Neuroplasticidade (Neuroplasticity)

A neuroplasticidade, alternativamente denominada plasticidade neural ou simplesmente plasticidade, denota a capacidade das redes neurais dentro do cérebro de sofrerem modificações através de processos de crescimento e reorganização estrutural. Este fenômeno descreve a capacidade inerente do cérebro de reconfigurar e estabelecer novas conexões neurais, facilitando assim sua adaptação e operação de maneiras distintas de suas configurações anteriores. Tais processos adaptativos podem ser desencadeados por vários factores, incluindo a aquisição de novas competências, a exposição a condições ambientais alteradas, a recuperação de lesões físicas ou ajustes a deficiências sensoriais ou cognitivas. Esta adaptabilidade inerente sublinha o caráter dinâmico e em constante evolução do cérebro, persistindo mesmo durante a idade adulta. Essas transformações abrangem um espectro de alterações, desde a formação de novas conexões por vias neuronais individuais até ajustes sistêmicos mais amplos, como remapeamento cortical ou mudanças na oscilação neural. Manifestações adicionais de neuroplasticidade incluem adaptação de área homóloga, reatribuição modal cruzada, expansão de mapa e máscara compensatória. Exemplos ilustrativos de neuroplasticidade envolvem modificações de circuitos e redes decorrentes do domínio de novas habilidades, assimilação de informações, influências ambientais, gravidez, consumo calórico, prática ou treinamento consistente e estressores psicológicos. A neuroplasticidade refere-se à capacidade do cérebro de reorganizar e reconectar suas conexões neurais, permitindo-lhe adaptar-se e funcionar de maneiras diferentes de seu estado anterior. Este processo pode ocorrer em resposta à aprendizagem de novas habilidades, à experiência de mudanças ambientais, à recuperação de lesões ou à adaptação a déficits sensoriais ou cognitivos. Essa adaptabilidade destaca a natureza dinâmica e em constante evolução do cérebro, mesmo na idade adulta. Essas mudanças variam desde caminhos de neurônios individuais que fazem novas conexões até ajustes sistemáticos, como remapeamento cortical ou oscilação neural. Outras formas de neuroplasticidade incluem adaptação de área homóloga, reatribuição modal cruzada, expansão de mapa e máscara compensatória. Exemplos de neuroplasticidade incluem mudanças de circuitos e redes que resultam do aprendizado de uma nova habilidade, aquisição de informações, influências ambientais, gravidez, ingestão calórica, prática/treinamento e estresse psicológico.

Historicamente, os neurocientistas postularam que a neuroplasticidade era exclusivamente observável durante a infância; no entanto, investigações realizadas na segunda metade do século XX demonstraram que numerosas funções cerebrais retêm plasticidade na idade adulta. No entanto, o cérebro em desenvolvimento normalmente apresenta um grau de plasticidade mais pronunciado em comparação com o cérebro adulto maduro. A plasticidade dependente da atividade tem um significado substancial para o desenvolvimento ideal, processos cognitivos como aprendizagem e memória, e a recuperação após lesão cerebral.

Contexto Histórico

Etimologia e primeiros conceitos

O conceito de plasticidade foi inicialmente introduzido no contexto do comportamento por William James em seu trabalho de 1890, Os Princípios da Psicologia. Neste texto, o termo caracterizava “uma estrutura fraca o suficiente para ceder a uma influência, mas forte o suficiente para não ceder de uma só vez”. O primeiro uso documentado da frase específica plasticidade neural é atribuído ao neurocientista polonês Jerzy Konorski.

As primeiras evidências que apoiam a neuroplasticidade surgiram de experimentos conduzidos em 1793 pelo anatomista italiano Michele Vincenzo Malacarne. Ele detalhou estudos envolvendo pares de animais, onde um animal de cada par passou por um treinamento extensivo durante vários anos antes de ambos serem submetidos à dissecação. As observações de Malacarne revelaram que os cerebelos dos animais treinados eram consideravelmente maiores do que os dos animais não treinados. Apesar de sua importância, essas descobertas foram posteriormente ignoradas. Mais tarde, em 1890, William James, em Os Princípios da Psicologia, avançou o conceito de que o cérebro e as suas capacidades funcionais não são imutáveis ​​durante a vida adulta; no entanto, esta proposição recebeu atenção limitada. Consequentemente, até a década de 1970, o consenso científico predominante entre os neurocientistas sustentava que a organização estrutural e funcional do cérebro permanecia essencialmente estática ao longo da vida adulta. Durante o início dos anos 1900, quando o cérebro era amplamente percebido como um órgão não renovável, o eminente neurocientista Santiago Ramón y Cajal empregou o termo 'plasticidade neuronal' para caracterizar alterações estruturais não patológicas observadas em cérebros adultos. Baseando-se em sua doutrina seminal do neurônio, Cajal inicialmente definiu o neurônio como o constituinte fundamental do sistema nervoso, um conceito que posteriormente forneceu uma base crucial para o desenvolvimento da teoria da plasticidade neural. Enquanto muitos neurocientistas restringiram a aplicação da “plasticidade” para explicar as capacidades regenerativas apenas do sistema nervoso periférico, Cajal ampliou o seu uso. Ele referiu especificamente suas descobertas sobre degeneração e regeneração no cérebro adulto, um componente do sistema nervoso central. Esta perspectiva gerou um debate considerável, com figuras como Walther Spielmeyer e Max Bielschowsky argumentando que o sistema nervoso central não tinha capacidade para gerar novas células.

A aplicação do termo tornou-se extensa desde então:

Considerando o significado fundamental da neuroplasticidade, um observador externo pode razoavelmente presumir a existência de uma definição precisa e de uma estrutura fundamental e universal que orienta hipóteses e projetos experimentais contemporâneos e prospectivos. Lamentavelmente, esta presunção é infundada. Embora numerosos neurocientistas utilizem a 'neuroplasticidade' como um descritor abrangente, a sua interpretação varia consideravelmente entre investigadores de diversos subcampos... Consequentemente, não parece existir uma estrutura conceptual universalmente acordada.

Pesquisas e descobertas contemporâneas

Em 1923, as experiências de Karl Lashley em macacos rhesus revelaram alterações nas vias neuronais, que ele interpretou como evidência de plasticidade cerebral. No entanto, apesar destas descobertas e de outras pesquisas que indicam plasticidade, o conceito de neuroplasticidade não obteve ampla aceitação entre os neurocientistas. Inspirando-se no trabalho de Nicolas Rashevsky, McCulloch e Pitts introduziram o neurônio artificial em 1943, incorporando uma regra de aprendizagem que postulava a formação de novas sinapses quando os neurônios exibem disparos simultâneos. Este princípio foi posteriormente elaborado em A organização do comportamento (Hebb, 1949) e é atualmente reconhecido como aprendizagem hebbiana.

Em 1945, a pesquisa de Justo Gonzalo sobre a dinâmica cerebral levou-o a concluir que, diferentemente da atividade observada nas áreas de projeção, a massa cortical "central" - posicionada aproximadamente equidistante das áreas de projeção visual, tátil e auditiva - funciona como uma "massa de manobra". Ele caracterizou esta massa central como relativamente inespecífica ou multissensorial, possuindo a capacidade de aumentar a excitabilidade neural e reorganizar a atividade através de propriedades plásticas. Como ilustração inicial da adaptação, Gonzalo citou a capacidade de perceber imagens verticais ao usar óculos reversíveis, conforme demonstrado no experimento de Stratton. Além disso, ele documentou vários casos em primeira mão de lesões cerebrais onde observou propriedades dinâmicas e adaptativas dentro dos distúrbios associados, particularmente no distúrbio de percepção invertida [pp 260-62 Vol. I (1945), p. 696 Vol. II (1950)]. Gonzalo teorizou que um sinal sensorial dentro de uma área de projeção apresenta-se inicialmente como um contorno invertido e contraído. Este esboço, propôs ele, seria ampliado por um aumento na massa cerebral recrutada e subsequentemente reinvertido em áreas mais centrais devido à plasticidade cerebral, seguindo um padrão de crescimento espiral.

Marian Diamond, afiliada à Universidade da Califórnia, Berkeley, publicou a evidência científica inaugural da plasticidade anatômica do cérebro em 1964.

Evidências adicionais substanciais surgiram durante a década de 1960 e décadas subsequentes, notavelmente contribuídas por pesquisadores como Paul Bach-y-Rita, Michael Merzenich em colaboração com Jon Kaas e vários outros cientistas. Durante este período, Peter Putnam e Robert W. Fuller propuseram uma iteração inicial da teoria computacional da mente, com base no trabalho de Hebb, num esforço para elucidar os mecanismos subjacentes à neuroplasticidade.

Durante a década de 1960, Paul Bach-y-Rita desenvolveu um dispositivo, posteriormente testado num grupo limitado de indivíduos. Este aparelho apresentava uma cadeira equipada com protuberâncias vibratórias projetadas para traduzir imagens capturadas por câmeras, facilitando assim uma forma de visão por meio da substituição sensorial.

Pesquisas envolvendo pacientes em recuperação de acidente vascular cerebral fundamentaram ainda mais o conceito de neuroplasticidade, demonstrando que regiões cerebrais intactas poderiam, em alguns casos, assumir parcialmente funções anteriormente prejudicadas por danos. Shepherd Ivory Franz conduziu um trabalho notável neste domínio.

Eleanor Maguire documentou alterações estruturais no hipocampo ligadas à aquisição de conhecimento espacial do layout de Londres entre motoristas de táxi locais. Suas descobertas indicaram uma redistribuição da massa cinzenta nos taxistas de Londres quando comparados aos grupos de controle. Esta pesquisa sobre a plasticidade do hipocampo atraiu um interesse significativo não apenas da comunidade científica, mas também do público e da mídia global.

Michael Merzenich, um neurocientista, é um pioneiro no campo da neuroplasticidade há mais de três décadas. Ele apresentou algumas das "afirmações mais ambiciosas para a área - que os exercícios cerebrais podem ser tão úteis quanto os medicamentos para tratar doenças tão graves como a esquizofrenia - que a plasticidade existe do berço ao túmulo, e que melhorias radicais no funcionamento cognitivo - como aprendemos, pensamos, percebemos e lembramos são possíveis mesmo nos idosos". A pesquisa de Merzenich foi significativamente influenciada por uma descoberta fundamental feita por David Hubel e Torsten Wiesel durante seus experimentos com gatinhos. O experimento envolveu fechar cirurgicamente um olho de um gatinho e, posteriormente, mapear sua atividade cerebral cortical. Hubel e Wiesel observaram que a região cerebral associada ao olho ocluído não estava inativa, contrariamente às expectativas. Em vez disso, esta área processou informações visuais provenientes do olho aberto, sugerindo "...como se o cérebro não quisesse desperdiçar nenhum 'espaço cortical' e tivesse encontrado uma maneira de se reconectar."

Inicialmente, a neuroplasticidade era entendida como confinada ao período crítico; no entanto, Merzenich postulou que a neuroplasticidade se estende além desta janela crítica de desenvolvimento. Sua observação inicial sobre a plasticidade adulta surgiu durante um estudo de pós-doutorado realizado com Clinton Woosley. Seu experimento investigou alterações cerebrais após a transecção e subsequente regeneração de um nervo periférico. Os pesquisadores mapearam meticulosamente as representações do córtex somatossensorial da mão em cérebros de macacos antes e depois da separação cirúrgica e da reanastomose de um nervo periférico. Contrariamente às expectativas de desorganização, o mapa cortical da mão pós-cirúrgico exibiu uma organização quase normal. Esta descoberta constituiu um avanço científico significativo. Merzenich argumentou: "Se o mapa cerebral pudesse normalizar sua estrutura em resposta a estímulos anormais, a visão predominante de que nascemos com um sistema conectado tinha que estar errada. O cérebro tinha que ser plástico." Em reconhecimento às suas contribuições, Merzenich recebeu o Prêmio Kavli de Neurociência 2016 pela “descoberta de mecanismos que permitem que a experiência e a atividade neural remodelem a função cerebral”.

Neurobiologia

Existem várias teorias e hipóteses sobre os processos biológicos subjacentes que facilitam a neuroplasticidade. Fundamentalmente, este fenômeno é baseado em modificações sinápticas e nas alterações dinâmicas nas conexões interneuronais influenciadas pela atividade neuronal. É amplamente aceito que a neuroplasticidade se manifesta de diversas formas, surgindo de uma infinidade de vias celulares. Essas vias, predominantemente cascatas de sinalização, permitem modificações na expressão gênica, que subsequentemente induzem alterações neuronais e, consequentemente, neuroplasticidade.

Vários fatores adicionais são hipotetizados como contribuindo para os mecanismos biológicos que governam a reorganização da rede neural no cérebro. Esses fatores abrangem a regulação sináptica por meio da fosforilação, o envolvimento de inflamação e citocinas inflamatórias, proteínas específicas como Bcl-2 e neurotrofinas, produção de energia mitocondrial e acetilcolina.

JT Wall e J Xu elucidaram os mecanismos subjacentes à neuroplasticidade. Eles propõem que a reorganização não é apenas um fenômeno cortical, mas se manifesta em todos os níveis da hierarquia de processamento, gerando assim as alterações topográficas observadas no córtex cerebral.

Tipos

Em seu volume editado "Toward a Theory of Neuroplasticity", Christopher Shaw e Jill McEachern afirmam que uma teoria abrangente e abrangente que abranja todas as estruturas e sistemas dentro da pesquisa em neuroplasticidade ainda não foi estabelecida. No entanto, os pesquisadores comumente definem a neuroplasticidade como “a capacidade de fazer mudanças adaptativas relacionadas à estrutura e função do sistema nervoso”. Consequentemente, as discussões frequentemente distinguem entre duas categorias principais: neuroplasticidade estrutural e neuroplasticidade funcional.

Neuroplasticidade estrutural

A plasticidade estrutural é geralmente conceituada como a capacidade do cérebro de modificar suas conexões neuronais. Exemplos ilustrativos de neuroplasticidade estrutural incluem alterações no volume da substância cinzenta ou na eficácia sináptica no cérebro. Esta forma de neuroplasticidade examina frequentemente o impacto de diversos estímulos internos ou externos na reestruturação anatômica do cérebro. Novos neurônios são continuamente gerados e incorporados ao sistema nervoso central, processo associado a esta categoria de neuroplasticidade. Pesquisadores contemporâneos empregam várias modalidades de imagens transversais, como ressonância magnética (MRI) e tomografia computadorizada (TC), para investigar mudanças estruturais no cérebro humano. Na academia contemporânea, a neuroplasticidade estrutural recebe considerável atenção de pesquisas no campo da neurociência. No entanto, a neurogênese adulta “não foi demonstrada de forma convincente em humanos”.

Neuroplasticidade funcional

A plasticidade funcional denota a capacidade do cérebro de modificar e ajustar as características funcionais das redes neuronais. Este fenômeno se manifesta através de quatro mecanismos reconhecidos:

1. adaptação de área homóloga
2. expansão do mapa
3. reatribuição entre modelos
4. mascarada compensatória.

Adaptação de área homóloga

A adaptação de área homóloga descreve o fenômeno onde um processo cognitivo específico é assumido por uma região homóloga no hemisfério contralateral. Por exemplo, este mecanismo de adaptação permite a deslocalização de uma tarefa cognitiva de uma região cerebral comprometida para a sua área homóloga correspondente no hemisfério oposto. Esta forma de neuroplasticidade funcional é normalmente observada em populações pediátricas com mais frequência do que em adultos.

Expansão do mapa

A expansão do mapa refere-se ao alargamento dos mapas corticais associados a tarefas cognitivas específicas, um fenômeno impulsionado pela exposição repetida a estímulos relevantes. Evidências experimentais apoiam a expansão dos mapas, especialmente a partir de estudos que investigam o impacto da estimulação frequente na conectividade funcional do cérebro em indivíduos que adquirem habilidades de navegação espacial.

Reatribuição entre modais

A reatribuição cross-modal descreve um processo em que uma região do cérebro, tendo sido privada de sua entrada típica, começa a receber e processar novos sinais sensoriais.

Máscara Compensatória

A plasticidade funcional, manifestada como uma máscara compensatória, envolve a utilização de processos cognitivos alternativos para realizar uma tarefa cognitiva estabelecida quando o processo primário é comprometido por deficiência.

A neuroplasticidade funcional no cérebro pode se manifestar em resposta a duas categorias distintas de eventos:

• Atividade neural anterior, denominada plasticidade dependente de atividade, que facilita a aquisição de memória, ou
• Mau funcionamento ou dano neuronal, conhecido como plasticidade desadaptativa, que serve para compensar um evento patológico.

Neste último cenário, as funções cerebrais podem ser transferidas de uma região para outra, impulsionadas pelo imperativo de restaurar processos comportamentais ou fisiológicos. Entre as manifestações fisiológicas da plasticidade dependente de atividade, aquelas que envolvem sinapses são categorizadas como plasticidade sináptica. Os processos de fortalecimento e enfraquecimento sinápticos, que levam a um aumento ou diminuição nas taxas de disparo neuronal, são conhecidos como potenciação de longo prazo (LTP) e depressão de longo prazo (LTD), respectivamente. Tanto LTP quanto LTD são considerados exemplos fundamentais de plasticidade sináptica intrinsecamente ligada à formação de memória. O cerebelo exemplifica uma estrutura cerebral caracterizada por uma combinação de mecanismos LTP e LTD, juntamente com redundância de circuito inerente, o que facilita a plasticidade em vários locais. Pesquisas recentes indicam cada vez mais que a plasticidade sináptica é aumentada por outra forma de plasticidade dependente da atividade: a plasticidade intrínseca, que envolve alterações na excitabilidade intrínseca dos neurônios. Ao contrário da plasticidade homeostática, a plasticidade intrínseca não visa principalmente manter a atividade neuronal global dentro de uma rede, mas desempenha um papel crucial na codificação da memória. Além disso, numerosas investigações demonstraram a neuroplasticidade funcional ao nível das redes cerebrais, onde o treino direcionado pode modificar a força das conexões funcionais. No entanto, um estudo recente postula que estas alterações observadas na rede podem não constituir diretamente a neuroplasticidade, sugerindo que podem, em vez disso, refletir a exigência inerente da rede cerebral para a reorganização sistemática.

Aplicações e exemplos ilustrativos

O cérebro adulto não é caracterizado por circuitos neuronais totalmente imutáveis e "conectados". Em vez disso, foram documentados numerosos casos de reorganização do circuito neuronal cortical e subcortical, ocorrendo tanto em resposta a regimes de treinamento específicos quanto após lesão.

Evidências substanciais apoiam a reorganização ativa e dependente da experiência das redes sinápticas do cérebro, abrangendo múltiplas estruturas interligadas, incluindo o córtex cerebral. Os mecanismos moleculares e ultraestruturais precisos subjacentes a este processo continuam a ser objecto de intensa investigação em neurociência. A profunda influência da experiência na organização sináptica do cérebro constitui a premissa fundamental para várias teorias da função cerebral, como a teoria geral da mente e o darwinismo neural. Além disso, o conceito de neuroplasticidade é fundamental para teorias de memória e aprendizagem, particularmente aquelas que envolvem modificações na estrutura e função sinápticas induzidas pela experiência, como observado em estudos clássicos de condicionamento usando modelos de invertebrados como Aplysia.

Evidências indicam que a neurogênese, a geração de novas células cerebrais, ocorre no cérebro de roedores adultos, com essas mudanças potencialmente perdurando em idade avançada. Embora a neurogênese seja documentada principalmente no hipocampo e no bulbo olfatório, pesquisas sugerem que outras regiões do cérebro, incluindo o cerebelo, também podem apresentar esse fenômeno. No entanto, a extensão precisa da religação do circuito facilitada pela integração destes novos neurónios nas redes existentes permanece indeterminada, e essa religação pode ser potencialmente funcionalmente redundante.

Vício

Tratamento de danos cerebrais

Uma implicação notável da neuroplasticidade é que a atividade cerebral associada a uma função específica pode ser transferida para regiões corticais alternativas. Esse fenômeno surge de experiências típicas e também é observado durante a recuperação de um trauma cerebral. Fundamentalmente, a neuroplasticidade sustenta a justificativa científica para o tratamento de lesões cerebrais adquiridas por meio de intervenções terapêuticas experienciais direcionadas a objetivos dentro de estruturas de reabilitação, abordando as sequelas funcionais de tais lesões.

A neuroplasticidade é cada vez mais reconhecida como uma estrutura teórica que explica parcialmente a recuperação funcional aprimorada observada na fisioterapia pós-AVC. As modalidades de reabilitação apoiadas por evidências que propõem a reorganização cortical como mecanismo subjacente incluem terapia de movimento induzido por restrição, estimulação elétrica funcional, treinamento em esteira com suporte de peso corporal e terapia de realidade virtual. A terapia assistida por robô representa uma técnica emergente, com hipótese semelhante de operar por meio da neuroplasticidade; no entanto, as evidências definitivas sobre seus mecanismos precisos de ação permanecem limitadas.

Uma equipe de pesquisa específica desenvolveu uma abordagem terapêutica envolvendo administração elevada de progesterona em indivíduos com lesões cerebrais. "A administração de progesterona após lesão cerebral traumática (TCE) e acidente vascular cerebral reduz o edema, a inflamação e a morte de células neuronais e melhora a memória de referência espacial e a recuperação sensório-motora." Ensaios clínicos preliminares indicaram uma redução de 60% na mortalidade entre pacientes gravemente feridos após três dias de injeções de progesterona. Por outro lado, um estudo de 2014 publicado no New England Journal of Medicine, que apresentou resultados de um ensaio clínico multicêntrico de fase III, financiado pelo NIH, envolvendo 882 pacientes, concluiu que o tratamento com progesterona para lesão cerebral traumática aguda não ofereceu nenhuma vantagem estatisticamente significativa em relação ao placebo.

Visão binocular

Historicamente, postulou-se que a aquisição da visão binocular, especificamente a estereopsia, estava restrita ao desenvolvimento da primeira infância, com déficits permanentes resultantes da incapacidade de alcançá-la durante esse período crítico. No entanto, avanços recentes que demonstram melhorias bem-sucedidas em indivíduos com ambliopia, insuficiência de convergência ou outras anomalias da visão estereoscópica servem como ilustrações convincentes da neuroplasticidade. Consequentemente, o aprimoramento da visão binocular e a restauração da estereopsia constituem domínios ativos de investigação científica e clínica.

Membros Fantasmas

A sensação de membro fantasma descreve a percepção persistente de dor ou outras experiências táteis originadas de uma parte do corpo que foi removida cirurgicamente. Este fenômeno é notavelmente prevalente, afetando 60–80% dos amputados. Uma explicação baseada na neuroplasticidade postula que as representações corticais dos membros ausentes tornam-se funcionalmente integradas com áreas somatossensoriais adjacentes dentro do giro pós-central. Consequentemente, a atividade neural dessas regiões corticais circundantes é erroneamente interpretada pela área cortical anteriormente dedicada ao membro amputado.

A interação entre a sensação do membro fantasma e a neuroplasticidade é complexa. Durante o início da década de 1990, V.S. Ramachandran propôs que os membros fantasmas surgiram do remapeamento cortical. Por outro lado, em 1995, Herta Flor e seus colaboradores demonstraram que o remapeamento cortical é observado exclusivamente em pacientes com dor fantasma. Sua investigação indicou que a dor do membro fantasma, distinta das sensações referidas, servia como manifestação perceptiva da reorganização cortical. Este fenômeno específico é ocasionalmente denominado plasticidade desadaptativa.

Em 2009, Lorimer Moseley e Peter Brugger conduziram um experimento onde participantes com braços amputados foram instruídos a empregar imagens visuais para manipular seus membros fantasmas em configurações anatomicamente impossíveis. Notavelmente, quatro dos sete participantes executaram com sucesso esses movimentos impossíveis de membros fantasmas. Este estudo implica que os participantes alteraram a representação neural de seus membros fantasmas e subsequentemente geraram os comandos motores necessários para movimentos impossíveis, mesmo sem feedback somatossensorial.

Dor Crônica

A dor crônica se manifesta como desconforto persistente em áreas que podem ter sofrido lesões anteriores, mas que estão saudáveis. Este fenômeno é atribuído à reorganização neuroplástica desadaptativa nos sistemas nervosos periférico e central. Danos nos tecidos, estímulos nocivos e inflamação elevam a entrada nociceptiva da periferia para o sistema nervoso central. A nocicepção periférica persistente desencadeia subsequentemente uma resposta neuroplástica cortical, alterando a organização somatotópica da região dolorosa e induzindo sensibilização central. Por exemplo, pacientes com síndrome de dor regional complexa exibem uma representação somatotópica cortical contralateral reduzida da mão e uma separação espacial diminuída entre as representações da mão e da boca. Além disso, a dor crónica está associada a uma redução global significativa no volume da substância cinzenta cerebral, particularmente no córtex pré-frontal e no tálamo direito. No entanto, o tratamento pode resolver estas anomalias na reorganização cortical e no volume da substância cinzenta, juntamente com o alívio dos sintomas. Achados comparáveis foram documentados para dor em membro fantasma, dor lombar crônica e síndrome do túnel do carpo.

Meditação

Pesquisas indicam uma correlação entre a prática da meditação e variações na espessura cortical ou na densidade da substância cinzenta. Um estudo proeminente que ilustra este fenómeno foi conduzido por Sara Lazar, da Universidade de Harvard, em 2000. Richard Davidson, neurocientista da Universidade de Wisconsin, conduziu experiências em colaboração com o Dalai Lama, investigando os efeitos da meditação no cérebro. Suas descobertas propõem que a meditação pode induzir mudanças estruturais em regiões cerebrais ligadas à atenção, ansiedade, depressão, medo, raiva e compaixão, além de influenciar a capacidade de autocura do corpo.

Engajamento artístico e arteterapia

Evidências substanciais sugerem que o envolvimento artístico dentro de um contexto terapêutico pode promover alterações nas conexões da rede neural e aumentar a flexibilidade cognitiva. Um estudo de 2013 revelou que o treinamento artístico habitual e sustentado (por exemplo, prática de instrumentos musicais, pintura intencional) pode "imprimir macroscopicamente um sistema de rede neural de atividade espontânea, em que regiões cerebrais associadas tornam-se funcional e topologicamente modularizadas tanto no domínio geral quanto no domínio específico". Isto implica que os cérebros consistentemente expostos ao treino artístico durante longos períodos desenvolvem adaptações que facilitam e aumentam a ocorrência espontânea de tais atividades.

Certos investigadores e académicos propõem que o envolvimento artístico influenciou significativamente o cérebro humano ao longo da história evolutiva. DW Zaidel, professor adjunto de neurociência comportamental e colaborador da VAGA, postula que "a teoria evolucionária conecta a essência simbólica da arte a transformações cerebrais cruciais e cruciais no Homo sapiens, apoiando assim o desenvolvimento aprimorado da linguagem e a organização social hierárquica".

Musicoterapia

Evidências indicam que a participação em terapia apoiada por música pode aumentar a neuroplasticidade em pacientes em recuperação de lesões cerebrais. Esta terapia é aplicável para reabilitação de AVC; um estudo de um mês demonstrou melhorias significativas no controle motor da mão afetada entre pacientes com AVC submetidos a terapia com suporte musical. Outras pesquisas que examinam o volume da massa cinzenta em adultos com atrofia cerebral e declínio cognitivo sugerem que tocar um instrumento musical, como o piano, ou ouvir música pode aumentar o volume da massa cinzenta em regiões que incluem o núcleo caudado, o opérculo rolândico e o cerebelo. Além disso, a terapia apoiada pela música parece melhorar o desempenho cognitivo, o bem-estar e o comportamento social em pacientes em recuperação de danos no córtex orbitofrontal (OFC) e lesões cerebrais traumáticas leves. A neuroimagem pós-terapia revelou alterações funcionais nas redes OFC, com melhorias evidentes nas análises de fMRI baseadas em tarefas e em estado de repouso.

Além do seu papel na reabilitação clínica, foi demonstrado que o envolvimento musical provoca alterações neuroplásticas em indivíduos saudáveis através de treino sustentado e exposição repetida. A pesquisa comparativa envolvendo músicos e não-músicos revela variações cerebrais estruturais e funcionais distintas ligadas ao envolvimento musical, especialmente quando a instrução musical começa durante os estágios iniciais de desenvolvimento. Indivíduos com treinamento musical frequentemente apresentam volumes aumentados de substância cinzenta e branca nas áreas corticais motoras, auditivas e cerebelares, indicativos de adaptações relativas ao controle motor refinado, processamento de informações auditivas e coordenação temporal. Além disso, foram documentadas evidências de reorganização cortical, manifestando-se como representações corticais expandidas para dígitos predominantemente utilizados durante a execução instrumental.

A instrução musical influencia profundamente o sistema auditivo, como evidenciado por músicos que exibem ativação intensificada e distinções estruturais dentro dos córtices auditivos primários e secundários, que são cruciais para processar altura, ritmo e melodia. As modificações funcionais estendem-se além do nível cortical, abrangendo também estruturas subcorticais, como o tronco cerebral, onde os músicos demonstram respostas neurais mais rápidas e robustas aos estímulos auditivos. Ao longo da vida de um indivíduo, o envolvimento musical consistente tem sido correlacionado com uma diminuição do declínio associado à idade em áreas cerebrais específicas e uma suscetibilidade reduzida ao comprometimento cognitivo, o que implica que a neuroplasticidade induzida pela música pode promover uma saúde cerebral duradoura.

Aptidão Física e Exercício

A atividade física aeróbica estimula a síntese de fatores neurotróficos (biomoléculas que facilitam o crescimento e a sobrevivência neuronal), incluindo o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), o fator de crescimento semelhante à insulina 1 (IGF-1) e o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF). Os efeitos do exercício no hipocampo estão ligados a melhorias quantificáveis ​​na memória espacial. O exercício aeróbico sustentado, mantido durante vários meses, provoca melhorias substanciais e clinicamente significativas na função executiva (definida como a regulação cognitiva do comportamento) e um aumento do volume de massa cinzenta em numerosas regiões cerebrais, especialmente aquelas essenciais ao controle cognitivo. As estruturas cerebrais que exibem os aumentos mais pronunciados no volume de substância cinzenta após o exercício aeróbico são o córtex pré-frontal e o hipocampo, enquanto melhorias moderadas são observadas no córtex cingulado anterior, córtex parietal, cerebelo, núcleo caudado e núcleo accumbens. Níveis superiores de aptidão física (quantificados pelo VO₂ max) se correlacionam com função executiva aprimorada, velocidade de processamento acelerada e volumes maiores do hipocampo, núcleo caudado e núcleo accumbens.

Privação auditiva e perda auditiva

Em indivíduos com perda auditiva, o córtex auditivo e as regiões cerebrais associadas em populações surdas e com deficiência auditiva exibem neuroplasticidade compensatória. Este córtex auditivo, normalmente dedicado ao processamento de estímulos auditivos em indivíduos com audição normal, é posteriormente reaproveitado para facilitar outras modalidades sensoriais, particularmente visão e somatossensação. Indivíduos surdos demonstram atenção visual periférica aumentada, detecção superior de mudanças de movimento, mas não mudanças de cor em tarefas visuais, estratégias de busca visual mais eficientes e tempos de resposta mais rápidos a alvos visuais quando comparados com indivíduos ouvintes. Modificações no processamento visual entre indivíduos surdos estão frequentemente ligadas à realocação funcional de outras regiões cerebrais, como o córtex auditivo primário, o córtex de associação parietal posterior (PPAC) e o córtex cingulado anterior (ACC). Uma revisão abrangente de Bavelier et al. (2006) fornece uma ampla visão geral de várias facetas relativas à comparação de habilidades visuais entre indivíduos surdos e ouvintes.

Em indivíduos com surdez congênita, as regiões cerebrais tipicamente envolvidas no processamento auditivo são reaproveitadas para processar informações somatossensoriais. Esses indivíduos exibem maior sensibilidade na detecção de mudanças de frequência supralimiar na vibração e demonstram ativação mais pronunciada e espacialmente extensa dentro do córtex auditivo durante a estimulação somatossensorial. No entanto, uma resposta acelerada a estímulos somatossensoriais não foi observada em adultos surdos.

Implantes Cocleares

A neuroplasticidade desempenha um papel crucial no desenvolvimento da função sensorial. O cérebro, imaturo ao nascer, posteriormente se adapta aos estímulos sensoriais. Dentro do sistema auditivo, foi demonstrado que a perda auditiva congênita, uma condição congênita relativamente comum que afeta aproximadamente 1 em cada 1.000 neonatos, prejudica o desenvolvimento auditivo. Porém, a implantação de próteses sensoriais que ativam o sistema auditivo tem atenuado esses déficits e promovido a maturação funcional do sistema auditivo. Dada a existência de um período sensível para a neuroplasticidade, existe uma janela crítica correspondente para tal intervenção durante os primeiros 2 a 4 anos de vida. Consequentemente, em crianças com surdez pré-lingual, o implante coclear precoce normalmente permite-lhes adquirir a sua língua nativa e desenvolver competências de comunicação acústica.

Cegueira

Em indivíduos com perda de visão, o córtex visual pode apresentar plasticidade intermodal, levando potencialmente a capacidades aprimoradas em outras modalidades sensoriais. Por outro lado, a ausência de informações visuais pode impedir o desenvolvimento de outros sistemas sensoriais. Um estudo específico sugere que o giro temporal médio posterior direito e o giro occipital superior exibem maior ativação em indivíduos cegos do que em pessoas com visão durante uma tarefa de detecção de movimento sonoro. Múltiplas investigações corroboram esta última hipótese, relatando desempenho diminuído na avaliação da distância auditiva, na reprodução proprioceptiva, nos limiares de bissecção visual e na avaliação dos ângulos audíveis mínimos.

Ecolocalização humana

A ecolocalização humana representa uma capacidade humana aprendida de perceber o ambiente através de ecos. Certos indivíduos cegos empregam essa habilidade para navegação e percepção ambiental detalhada. Pesquisas conduzidas em 2010 e 2011, utilizando técnicas de ressonância magnética funcional (fMRI), demonstraram que regiões cerebrais tipicamente associadas ao processamento visual se adaptam para facilitar a nova habilidade de ecolocalização. Por exemplo, investigações envolvendo pacientes cegos indicam que os ecos de clique que eles percebem são processados por áreas cerebrais dedicadas à visão, em vez daquelas normalmente envolvidas na audição.

Transtorno de déficit de atenção e hiperatividade

Análises de estudos de ressonância magnética (MRI) e eletroencefalografia (EEG) relativos a indivíduos com Transtorno de Déficit de Atenção e Hiperatividade (TDAH) indicam que a terapia estimulante prolongada para TDAH, incluindo agentes como anfetamina ou metilfenidato, atenua anormalidades cerebrais estruturais e funcionais observadas em indivíduos com TDAH. Além disso, melhora a funcionalidade em várias regiões cerebrais, mencionando especificamente o núcleo caudado direito dos gânglios da base, o córtex pré-frontal ventrolateral esquerdo (VLPFC) e o giro temporal superior.

Além das intervenções farmacológicas, estratégias não farmacológicas que aproveitam a neuroplasticidade foram postuladas como métodos viáveis ​​para abordar a sintomatologia do TDAH. O treinamento cognitivo e diversas terapias comportamentais buscam melhorar a atenção, a autorregulação e o controle dos impulsos, promovendo alterações funcionais e estruturais nos circuitos neurais ligados à função executiva. Programas computadorizados de treinamento cognitivo demonstraram eficácia no direcionamento de redes neurais subdesenvolvidas em indivíduos com TDAH, resultando em melhorias na atenção e na memória de trabalho por meio da estimulação repetitiva de regiões cerebrais distintas. Tais intervenções podem induzir modificações neuroplásticas duradouras que correspondem a áreas cerebrais influenciadas por medicamentos estimulantes, implicando assim que as terapias orientadas pela neuroplasticidade poderiam servir como tratamentos complementares ou, em certos casos, diminuir a necessidade de confiança farmacológica.

No desenvolvimento da primeira infância

A neuroplasticidade apresenta a sua maior atividade durante a infância, constituindo um aspecto fundamental do desenvolvimento humano típico, e é reconhecida como um mecanismo particularmente vital para as crianças, tanto no que diz respeito ao risco como à resiliência. O trauma representa um risco significativo, pois afeta negativamente inúmeras regiões do cérebro e impõe estresse crônico ao sistema nervoso simpático devido à ativação persistente. Consequentemente, o trauma modifica as conexões neurais, levando potencialmente à hipervigilância ou à excitação excessiva em crianças que passaram por tais experiências. No entanto, o cérebro de uma criança possui a capacidade de mitigar estes efeitos adversos através de processos neuroplásticos.

A neuroplasticidade manifesta-se em crianças em quatro categorias distintas, abrangendo um amplo espectro de funcionamento neuronal. Essas quatro classificações são identificadas como prejudicadas, excessivas, adaptativas e plasticidade.

Numerosos casos de neuroplasticidade são evidentes no desenvolvimento humano. Por exemplo, Justine Ker e Stephen Nelson investigaram o impacto do treino musical na neuroplasticidade, demonstrando que tal treino promove a plasticidade estrutural dependente da experiência. Este fenômeno envolve modificações neurais dependentes das experiências únicas de um indivíduo. Essas experiências incluem aquisição multilíngue, envolvimento atlético e participação teatral. Uma pesquisa conduzida por Hyde em 2009 revelou alterações cerebrais observáveis ​​em crianças após apenas 15 meses de instrução musical. Ker e Nelson propõem que este nível de plasticidade neural em cérebros pediátricos poderia oferecer uma intervenção terapêutica para crianças que sofrem de distúrbios de desenvolvimento e condições neurológicas.

Neuroplasticidade em organismos animais

Ao longo da vida de um indivíduo, as espécies animais podem apresentar diversas alterações na morfologia cerebral. Uma proporção significativa dessas variações decorre da liberação de hormônios no cérebro, enquanto outras surgem de fatores evolutivos ou estágios de desenvolvimento. Certas modificações se manifestam sazonalmente nas espécies, servindo para aumentar ou provocar respostas comportamentais específicas.

Modificações cerebrais sazonais

A adaptação do comportamento e da morfologia cerebral para se alinhar com outras atividades sazonais é um fenômeno prevalente em espécies animais. Tais alterações podem aumentar o sucesso reprodutivo durante o período reprodutivo. Ilustrações de mudanças morfológicas cerebrais sazonais são evidentes em inúmeras classes e espécies taxonômicas.

Dentro da classe das aves, especificamente nos chapins de bico preto, é observado um aumento no volume do hipocampo e na robustez de suas conexões neurais durante os períodos outonais. Estas transformações morfológicas do hipocampo, pertinentes à memória espacial, não são exclusivas das espécies aviárias, sendo igualmente detectáveis ​​em roedores e anfíbios. Por exemplo, numerosos núcleos de controle do canto no cérebro de pássaros canoros exibem hipertrofia durante a estação reprodutiva. Em todas as espécies de aves, adaptações morfológicas cerebrais que modulam os padrões, a frequência e a amplitude do canto são frequentemente documentadas. Além disso, a imunorreatividade do hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH), indicativa de recepção hormonal, diminui em estorninhos europeus submetidos a fotoperíodos prolongados.

O gastrópode Aplysia californica (lebre marinha da Califórnia) demonstra maior inibição dos hormônios de postura de ovos fora da estação de acasalamento, atribuída à eficácia aumentada dos inibidores cerebrais. Alterações semelhantes nas características inibitórias de regiões específicas do cérebro também são observadas em humanos e outras espécies de mamíferos. No anfíbio Bufo japonicus, um segmento da amígdala apresenta dimensões maiores antes da reprodução e durante a hibernação em comparação com o seu estado pós-reprodução.

A variabilidade cerebral sazonal é evidente em numerosas espécies de mamíferos. Uma região hipotalâmica específica na ovelha comum exibe maior receptividade ao GnRH durante a estação reprodutiva em comparação com outros períodos anuais. Os humanos também sofrem modificações sazonais, com o núcleo supraquiasmático hipotalâmico e seus neurônios imunorreativos à vasopressina aumentando de tamanho durante o outono, diminuindo subsequentemente de tamanho durante a primavera.

Investigações sobre lesão cerebral traumática

Os pesquisadores observaram que a indução de um acidente vascular cerebral menor (infarto) por meio da obstrução do fluxo sanguíneo para um segmento do córtex motor de um macaco resulta em respostas de movimento da parte correspondente do corpo quando regiões cerebrais adjacentes e não danificadas são estimuladas. Uma investigação empregou técnicas de mapeamento de microestimulação intracortical (ICMS) em nove macacos saudáveis; um subconjunto desses animais foi submetido a procedimentos de infarto isquêmico, enquanto o restante recebeu procedimentos de ICMS. Macacos submetidos a infartos isquêmicos exibiram maior flexão dos dedos durante a recuperação de alimentos, e esse déficit funcional foi resolvido para níveis pré-operatórios dentro de vários meses. Em relação à representação distal do membro anterior, "os procedimentos de mapeamento pós-infarto revelaram que as representações do movimento sofreram reorganização em todo o córtex adjacente não danificado". Compreender a interação entre regiões neurais comprometidas e intactas oferece uma base para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas superiores para pacientes com AVC. Os esforços de pesquisa contemporâneos envolvem o monitoramento das alterações que se manifestam nos córtices motores após um acidente cerebrovascular. Consequentemente, a dinâmica da reorganização cerebral pode ser elucidada. Além disso, regimes terapêuticos concebidos para aumentar a recuperação do AVC, incluindo fisioterapia, farmacoterapia e terapia de estimulação elétrica, estão atualmente sob investigação.

O professor Jon Kaas, da Vanderbilt University, demonstrou o impacto de lesões crônicas unilaterais da coluna dorsal nos níveis cervicais na área somatossensorial 3b e no núcleo ventroposterior (VP) do tálamo em macacos. Embora os cérebros adultos possuam a capacidade de reorganização pós-lesão, o grau desta mudança depende da gravidade da lesão. As investigações recentes de Kaas exploram principalmente o sistema somatossensorial, que integra vários estímulos sensoriais para perceber o corpo e seus movimentos. Normalmente, danos ao córtex somatossensorial levam à percepção corporal prejudicada. Sua pesquisa examina especificamente como os sistemas somatossensorial, cognitivo e motor exibem alterações plásticas após uma lesão.

Um estudo recente sobre neuroplasticidade, conduzido por uma equipe de médicos e pesquisadores da Emory University, incluindo Donald Stein e David Wright, explorou um novo tratamento para lesões cerebrais traumáticas. Esta intervenção, alegadamente a primeira em quatro décadas a produzir resultados significativos, foi conhecida pela sua ausência de efeitos secundários conhecidos e pela sua relação custo-eficácia. Stein observou que camundongos fêmeas exibiram recuperação superior de lesões cerebrais em comparação com camundongos machos, com recuperação ainda melhorada durante fases específicas do ciclo estral. Supôs-se que essa disparidade decorria de níveis variados de progesterona, onde a progesterona elevada se correlacionava com a recuperação acelerada de lesões cerebrais em camundongos. No entanto, ensaios clínicos subsequentes indicaram que a progesterona não proporcionou nenhum benefício substancial para pacientes humanos com lesão cerebral traumática.

Envelhecimento

O perfil transcricional do córtex frontal em indivíduos com idades entre 26 e 106 anos identificou uma coorte de genes exibindo expressão diminuída após os 40 anos, com uma redução mais pronunciada após os 70 anos. Além disso, o envelhecimento foi associado a um aumento notável nos danos ao DNA cortical, provavelmente de natureza oxidativa, especificamente nos promotores de genes.

As espécies reativas de oxigênio (ROS) estão implicadas na regulação da plasticidade sináptica e na função cognitiva. Por outro lado, elevações nos níveis de ERO associadas à idade podem contribuir para a deterioração dessas mesmas funções.

Multilinguismo

O multilinguismo confere efeitos vantajosos ao comportamento e à cognição humanos. Extensas pesquisas indicam que indivíduos proficientes em vários idiomas apresentam funções cognitivas superiores e maior flexibilidade cognitiva em comparação com monolíngues. Observou-se que os bilíngues possuem maior capacidade de atenção, habilidades organizacionais e analíticas aprimoradas e uma teoria da mente mais desenvolvida do que seus colegas monolíngues. Os investigadores atribuem os benefícios cognitivos do multilinguismo à neuroplasticidade.

Um estudo notável empregou a morfometria baseada em voxel (VBM) para visualizar a plasticidade estrutural do cérebro em indivíduos saudáveis ​​monolíngues e bilíngues. Os neurolinguistas examinaram inicialmente as variações na densidade da substância cinzenta e branca entre esses grupos e identificaram uma correlação entre a estrutura cerebral e a idade de aquisição da linguagem. As descobertas revelaram que os multilíngues exibiam uma densidade de substância cinzenta significativamente maior no córtex parietal inferior em comparação com os monolíngues. Além disso, os bilíngues precoces demonstraram maior densidade de substância cinzenta nesta região do que os bilíngues tardios. O córtex parietal inferior, uma área do cérebro fortemente implicada na aquisição da linguagem, alinha-se com os resultados do VBM desta investigação.

Pesquisas contemporâneas indicam que a aquisição de múltiplos idiomas não apenas induz a reorganização estrutural dentro do cérebro, mas também aumenta sua capacidade inerente de plasticidade. Uma investigação recente revelou especificamente que o multilinguismo tem impacto tanto na matéria cinzenta como na branca. A substância branca, composta por axônios mielinizados, está fundamentalmente ligada aos processos de aprendizagem e comunicação. Os neurolinguistas utilizaram imagens por tensor de difusão (DTI) para avaliar as diferenças de intensidade da substância branca entre monolíngues e bilíngues. O estudo identificou aumento da mielinização nos tratos da substância branca entre indivíduos bilíngues que interagiam regularmente com os dois idiomas. As demandas cognitivas associadas ao gerenciamento de vários idiomas exigem conectividade neural mais eficiente, contribuindo assim para uma maior densidade de substância branca em multilíngues.

Embora a etiologia dessas alterações cerebrais – seja predisposição genética ou demandas ambientais – continue sendo um assunto de debate, evidências substanciais indicam que as experiências ambientais e sociais em indivíduos multilíngues precoces influenciam a reorganização estrutural e funcional do cérebro.

Abordagens terapêuticas emergentes para a depressão

Historicamente, a hipótese do desequilíbrio de monoaminas na depressão influenciou significativamente a compreensão psiquiátrica e o desenvolvimento farmacêutico. No entanto, apesar dos antidepressivos tradicionais elevarem rapidamente os níveis de noradrenalina, serotonina ou dopamina, a sua eficácia clínica manifesta-se frequentemente com um atraso considerável, resultando frequentemente em resultados de tratamento abaixo do ideal. À medida que a investigação neurocientífica progredia, os dados clínicos e pré-clínicos de diversas modalidades de investigação começaram a destacar caminhos essenciais para a neuroplasticidade. Os pesquisadores identificaram uma correlação inversa robusta entre a densidade sináptica e a gravidade dos sintomas depressivos. Além disso, observou-se que os antidepressivos tradicionais, além da modulação dos neurotransmissores, também aumentaram a neuroplasticidade, embora durante um período prolongado de semanas ou meses. A busca por antidepressivos de ação mais rápida levou à investigação da cetamina, um agente anestésico reconhecido, que demonstrou efeitos antidepressivos potentes após uma única infusão. Esta eficácia é atribuída à sua capacidade de aumentar rapidamente a densidade da coluna dendrítica e restabelecer aspectos de conectividade funcional. Posteriormente, foram identificados outros compostos promotores da neuroplasticidade que exibem benefícios terapêuticos rápidos e sustentados, abrangendo psicodélicos serotoninérgicos, escopolamina colinérgica e vários outros novos agentes. Para distinguir entre os antidepressivos convencionais que visam principalmente a modulação das monoaminas e esta classe emergente de antidepressivos de ação rápida que alcançam efeitos terapêuticos através da neuroplasticidade, o termo "psicoplastogênio" foi introduzido.

Influência da nicotina

A nicotina exerce seus efeitos no cérebro interagindo com os receptores nicotínicos de acetilcolina, que também são os locais de ligação da acetilcolina e têm sido associados à neuroplasticidade. O consumo crônico de nicotina pode diminuir a taxa de neuroplasticidade cerebral ao prejudicar esses receptores nicotínicos de acetilcolina, que são essenciais para a recaptação de acetilcolina necessária para processos neuroplásticos.

Referências

Referências

Vídeos

• Ramachandran. Síndrome do Membro Fantasma.Chorost M (2005). Reconstruído: como tornar-me parte computador me tornou mais humano. Boston: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-37829-6.
  • Neuroplasticidade no Medical Subject Headings (MeSH) da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA
  • NeuroplasticidadeMD