional dos nossos cérebros e aprender a ser mais compassivo, empático e evitar explosões de agressão ou raiva. (Para saber mais sobre como fazer isso, confira minha postagem no blog da Psychology Today , "5 formas baseadas na ciência para quebrar o ciclo dos ataques de raiva")

Felizmente, os últimos achados do EMBL, juntamente com outros avanços aqui apresentados que promovem a nossa compreensão da influência poderosa que as regiões do cérebro subcortical têm em nosso comportamento, levarão a novas intervenções baseadas em neurociências que melhoram a vida individual e as dinâmicas sociais entre pessoas de todas as esferas da vida.

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