2 - As células nervosas, os circuitos neurais e o comportamento Flashcards
Como o reflexo de estiramento (knee-jerk reflex) exemplifica a integração sensório-motora no sistema nervoso e o papel dos interneurônios na coordenação muscular?
O reflexo de estiramento, ou reflexo patelar, é um exemplo de circuito sensório-motor que opera de forma autônoma, sem a necessidade de processamento consciente. Quando o tendão patelar é estimulado, neurônios sensoriais detectam o estiramento e enviam sinais à medula espinhal, onde fazem sinapse direta com neurônios motores que, por sua vez, causam a contração do músculo quadríceps. Simultaneamente, interneurônios inibitórios são ativados, inibindo os neurônios motores do músculo antagonista (isquiotibiais) para permitir uma contração livre de oposição. Esse reflexo é essencial para a manutenção do tônus muscular e para ajustes rápidos na postura, representando a coordenação básica entre entrada sensorial e saída motora através da interação entre neurônios sensoriais, motores e interneurônios.
Explique o papel da “polarização dinâmica” e da “especificidade de conexão” na comunicação neural. Como esses princípios sustentam a organização dos circuitos neurais?
A polarização dinâmica refere-se ao fluxo unidirecional de informações no neurônio, sempre dos dendritos para o axônio. Isso organiza a comunicação neuronal, garantindo que o sinal viaja de maneira consistente, evitando confusão nos circuitos neurais. A especificidade de conexão significa que os neurônios se conectam a alvos específicos em vez de formarem conexões indiscriminadas. Essa especificidade permite a formação de circuitos neurais organizados, onde cada neurônio é parte de uma rede funcional específica, com papéis bem-definidos. Isso é essencial para o processamento preciso das informações sensoriais, o controle motor e as funções cognitivas, pois assegura que os sinais atinjam apenas as áreas destinadas, evitando sobreposição e mantendo a eficiência na transmissão de informações.
Como a estrutura dos diferentes tipos de neurônios, como unipolares, bipolares e multipolares, influencia suas funções específicas no sistema nervoso?
A estrutura dos neurônios está intimamente relacionada às suas funções e ao tipo de comunicação que realizam. Neurônios unipolares, que possuem um único prolongamento saindo do corpo celular, são comuns em invertebrados e eficientes em transmitir sinais rápidos e diretos em circuitos simples. Neurônios bipolares, com dois prolongamentos (um dendrito e um axônio), são predominantes em sistemas sensoriais especializados, como na retina e na cóclea, facilitando a recepção e transmissão direta de informações sensoriais. Já os neurônios multipolares, que possuem um axônio e múltiplos dendritos, são os mais comuns no sistema nervoso central e permitem integração de informações de várias fontes. Essa estrutura é fundamental para o processamento complexo e a modulação de respostas em áreas como o córtex cerebral, onde informações de diversos sentidos e comandos motores precisam ser combinados e coordenados.
Explique a função dos canais de íons Na+ e K+ na geração e propagação do potencial de ação. Qual o impacto da despolarização e repolarização?
Os canais de sódio e potássio são essenciais para gerar e propagar o potencial de ação — o impulso elétrico que percorre o neurônio e permite a transmissão de informações.
- Geração do Potencial de Ação: O processo começa com a despolarização, quando os canais de sódio na membrana do neurônio se abrem, permitindo que íons de sódio (positivos) entrem rapidamente na célula. Esse influxo de sódio torna o interior da célula mais positivo, gerando um impulso elétrico que inicia o potencial de ação.
- Propagação do Potencial de Ação: À medida que o potencial de ação se move ao longo do axônio, ele “abre” canais de sódio mais à frente, mantendo o impulso. Depois que os canais de sódio se fecham, os canais de potássio se abrem, permitindo que os íons de potássio (também positivos) saiam da célula, o que repolariza a membrana, ou seja, restaura a carga negativa no interior da célula.
- Despolarização e Repolarização: A despolarização (entrada de sódio) cria o impulso elétrico necessário para a transmissão do sinal. A repolarização (saída de potássio) é importante para restaurar o equilíbrio original da célula e permitir que outro potencial de ação seja gerado.
Sua explicação está bem encaminhada! Vou organizar e corrigir alguns pontos para deixar tudo claro e, em seguida, vou explicar a função dos canais de sódio e potássio, como ocorre a hiperpolarização e como o potencial de ação se propaga.
Explicação Completa:
- Recebendo o estímulo e atingindo o limiar: O neurônio primeiro recebe um estímulo. Se esse estímulo for forte o suficiente para atingir o limiar de despolarização, o potencial de ação é disparado.
- Abertura dos canais de sódio e despolarização: Quando o potencial de ação começa, os canais de sódio dependentes de voltagem (canais que abrem com base em uma mudança de carga) se abrem primeiro. O sódio, que é carregado positivamente, entra na célula, tornando o interior da célula cada vez mais positivo. Esse influxo contínuo de sódio despolariza o neurônio, levando-o a um estado de carga positiva.
- Pico do potencial de ação: Eventualmente, o neurônio atinge o pico do potencial de ação — seu ponto máximo positivo. Neste ponto, os canais de sódio se fecham.
- Abertura dos canais de potássio e repolarização: Após o fechamento dos canais de sódio, os canais de potássio dependentes de voltagem se abrem. O potássio, também positivo, começa a sair da célula, o que faz a carga interna do neurônio ficar mais negativa novamente, um processo chamado repolarização.
- Hiperpolarização e retorno ao estado basal: À medida que o potássio sai da célula, a carga interna do neurônio fica brevemente mais negativa que o normal (estado basal). Esse processo é chamado de hiperpolarização e ocorre porque os canais de potássio demoram um pouco para se fechar, permitindo que mais potássio saia do que o necessário. Depois, a célula utiliza bombas iônicas (como a bomba de sódio-potássio) para restaurar o equilíbrio iônico e voltar ao seu potencial de repouso.
Como o Potencial de Ação se Propaga:
A despolarização em um ponto do axônio gera uma mudança de carga que abre os canais de sódio nos próximos segmentos do axônio. Esse processo se repete ao longo de toda a extensão do axônio, criando um “efeito dominó” que permite que o sinal se propague rapidamente até o final do neurônio.
Canais Dependentes de Voltagem e a Hiperpolarização:
- Canais dependentes de voltagem: Os canais de sódio e potássio que participam desse processo abrem e fecham em resposta a mudanças na carga elétrica da membrana (ou voltagem), o que os torna “dependentes de voltagem”.
- Hiperpolarização: A hiperpolarização ocorre porque, após a repolarização, os canais de potássio continuam abertos por um curto período, permitindo que a célula perca mais potássio do que o necessário. Isso leva a uma carga mais negativa que o potencial de repouso. Com o tempo, a célula restaura seu estado normal usando mecanismos como a bomba de sódio-potássio.
Qual é a importância da mielina e dos nódulos de Ranvier na condução do potencial de ação? Como esses elementos afetam a velocidade e eficiência da transmissão neural?
A mielina, produzida por oligodendrócitos no SNC e por células de Schwann no SNP, envolve os axônios, atuando como um isolante que impede a dissipação de corrente iônica. Isso permite que o potencial de ação “salte” entre os nódulos de Ranvier, onde a membrana é exposta e contém uma alta densidade de canais de Na+. Esse salto, chamado de condução saltatória, aumenta significativamente a velocidade de condução do potencial de ação e economiza energia celular, pois os íons não precisam atravessar toda a extensão do axônio. Essa eficiência na propagação do sinal é fundamental para respostas rápidas e precisas, especialmente em vias neurais longas.
No HP, essa reverberação ocorre principalmente nas regiões CA3 e CA1, onde as conexões recíprocas facilitam a manutenção de informações temporárias e ajudam a integrar novas memórias com experiências passadas. Além disso, essas redes reverberantes no hipocampo são moduladas por sinais de outras áreas, como o córtex pré-frontal, coordenando a retenção e recuperação de informações em resposta a demandas cognitivas.
Discuta a função das células gliais, especialmente os astrócitos, na regulação do ambiente extracelular neural. Como elas mantêm a eficiência da sinalização sináptica?
As células gliais, em particular os astrócitos, desempenham papéis cruciais no suporte e na manutenção do ambiente extracelular necessário para a atividade neuronal. Os astrócitos regulam os níveis extracelulares de íons, especialmente de K+, que aumenta com a atividade neural e, se acumulado, poderia despolarizar neurônios vizinhos indevidamente. Eles também capturam neurotransmissores liberados na sinapse, como o glutamato, impedindo sua ação prolongada e protegendo os neurônios da excitotoxicidade. Além disso, os astrócitos fornecem nutrientes, regulam o fluxo sanguíneo cerebral e liberam moléculas sinalizadoras que modulam a atividade sináptica, mantendo a estabilidade e a eficiência da comunicação neuronal.
Qual é o papel da plasticidade sináptica nas modificações de comportamento e aprendizagem? Como as sinapses são alteradas a longo prazo?
A plasticidade sináptica permite que as sinapses se fortaleçam ou enfraqueçam com base na atividade. A LTP (potenciação de longo prazo) é um processo em que sinapses usadas com frequência se tornam mais eficientes, essencial para a formação de memórias e aprendizado. A LTD (depressão de longo prazo) enfraquece sinapses pouco utilizadas, promovendo uma organização neural eficiente. Essas alterações estruturais e funcionais, como o aumento do número de receptores pós-sinápticos ou a criação de novas conexões, permitem que o sistema nervoso armazene informações e adapte o comportamento de forma duradoura.
Como as sinapses excitatórias e inibitórias influenciam o disparo dos neurônios? Qual é o papel da soma espacial e temporal na integração de sinais?
Sinapses excitatórias, ao liberar neurotransmissores como o glutamato, aumentam o potencial de membrana (despolarizam) e aproximam o neurônio do limiar de disparo. Sinapses inibitórias, com neurotransmissores como GABA, hiperpolarizam a célula, afastando o potencial do limiar. A soma espacial ocorre quando sinais de múltiplas sinapses se somam, enquanto a soma temporal refere-se à acumulação de sinais consecutivos de uma mesma sinapse. A integração espacial e temporal desses sinais determina se o neurônio atinge o limiar para disparar um potencial de ação, permitindo respostas complexas aos estímulos.
Explique a função dos canais de íons Na+ e K+ na geração e propagação do potencial de ação. Qual o impacto da despolarização e repolarização?
O potencial de ação começa com a abertura dos canais de Na+ em resposta a uma despolarização inicial, permitindo que Na+ entre na célula e torne o interior temporariamente positivo. Essa rápida mudança cria o pico do potencial de ação. Em seguida, os canais de Na+ inativam e os canais de K+ abrem, permitindo que o K+ saia da célula, restaurando o potencial negativo do interior (repolarização). Esse ciclo de despolarização e repolarização cria uma onda de mudança de voltagem que viaja ao longo do axônio, permitindo a transmissão do sinal de forma rápida e eficaz.
Como os princípios de divergência e convergência organizam o fluxo de informações nos circuitos neurais? Forneça exemplos de como esses padrões estruturam o processamento sensorial e motor.
A divergência permite que um único neurônio se comunique com múltiplos alvos, como no caso dos neurônios sensoriais que transmitem informações a diferentes regiões do SNC para processamento paralelo. A convergência ocorre quando múltiplos neurônios enviam informações a um único neurônio alvo, integrando entradas de várias fontes. No córtex motor, por exemplo, neurônios motores recebem sinais de várias áreas sensoriais e motoras para coordenar uma resposta motora precisa. Esses princípios de organização tornam o processamento neural mais robusto e adaptável, permitindo a integração e disseminação de informações complexas.
Explique o processo de liberação de neurotransmissores na sinapse e o papel das vesículas sinápticas. Como a frequência de potenciais de ação influencia esse processo
Quando um potencial de ação chega ao terminal pré-sináptico, ele abre canais de Ca2+ dependentes de voltagem. O influxo de Ca2+ provoca a fusão das vesículas sinápticas com a membrana, liberando neurotransmissores na fenda sináptica. A frequência dos potenciais de ação determina a quantidade de Ca2+ que entra e, assim, a quantidade de neurotransmissores liberada. Uma alta frequência de disparos aumenta a liberação de neurotransmissores, intensificando a resposta no neurônio pós-sináptico.
Qual é o papel da plasticidade sináptica nas modificações de comportamento e aprendizagem? Como as sinapses são alteradas a longo prazo?
A plasticidade sináptica permite que as sinapses se fortaleçam ou enfraqueçam com base na atividade. A LTP (potenciação de longo prazo) é um processo em que sinapses usadas com frequência se tornam mais eficientes, essencial para a formação de memórias e aprendizado. A LTD (depressão de longo prazo) enfraquece sinapses pouco utilizadas, promovendo uma organização neural eficiente. Essas alterações estruturais e funcionais, como o aumento do número de receptores pós-sinápticos ou a criação de novas conexões, permitem que o sistema nervoso armazene informações e adapte o comportamento de forma duradoura.
Explique o conceito de “inibição lateral” e como ele contribui para a acuidade sensorial. Em que tipos de sistemas sensoriais essa organização é particularmente útil?
A inibição lateral é um mecanismo onde neurônios excitatórios inibem a atividade dos neurônios adjacentes, importtante para a resolução espacial. Isso aumenta o contraste entre áreas excitadas e inibidas, refinando a precisão da resposta sensorial e aumentando a acuidade na percepção. Esse processo é particularmente relevante no sistema visual, onde permite a detecção de bordas e contrastes de forma mais nítida, e no sistema somatossensorial, melhorando a distinção entre estímulos adjacentes.
Quais são os principais efeitos do envelhecimento sobre a plasticidade neural?
O envelhecimento diminui a capacidade de plasticidade neural devido à redução na neurogênese, sinaptogênese e flexibilidade sináptica, levando a déficits de memória e aprendizado. Isso está relacionado a mudanças moleculares e celulares nos neurônios e na glia.
Explique como o sistema nervoso pode reconfigurar suas conexões em resposta a lesões.
Em resposta a lesões, o sistema nervoso reconfigura conexões por meio de mecanismos de plasticidade sináptica, brotamento axonal e reorganização cortical, promovendo a recuperação funcional e adaptando-se à perda de circuitos originais.
