Métodos de investigação em Neuropsicologia Cognitiva

Question 1

O que são representações?

Answer 1

Representações são propriedades do mundo que são manifestadas em sistemas cognitivos (representações mentais) e sistemas neurais (representações neurais).
Representações não se referem apenas a propriedades físicas do mundo, mas também a formas mais abstratas de conhecimento.
Ambas as representações não apresentam, provavelmente, uma relação de 1 para 1 entre uma representação mental hipotética e as propriedades de resposta de neurónios singulares.

Question 2

O que são gravações single-cell?

Answer 2

As gravações single-cell correspondem à medida da responsividade de um neurónio a um determinado estímulo. Dá-se em potenciais de ação por segundo.

Question 3

O que é a eletroencefalografia?

Answer 3

É a medição de sinais ELÉTRICOS gerados pelo cérebro
através de elétrodos colocados no escalpe (em µV); bom para medir o timing relativo de eventos
cognitivos e atividade neural – processo NÃO-INVASIVO que envolve apenas gravação e não estimulação;
BOA resolução temporal, PÉSSIMA resolução espacial.

Question 4

O que são event-related potencials (ERPs)?

Answer 4

Correspondem à ligação entre a quantidade média de
mudanças de atividade elétrica de um EEG (=voltagem) no escalpe e certos eventos cognitivos (e.g., exposição a um estímulo, resposta, etc..)
Algumas vezes, são também feitas ligações entre a
velocidade das mudanças de atividade elétrica e processos cognitivos que também dependem da boa resolução temporal do EEG (medidas oscilatórias).

Question 5

O que é o tempo de reação/resposta?

Answer 5

O tempo de reação é o tempo existente entre o surgimento de um estímulo/evento e a produção de uma resposta comportamental. O tempo medido é de pouca relevância, sendo que as relações entre medições é que podem permitir comparar situações e realizar inferências sobre determinado sistema cognitivo.

Question 6

Como são obtidas as gravações single-cell?

Answer 6

As gravações single-cell podem ser obtidas implantando um elétrodo muito pequeno no próprio neurónio (registo intracelular) ou na fora da sua membrana (registo extracelular).
O número de vezes que um potencial de ação é produzido em resposta a um estímulo é contado, e a variável dependente chama-se frequência de disparo (“spikes” por segundo). Por ser um método invasivo, por norma só é conduzido em animais ou pessoas que estão em neurocirurgia durante anestesia total.

Question 7

É possível medir a atividade de um neurónio de uma forma não-invasiva?

Answer 7

É impossível porque o sinal é demasiado fraco e a interferência de outros neurónios é demasiado elevada.

Question 8

O que são gravações multicelulares (multi-cell)?

Answer 8

É a atividade elétrica (em termos de potenciais de ação por segundo) de vários neurónios registados por um ou mais neurónios. Algoritmos especiais conseguem combinar as contribuições individuais de vários neurónios.

Question 9

Por que é um desafio inferir processos cognitivos através de dados cerebrais?

Answer 9

O desafio assenta na ideia de que se uma função implica o envolvimento de diversas áreas cerebrais e uma área cerebral está envolvida em mais que uma
função, então as representações mentais (cognição) e as neuronais (cerebrais) NÃO são a mesma coisa, não têm uma relação de 1 para 1. A mente humana
(cognição) é uma propriedade emergente do órgão biológico que é o cérebro, i.e., não é possível ser acedida diretamente, ainda que seja possível observar o funcionamento e a estrutura cerebral.

• A mente é MAIS do que a soma da atividade neurofisiológica dos diferentes neurónios, logo é desafiante interligar os seus processos a áreas ou conjuntos de áreas cerebrais.
• Além disto, a relação entre mente e cérebro NÃO é unidirecional - o cérebro permite a atividade cognitiva, mas a última também altera o primeiro - logo impõe-se outro obstáculo à certeza das inferências realizadas.
• Por fim, outro fator que dificulta a relação mente-cérebro é a REDUNDÂNCIA COGNITIVA – existem várias formas (= várias vias cerebrais, ou vários processos cognitivos) DIFERENTES de resolver um mesmo problema.

Question 10

De que modo diferem os diversos métodos de investigação em neuropsicologia cognitiva?

Answer 10

Existem diversos métodos de
investigação em neuropsicologia
cognitiva, que diferem na sua
resolução temporal (=definir
quando ocorreu um evento) e
espacial (=definir onde no cérebro
ocorreu um evento). Estes
métodos podem ser também mais
ou menos invasivos (consoante a
localização do equipamento –
internamente vs. externamente).

Question 11

Quais são as consequências do uso de pacientes com lesões cerebrais (que têm as suas limitações)?

Answer 11

• Em comparação aos outros métodos, permite inferências diferentes (=relação entre o cérebro e comportamento, através de, por exemplo, comparação a um grupo de controlo).
• Estes estudos têm impacto na prática clínica (avaliação e reabilitação cognitiva).
• Devido às diferentes qualidades dos diferentes métodos, existe uma vantagem na combinação de métodos – triangulação.

Question 12

De que modo, segundo Vadya et al. (2019), se podem dividir os métodos de investigação em neuropsicologia?

Answer 12

Métodos de TERMINAÇÃO, de CORRELAÇÃO e de MANIPULAÇÃO.
A triangulação “ideal” contém evidências dos três tipos de método.

Question 13

O que são métodos de terminação?

Answer 13

Os métodos de terminação envolvem mudanças IRREVERSÍVEIS no funcionamento cerebral através da destruição de alguma região cerebral ou via (por lesões), neurónios com certas características (por neurotoxinas), ou sistemas cerebrais vulneráveis (por doenças neurodegenerativas).

Question 14

O que são lesões difusas e lesões focais?

Answer 14

As lesões cerebrais humanas podem ser difusas, não havendo a definição de uma única região cerebral afetada (frequente em doenças neurodegenerativas), ou focais, sendo identificada uma zona concreta do cérebro. As lesões focais podem ser CIRURGICAMENTE obtidas por ASPIRAÇÃO (sucção e cauterização de tecido, sendo um método menos preciso [muitas vezes a sucção afeta axónios vizinhos e não só o
córtex], útil para estudar interações entre regiões corticais), ou podem ser EXCITOTÓXICAS (injeção local de neurotoxinas, sendo um método mais preciso do que a aspiração, que permite compreender o papel causal das regiões corticais nos défices observados).

Question 15

Do que depende a precisão do estudo de pacientes com lesão cerebral (o que é controlável ou não)?

Answer 15

A precisão destes estudos depende principalmente de questões METODOLÓGICAS, sendo que muitas delas, em humanos, são impossíveis de controlar experimentalmente (exemplos: etiologia – coocorrência de défices, que dificultam o estudo de uma só lesão; tamanho da lesão; lateralidade; idade de ocorrência).

Question 16

De que modo devemos ver o estabelecimento de relações causais entre o estudo das lesões, os processos cognitivos lesados e os comportamentos?

Answer 16

Estabelecer uma relação causal não é trivial:
- Uma região cerebral (voxel) tem milhares de neurónios, e é especializada em MUITAS unções.
- NENHUMA tarefa é pura: mesmo em contexto experimental, uma tarefa apela a múltiplos processos cognitivos em simultâneo, dificultando a extração de
conclusões válidas sobre o funcionamento de um só processo.
- A associação cérebro-comportamento não é dependente da variação interindividual (o mau funcionamento da região cerebral X NEM SEMPRE é suficiente para justificar um comportamento Y).

Question 17

O que é preciso ter em conta ao tentar estabelecer causalidade no estudo com pacientes com lesões cerebrais?

Answer 17

Funcionamento pré-mórbido, grupo de controlo, etiologia, screening neuropsicológico, métodos de análise estatística, associações, dissociações e dissociações duplas.

Question 18

Como é possível ter em conta o funcionamento pré-mórbido ao testar a causalidade?

Answer 18

Tentar investigar sobre o funcionamento
cognitivo do paciente antes da ocorrência da lesão. Isto pode ser conseguido através de entrevistas clínicas (=anamnese), do conhecimento do nível de educação do indivíduo ou do seu QI cristalizado, ou, nos casos
em que é possível, de questionários feitos ao indivíduo antes e depois da lesão (por exemplo, quando a lesão é cirurgicamente induzida).

Question 19

Como é possível ter em conta o grupo de controlo ao testar a causalidade?

Answer 19

Comparar sujeitos lesionados com grupos de controlo
(que lhes sejam demograficamente CORRESPONDENTES) é fundamental para estabelecer os efeitos destas lesões. Contudo, há fatores que estas comparações não conseguem controlar (e.g., o uso de medicação psicoativa).
A inclusão de um segundo grupo de controlo formado por sujeitos com uma lesão cerebral DIFERENTE, que poupe a região de interesse, pode controlar esses fatores (porque também podem estar submetidos à medicação, podem sentir-se inseguros, etc.). Nos humanos, as lesões raramente são constrangidas à ROI, e um grupo de controlo que partilhe uma lesão FORA dessa área pode garantir mais segurança de que as mudanças comportamentais no grupo que
queremos estudar são anatomicamente específicas.

Question 20

Como é possível ter em conta a etiologia ao testar a causalidade?

Answer 20

Perceber a origem da lesão. Os pacientes têm, muitas vezes, OUTROS défices relacionados com o foco da lesão, mas não necessariamente com o problema em estudo. (e.g., pacientes de AVC são mais prováveis de ter outras doenças cardiovasculares). A inclusão de pacientes com VÁRIAS etiologias pode MITIGAR estes problemas, REDUZINDO efeitos da covariância de lesões e dissociando défices de doenças específicas.

Question 21

De que modo as funções cognitivas são afetadas num AVC?

Answer 21

No AVC, há um bloqueio da circulação sanguínea para o cérebro, provocando morte neuronal. No entanto, a manifestação desta destruição vai diferir se o AVC for ISQUÉMICO, provocando uma lesão bem definida,
ou HEMORRÁGICO, provocando uma “inundação” que afeta várias zonas do cérebro e um aumento da pressão intracraniana, que pode levar a uma lesão cerebral, que leva a um aumento do número de disfunções que não correspondem necessariamente ao défice encontrado no período crónico.

Entre o período AGUDO e CRÓNICO da lesão, existem diferenças nas manifestações cognitivas observadas, porque no primeiro há uma região cerebral destruída e as funções vão sofrer, mas devido à redundância cognitiva existem vias que não são utilizadas a menos que sejam necessárias. Logo, no período agudo deparamo-nos com a ausência dos processos cognitivos que estão afetados, no entanto, no
período crónico há um RESTABELECIMENTO e utilização de vias cognitivas ALTERNATIVAS para compensar a função danificada.

Question 22

Como é possível ter em conta o screening neuropsicológico no teste de causalidade?

Answer 22

Nenhuma tarefa experimental é realmente pura (envolvimento de vários processos). Testes de screening neuropsicológico que envolvem várias funções permitem identificar e explicar quais as funções cognitivas que estão preservadas e alteradas no paciente, dando insight sobre os fatores latentes por trás dos défices.

Question 23

Como é possível ter em conta os métodos de análise estatística no teste de causalidade?

Answer 23

Em estudos neuropsicológicos, as amostras tendem a ser PEQUENAS (é muito DIFÍCIL recrutar e testar uma
população tão específica de indivíduos). Tendo este problema em conta, o poder estatístico de estudos de pacientes com lesão pode ser melhorado através da testagem de uma amostra GRANDE de pacientes controlo SAUDÁVEIS (mais FÁCEIS de recrutar).

Question 24

Como é possível ter em conta associações, dissociações simples e dissociações duplas no teste de causalidade?

Answer 24

As associações e dissociações simples NÃO nos
permitem fazer inferências VÁLIDAS para a Neuropsicologia Cognitiva, visto que as associações não isolam apenas uma área cerebral e que as
dissociações simples podem ser explicadas por fatores como recursos pessoais, ou uma tarefa ser mais difícil do que outra, ou menos clara, e não necessariamente por recorrerem a processos cognitivos DIFERENTES. A
dissociação dupla já PERMITE inferências úteis, mas não nos diz tudo, mostrando a importância de estudar casos ÚNICOS (em comparação a estudos de grupo/síndromas) mais a fundo.

Question 25

De que modo se pode resolver a questão da explicação das diferenças individuais na Neuropsicologia cognitiva?

Answer 25

O pressuposto do isomorfismo atribui um papel secundário às diferenças individuais, assumindo que um indivíduo poderá ser representativo da população.

Esta questão da explicação das diferenças individuais mostra-se um desafio para a Neuropsicologia Cognitiva, que poderá ser resolvido pelos estudos de CASO ÚNICO, onde há interesse teórico nas DIFERENÇAS entre indivíduos (dissociações duplas).
Numa população de pacientes lesionados, assume-se que TODOS têm o mesmo sistema cognitivo à partida. Contudo, é IMPOSSÍVEL PREVER qual será o perfil cognitivo de um paciente (ou de um conjunto de pacientes) após uma lesão anatómica (ex.: dois pacientes com uma lesão cerebral na mesma área podem reagir de formas DIFERENTES a uma tarefa, sendo IMPOSSÍVEL estabelecer médias ou fazer generalizações numa certa população lesionada). Portanto, a compreensão de um défice cognitivo requer que os pacientes sejam testados INDIVDUALMENTE (NÃO adianta fazer estudos de grupo em pacientes com o mesmo défice cognitivo,
PORQUE todos os pacientes teriam de ser individualmente testados).

Question 26

Quais são as objeções ao estudo de casos únicos?

Answer 26

Algumas OBJEÇÕES ao estudo de casos únicos é que é IMPOSSÍVEL criar uma teoria baseada apenas em observações de UM caso, ou que não é possível GENERALIZAR a partir de um caso único. Contudo, as teorias neuropsicológicas jamais seriam construídas apenas com base num caso – têm de integrar observações de VÁRIAS fontes, tanto de pacientes NORMAIS como de pacientes lesionados. Quanto à
generalização, é preciso compreender para que é que queremos generalizar: é PLAUSÍVEL generalizar de um caso único para um ASPETO compreendido por um
modelo de cognição normal, mas NÃO FAZ SENTIDO generalizar de um caso único para outro.

Question 27

Apresente um exemplo de como os estudos de caso único podem enriquecer modelos cognitivos?

Answer 27

Um exemplo de como os estudos de caso único podem ENRIQUECER modelos cognitivos é o estudo de Marshall e Newcomb (1973), em participantes com
ALEXIA (uma perturbação específica de leitura). Os casos estudados por estes investigadores possuíam perturbações adquiridas de leitura (as suas outras
capacidades encontravam-se PRESERVADAS).

Paciente - Leitura de Palavras - Leitura de pseudopal.
Caso X - 35% - 75%
Caso Y - 87% - 25%

No caso X, podemos encontrar uma dissociação simples. Adicionando-lhe o caso Y, ficamos perante uma dissociação dupla: um paciente com dificuldade na leitura de pseudopalavras mas não de palavras, e vice-versa. Esta DUPLA dissociação sugere a existência de vias distintas para a leitura de palavras e pseudopalavras, permitindo generalizar para o modelo de DPULA VIA DE LEITURA (isto é possível SEM
haver conhecimento sobre lesões cerebrais nestes pacientes – os processos cognitivos e desempenhos comportamentais são SUFICIENTES).

Este exemplo mostra a VANTAGEM dos estudos de caso em comparação aos estudos de GRUPO, visto que os estudos de grupo se baseariam nas MÉDIAS dos desempenhos dos pacientes X e Y, caracterizando erradamente a perturbação da alexia.

Question 28

Quais são as implicações do estudo de lesões na prática clínica?

Answer 28

• Os estudos de lesões mostram-se como uma ponte ÚNICA entre a investigação básica e a neuropsicologia aplicada. Apesar de o foco dos estudos em pacientes lesionados ser, geralmente, a ciência, os resultados
  destes estudos podem também traduzir-se em MELHORIAS no cuidado de pacientes.
• Estes estudos pretendem RELACIONAR as LESÕES cerebrais com défices COMPORTAMENTAIS, logo, a manipulação de atividade cerebral pode ser usada
  para testar PREDIÇÕES causais nas relações entre cérebros e comportamentos. Isto informa psicólogos e psiquiatras sobre défices cognitivos associados a doenças neurológicas, guiando o PROGÓSTICO, o
  DIAGNÓSTICO, e o TRATAMENTO. As informações retiradas destes estudos ajudam também a IDENTIFICAR locais para potenciais intervenções neurocirúrgicas ou manipulações não-invasivas, bem como a compreender que ESTRATÉGIAS de reabilitação cognitiva seriam eficazes no tratamento.

Question 29

De que modo podemos utilizar técnicas de correlação no estudo da neuropsicologia cognitiva?

Answer 29

Os métodos de correlação NÃO permitem estabelecer causalidade (=”correlação não é causalidade”, logo, por muito tecnologicamente avançadas que sejam as
técnicas, nunca nos permitirão inferir causalidade). Estas técnicas medem respostas metabólicas ou fisiológicas, avaliando INDIRETAMENTE o funcionamento cerebral (e só depois a cognição).

Por exemplo, imaginando um estudo com indivíduos com uma perturbação de linguagem (afasia), onde se verifica que TODOS têm olhos azuis, é IMPOSSÍVEL concluir que as pessoas com olhos azuis terão maiores perturbações linguísticas após lesões cerebrais – a associação entre estes dois eventos é um artefato de
um 3º fator: um ERRO de amostragem (falta de cuidado com randomização).

Question 30

Quais são as técnicas de correlação no estudo da NC?

Answer 30

• Eletrofisiologia
• M/EEG (e ERPs)
• MRI e fMRI
• PET

Estas técnicas diferem entre si na resolução espacial e temporal, e, por consequência, respondem a questões
diferentes sobre a relação cérebro-cognição.

Question 31

De que modo se colocam os elétrodos para realizar um EEG?

Answer 31

Os elétrodos são colocados na cabeça dos indivíduos tendo em conta um sistema específico – 10 POR 20 – em que há pontos ESPECÍFICOS de posicionamento, identificados por uma LETRA respetiva ao LOBO cerebral associado, e um NÚMERO que diz respeito ao HEMISFÉRIO associado. Para um sinal elétrico ser detectável no couro cabeludo, é necessário:
(1) uma população INTEIRA de neurónios estar ativa em simultâneo para gerar um campo elétrico grande o SUFICIENTE,
e (2) essa população de neurónios deve estar alinhada em PARALELO, de modo a que se SOMEM em vez de se
CANCELAREM (os neurónios estão organizados desta maneira no córtex cerebral, no entanto, o mesmo não pode ser dito sobre todas as regiões do cérebro. E.g., a orientação de neurónios no tálamo torna a atividade
INVISÍVEL para este método de registo.).

Question 32

Como se obtém uma medida de EEG?

Answer 32

Para obter uma medida de EEG, é necessário COMPARAR a voltagem entre duas ou mais localizações. Geralmente, escolhe-se um local de referência (baseline) que seja POUCO influenciado pela variável sob investigação. Um ponto de referência é o osso MASTOIDE atrás das orelhas ou uma referência NASAL; outra alternativa é fazer a MÉDIA de todos os elétrodos.

Question 33

Como se obtém medidas com maior precisão através do EEG?

Answer 33

Para uma maior precisão do ERP, é necessário fazer MUITOS ensaios de EEG (50-100 ensaios), visto que o signal-to-noise ratio do EEG é BAIXO (i.e., muita da atividade neural que se vê em ondas de EEG pode estar relacionada a atividade espontânea em OUTROS neurónios NÃO relacionados com a tarefa principal), podendo ser aumentado através da MÉDIA de
VÁRIOS sinais ligados a várias apresentações de um mesmo estímulo.

Question 34

Que categorias podem, tradicionalmente, os componentes (picos do sinal elétrico) de um ERP pertencer?

Answer 34

1. ERP exógeno – dependente das propriedades FÍSICAS dos estímulos (e.g., modalidade sensorial, tamanho, intensidade,…)
   (e.g., P1 – primeiro potencial positivo)
   (nota: o eixo y de um gráfico ERP é invertido)
2. ERP endógeno – dependente das propriedades da TAREFA (e.g., o que é pedido ao participante que faça)(e.g., P300 – potencial positivo ao 300ms, estímulo raro numa sequência repetitiva)

APESAR de esta classificação ser útil, deve ser considerada como uma DIMENSÃO em vez de como uma distinção categórica. Por exemplo, existem certos componentes para os quais a distinção exógeno-endógeno NÃO é clara, dependendo da nossa
interpretação (exemplo: “resposta N170 (ou N1)” – potencial negativo aos 170ms (ou primeiro potencial negativo), ligado à percepção de faces / à leitura - índice eletrofisiológico de processamento cognitivo especializado.).

Question 35

O que é a magnetoencefalografia (MEG)?

Answer 35

Consiste na gravação de sinais magnéticos gerados pelo cérebro.
A cada corrente ELÉTRICA está associado um campo MAGNÉTICO de dimensão pequena em comparação ao campo magnético da Terra, sendo precisa tecnologia DE PONTA para poder estudar estes campos magnéticos. Ou seja, os custos e questões técnicas da MEG são muito mais DIFÍCEIS de sustentar do que os do EEG, mas a MEG tem uma RESOLUÇÃO ESPACIAL MUITO MELHOR do que o EEG.

Question 36

De que modo o EEG/ERP e o MEG se comparam?
(atenção: nenhum destes métodos mede atividade neural, mas sim os campos magnéticos/elétricos que gera)

Answer 36

• Ambos têm resolução temporal ótima (ms).
• O EEG é muito sensível ao ruído (do crânio, meninges, etc.), enquanto o MEG é muito resistente.
• O EEG detecta atividade de dipolos profundos (par de cargas elétricas positiva e negativa), enquanto o MEG tem uma pobre detecção.
• O MEG tem uma boa resolução espacial (2-3 mm) enquanto a do EEG é péssima.
• O EEG é barato e disponível, enquanto o MEG é caro e de disponibilidade limitada.

Question 37

De que dois tipos podem ser as técnicas de imagiologia?

Answer 37

• Imagiologia estrutural – baseia-se no facto que diferentes tipos de tecido (e.g., crânio, massa cinzenta, massa branca, fluido cerebrospinal,…) têm propriedades físicas diferentes. Estas propriedades diferentes podem ser usadas para construir mapas ESTÁTICOS/permanentes da ESTRUTURA física do
  cérebro/da configuração ESPACIAL dos diferentes tipos de tecido no cérebro (métodos mais comuns: CT (computed tomography, MRI).
• Imagiologia funcional – baseia-se no pressuposto que a atividade neural produz mudanças FISIOLÓGICAS LOCAIS nessa região do cérebro. Isto pode ser usado para construir mapas DINÂMICOS da atividade temporária do cérebro quando envolvido em tarefas cognitivas. (método mais comum: fMRI, medição indireta da atividade cerebral através da HEMODINÂMICA).

Question 38

Que métodos de imagiologia estrutural existem?

Answer 38

• TAC/CT – tomografia (axial) computorizada
• MRI – ressonância magnética
• DTI – imagiologia de tensor de difusão

Question 39

O que é uma TAC/CT)?

Answer 39

• TAC/CT – tomografia (axial) computorizada: scans de CT são construídos de acordo com a quantidade de ABSORÇÃO RAIO-X (os pacientes são expostos a uma PEQUENA quantidade de radiação) em diferentes tipos de TECIDO (relacionada com a sua DENSIDADE). Estes scans são tipicamente usados em ambientes CLÍNICOS, por exemplo, para DIAGNOSTICAR tumores ou
  identificar hemorragias ou outras anomalias cerebrais.

Question 40

O que é uma MRI?

Answer 40

• MRI – ressonância magnética: este método de scanning (mesma lógica que o CT) é MAIS vantajoso do que o CT porque: (1) NÃO usa radiação, sendo mais seguro, podendo por isso ser administrado MÚLTIPLAS vezes (2) tem MELHOR RESOLUÇÃO ESPACIAL, o que permite distinguir DOBRAS de giros individuais (3) oferece MELHOR discriminação ENTRE massa branca e cinzenta, permitindo o diagnóstico MAIS PRECOCE de certas patologias, e permitindo explorar COMO é que a VARIAÇÃO NORMAL da estrutura cerebral está ligada a diferenças na capacidade cognitiva (4) pode ser adaptado para detectar as MUDANÇAS NA OXIGENAÇÃO DO SANGUE associadas à ATIVIDADE NEURAL, caso em que se chama MRI funcional (fMRI).

Question 41

O que é uma DTI (imagiologia de tensor de difusão)?

Answer 41

• DTI – imagiologia de tensor de difusão: mede a CONECTIVIDADE (NÃO a quantidade) da substância branca ENTRE regiões. Isto é possível através da avaliação do ponto até ao qual a difusão de moléculas em axónios ocorre NUMAS DIREÇÕES MAIS DO QUE NOUTRAS, através do MRI, numa medida de tratografia chamada ANSIOTROPIA FUNCIONAL, que estima a ESPESSURA e DIREÇÃO das FIBRAS do trato axional e sua MIELINAÇÃO. Em conjunto com estudos de lesões cerebrais, a DTI permite entender o PAPEL das ligações SUBCORTICAIS no sistema cognitivo.

Question 42

Quais são os métodos de imagiologia funcional?

Answer 42

• PET - positron emission tomography
• fMRI - ressonância magnética funcional

Question 43

O que é uma PET?

Answer 43

A PET (positron emission tomography) consiste construção de uma imagem ESPACIAL das alterações na corrente sanguínea, com base num TRACER (isótopo de carbono) RADIOATIVO injetado nesta, que depois estabiliza e EMITE POSITRÕES, que, após colisão com ELETRÕES, formam FOTÕES DETECTÁVEIS.
Contudo, a resolução espacial deste método é RAZÓAVEL (10mm), pois sabe-se que os positrões viajam 2-3mm antes de colidirem. Para além disto, são precisos 30s para que o tracer entre no cérebro e outros 30 para que a radiação chegue ao seu nível máximo, ou seja, a resolução temporal deste método também NÃO é a melhor (é de 30s, e os eventos cognitivos geralmente demoram 1s), o que faz com que seja um método MENOS utilizado.

Question 44

O que é uma fMRI?

Answer 44

A ressonância magnética funcional usa o equipamento da MRI estrutural (scanner), portanto NÃO usa radiação. O componente do sinal da ressonância magnética que é utilizado na fMRI é sensível à quantidade de DEOXIHEMOGLOBINA presente no sangue (e às alterações no campo MAGNÉTICO que causa – mais alterações implica mais concentração).
Esta técnica foi depois chamada de BOLD (bloodoxygen-level-dependent contrast), e à evolução deste sinal ao longo do TEMPO como resposta ao aumento da atividade NEURAL chama-se RESPOSTA DE FUNÇÃO HEMODINÂMICA.

A resolução ESPACIAL do fMRI é perto de 1mm, portanto é BOA. Contudo, a sua resolução TEMPORAL não é muito boa (segundos), devido à LENTIDÃO da resposta fisiológica (hemodinâmica) em comparação à velocidade em que ocorrem eventos cognitivos.

Question 45

Em que consiste a resposta de função hemodinâmica?

Answer 45

Ocorre na seguinte ordem:
1. PEQUENO AUMENTO na quantidade de deoxihemoglobina enquanto os neurónios CONSOMEM OXIGÉNIO – diminuição do sinal BOLD.
2. Em resposta ao consumo aumentado de oxigénio, o fluxo para a região AUMENTA. O AUMENTO DO FLUXO É MAIOR DO QUE O COSUMO, então o sinal BOLD AUMENTA significativamente.
3. Finalmente, o fluxo sanguíneo e o oxigénio DIMINUEM antes de voltar aos seus níveis originais, havendo um aumento temporário da deoxihemoglobina – o sinal BOLD volta a diminuir DRASTICAMENTE.

Question 46

Que ideias importantes sobre os métodos funcionais de imagiologia é importante reter?

Answer 46

• Estes métodos NÃO MEDEM ATIVIDADE CEREBRAL NEM COGNITIVA, mas sim as CONSEQUÊNCIAS da atividade neural (i.e., mudanças no fluxo sanguíneo/oxigenação para suprir necessidades metabólicas).
• O cérebro está SEMPRE fisiologicamente ativo (os neurónios morreriam se não estivessem a receber sangue e a usar oxigénio, constantemente). Esta
  ideia é importante para o uso funcional de marcadores fisiológicos na medição de “atividade” neural – quando os investigadores se referem a uma região estar “ativa”, o que querem dizer é que a resposta fisiológica
  nessa região para uma determinada tarefa é MAIOR RELATIVAMENTE a uma ou mais condições de controlo (baseline) corretamente emparelhada(s) com a
  condição experimental.
• O facto de existir maior atividade relativa numa certa região NÃO quer dizer que essa região é ESSENCIAL para a tarefa-alvo, havendo VÁRIAS EXPLICAÇÕES possíveis para a ativação de uma região que não é “necessária”.
  para uma tarefa.

Question 47

De que modo podemos comparar a PET com a fMRI?

Answer 47

• Enquanto a PET baseia-se no volume sanguíneo, a fMRI baseia-se na concentração de oxigénio no sangue.
• A PET depende do tracer radioatividade, enquanto a fmRI depende dos níveis de deoxihemoglobina.
• A resolução temporal da PET é 30s, enquanto a fMRI é de 1 a 4s.
• A resolução espacial da PET é 10mm e a da fMRI é 1mm.
• A PET é sensível a todo o cérebro, a fMRI tem dificuldade no scanning de algumas regiões (como os sinos).

Question 48

Que tipos de análise podemos fazer no fMRI?

Answer 48

No fMRI, podem ser feitos dois tipos de análise: a WHOLE-BRAIN ANALYSIS, em que é avaliado o padrão de ativação do sinal BOLD do cérebro (COMPARANDO com baseline), e (nem sempre) de ROIs (regions of interest), que podem ser definidas com base em MARCOS ANATÓMICOS (e.g., giro frontal inferior), áreas de Broadmann (e.g., BA 22), mas também em REGIÕES FUNCIONAIS.

Question 49

Que exemplo podemos dar na análise do fMRI?

Answer 49

• Por exemplo, de modo a compreender qual a REGIÃO CEREBRAL envolvida na LEITURA DE PALAVRAS, fazem-se duas tarefas – uma em que os participantes
  são expostos a palavras e outra em que os participantes são expostos a pseudopalavras – ambas estas tarefas envolvem processamento VISUAL e
  estímulos semelhantes, mas APENAS uma envolve processamento SEMÂNTICO. As conclusões são tiradas através da SUBTRAÇÃO da condição baseline (pseudopalavras) à tarefa experimental (palavras).
• No método de REGIÕES FUNCIONAIS, torna-se
  importante o uso de um sistema de COORDENADAS
  (Talaraich) para facilitar a identificação de regiões
  cerebrais. O eixo do X é responsável por indicar se a
  região se encontra no HD (valores POSITIVOS) ou no
  HE (valores NEGATIVOS), o do Y é responsável por
  definir se a região é ANTERIOR (valores positivos) ou
  POSTERIOR (valores negativos), e o do Z indica se a
  região é SUPERIOR/dorsal (valores positivos) ou
  INFERIOR/ventral (valores negativos).

Por exemplo, dadas as coordenadas -43, -54, -12, que
assumem a ordem intuitiva x, y, z, podemos perceber que estamos a falar de uma região MEDIAL POSTERIOR ESQUERDA.

Question 50

Que técnicas de manipulação existem?

Answer 50

Os métodos de manipulação incluem técnicas de perturbação que alteram a atividade cerebral (simulando uma lesão) de forma reversível (e temporária).
Estas técnicas pretendem estabelecer uma relação causal entre o cérebro e comportamento, estudando como é que as alterações na atividade neural afetam
a cognição. Fornecem informação específica temporal sobre o funcionamento das Técnicas de Manipulação das regiões manipuladas a nível intraparticipante (comparando, no mesmo participante, a condição experimental a uma baseline sem lesão).

Alguns exemplos destas técnicas são:
- Farmacologia
- Microestimulação
- TMS (estimulação magnética transcraniana)
- tDCS (estimulação de corrente direta transcraniana)

Question 51

De que modo podemos aplicar a farmacologia no estudo de NC?

Answer 51

Certas toxinas são ABSORVIDAS por sistemas neurotransmissores seletivos (e.g., dopamina ou serotonina) e, uma vez dentro da célula, criam reações químicas que os MATAM. Um exemplo desta técnica é o teste WADA (injeção de AMITAL SÓDICO – efeito anestésico), frequentemente aplicado a CANDIDATOS a neurocirurgias (e.g., casos de epilepsia refratária), para compreender o ENVOLVIMENTO de regiões cerebrais em FUNÇÕES cognitivas ou PREVER possíveis lesões causadas pela cirurgia.

Num estudo de Hickok et al. (2008), 20 participantes tinham de realizar uma tarefa onde OUVIAM uma palavra e tinham de apontar para a figura que
correspondia num cartão que continha a mesma, um distrator FONÉTICO, um distrator SEMÂNTICO e uma imagem NÃO RELACIONADO. Verificou-se que, enquanto na condição baseline (sem anestesia) não se cometiam erros, após o teste de WADA, eram cometidos erros nas condições HE e HD (apesar de mais na HE) – sugerindo que o RECONHECIMENTO de palavras faladas a nível fonético é BILATERAL (um hemisfério ASSUME A FUNÇÃO DO OUTRO quando este está anestesiado).

Question 52

De que modo se utiliza a microestimulação no estudo da NC?

Answer 52

Esta técnica consiste numa estimulação DIRETA, de elétrodos PROFUNDOS, direcionada a uma PEQUENA população de neurónios que tende a ser utilizada em animais ou pacientes, por servir não só objetivos de INVESTIGAÇÃO mas também CLÍNICOS - procura-se MAPEAR funções cognitivas a regiões cerebrais para inferir POTENCIAIS DANOS aquando de neurocirurgias.

Por exemplo: no estudo de Penfield, antes de destruírem as células nervosas de pacientes epilépticos, usou-se a microestimulação (enquanto estavam conscientes) para fazer um MAPEAMENTO FUNCIONAL com base em dados de 400 pacientes. Isto
originou um mapa generalizado do córtex sensório-motor nas regiões frontais (conhecido como o HOMÚNCULO).

Question 53

Como a utilização da TMS pode ajudar no estudo da NC?

Answer 53

A TMS funciona através do princípio da INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – uma mudança na corrente elétrica numa bobina, colocada no local onde a estimulação é desejada (=stimulating coil), gera um campo magnético. Este campo magnético INDUZ UMA CORRENTE ELÉTRICA SECUNDÁRIA (“pulso”/”descarga”, com variações de frequência, duração e intensidade) nos neurónios imediatamente abaixo do local de
estimulação, GERANDO POTENCIAIS DE AÇÃO.

O efeito da TMS é TEMPORÁRIO (milissegundos) e REVERSÍVEL – se os neurónios ativos pela TMS estiverem ENVOLVIDOS numa certa função cognitiva, a sua estimulação artificial (não-invasiva) irá PERTURBAR essa tarefa. A esta perturbação costuma-se chamar “LESÃO VIRTUAL”, mas pode também ser vista numa lógica de INTERFERÊNCIA: os neurónios estão a ser ativos tanto a partir de uma fonte INTERNA (as exigências da tarefa cognitiva) como de uma fonte EXTERNA (a TMS), e a ativação via TMS perturba a ativação interna (isto se a região em análise for
crítica para a tarefa).

Assim, esta técnica permite não só perceber a INTEGRAÇÃO FUNCIONAL de uma região cerebral ou de um componente cognitivo numa rede neurocognitiva maior, mas também saber o CURSO TEMPORAL de envolvimento dessa região.

Question 54

Que exemplo podemos dar do uso da TMS no estudo da NC?

Answer 54

Em 2010, Beauchamp e colaboradores aplicaram estimulação magnética transcraniana ao sulco temporal superior (STS) para investigar a perceção de um EFEITO McGurk (quando o movimento dos lábios de um falante NÃO corresponde ao que ele diz) por parte dos participantes, em comparação a uma condição baseline SEM TMS e a uma condição de TMS NOUTRA ÁREA.

Resultados: QUANDO HAVIA TMS no STS, os participantes reportavam MUITO MENOS o efeito McGurk em comparação às outras condições (estabelecimento de uma RELAÇÃO CAUSAL entre o STS e perceção do efeito McGurk). Para além disso, foi possível compreender o CURSO TEMPORAL de envolvimento do STS nesta tarefa através da administração da TMS em MOMENTOS DIFERENTES da apresentação do estímulo: o STS está envolvido numa fase PRECOCE de processamento.
Isto mostra a importância da condição baseline
(para poder fazer comparações de desempenho, e perceber QUANDO é que a TMS está efetivamente a perturbar).

Question 55

Que controlos experimentais possíveis podem também ajudar a uma melhor compreensão dos efeitos da TMS?

Answer 55

1. A MESMA região estimulada em janelas temporais DIFERENTES.
2. Estimulação de OUTRA região de controlo, por exemplo, o VÉRTEX (ponto mais alto do crânio em plano midsagital, escolhido por NÃO ter nenhuma região cortical imediatamente abaixo).
3. OUTRA tarefa na MESMA CONDIÇÃO DE ESTIMULAÇÃO (a mesma região pode ser estimulada nos mesmos intervalos temporais, mas com alteração nalgum aspeto da tarefa cognitiva – e.g., as instruções)
4. Apresentação de estímulos DIFERENTES na MESMA condição de estimulação.
5. Sham TMS (CONTINUA a haver o efeito de COMICHÃO e RUÍDO associado à aplicação do pulso TMS, mas na realidade NÃO HÁ ESTIMULAÇÃO no cérebro).

Question 56

De que modo podemos utilizar a tDCS no estudo da NC?

Answer 56

Esta técnica consiste na manipulação de ATIVAÇÃO cerebral numa CERTA REGIÃO CRÍTICA através de uma corrente elétrica DIRETA TRANSCRANIANA (muito fraca).
Esta corrente envolve o fluxo de carga elétrica de um local NEGATIVO (ânodo) para um local positivo (cátodo). Em casos de estimulação ANODAL (que tende a MELHORAR a performance em tarefas cognitivas que envolvam a região de interesse), o ânodo consiste num elétrodo ativo colocado sobre a REIGÃO-ALVO, enquanto o cátodo fica colocado numa região CONTRALATERAL ou NÃO-ENCEFÁLICA (a avaliação do desempenho em tarefas cognitivas é feito depois de um certo período de estimulação, e.g., 10 min, e é comparado a condições de controlo).
Os efeitos pós-estimulação DEPENDEM:
1. da POLARIDADE da estimulação (anodal vs. catodal), 2. DURAÇÃO e INTENSIDADE (duram MINUTOS, bem mais que os da TMS, logo, tem pior resolução temporal que a TMS (e ESPACIAL TAMBÉM)).

Question 57

As técnicas de manipulação podem substituir técnicas de terminação?

Answer 57

Pensa-se que os métodos temporários de manipulação recapitulam o que acontece depois de lesões crónicas, estabelecendo relações causais entre comportamento e cérebro. CONTUDO, na prática, estes métodos
têm efeitos fundamentalmente DIFERENTES
na função cerebral – numa lesão (real) CRÓNICA, existe TEMPO para que o sistema cognitivo se REORGANIZE (certas áreas cerebrais COMPENSAM o défice, permitindo bom desempenho na tarefa cognitiva). A
lesão “virtual” reversível NÃO DÁ TEMPO para esta reorganização, replicando as mudanças comportamentais que ocorrem na FASE AGUDA da lesão.

Portanto, os métodos de terminação revelam os contributos de lesões em regiões cerebrais que NÃO se recuperam por reorganização e plasticidade, enquanto
os métodos de manipulação REVELAM as funções NECESSÁRIAS de uma região no momento da perturbação (em desequilíbrio). As informações extraídas dos dois métodos (em relação à necessidade de uma certa área para um certo comportamento) são COMPLEMENTARES, e, por isso, INSUBSTITUÍVEL.

Question 58

Qual o contributo dos estudos de lesão na triangulação?

Answer 58

Os estudos de lesão (que estabelecem uma relação causal entre uma região cerebral e um componente cognitivo) são MUITO VALIOSOS na com
outras técnicas, pois permitem:
(1) descobrir a LOCALIZAÇÃO de ROIs (e definir coordenadas) em estudos funcionais ou de manipulação (para saber ONDE administrar estimulação),
(2) COMPARAR o desempenho de pacientes lesionados com populações saudáveis, SIMULANDO um modelo do funcionamento cognitivo SAUDÁVEL
(3) compreender a DIFERENÇA entre alterações TEMPORÁRIAS e lesões CRÓNICAS (convergência entre métodos de lesão e de manipulação).

Question 59

Os estudos de lesão têm os dias contados? Quais são afinal as suas vantagens principais?

Answer 59

• Os estudos de lesão NÃO têm os dias contados pois estabelecem uma relação CAUSAL entre cérebro e cognição, mesmo em períodos crónicos em que se veem em ação vias ALTERNATIVOS de processamento.
• São um EXCELENTE teste a teorias de funcionamento cognitivo SAUDÁVEL, porque havendo SUBTRATIVIDADE (entre o comportamento em pacientes lesionados e saudáveis), devem ser capazes de EXPLICAR E PREVER os padrões de comportamentos DEFICITÁRIOS.
• Além disso, produzem fenómenos de grande impacto CONTRAINTUITIVO (e.g., poderíamos pensar que, se a orientação é tratada independentemente de outros atributos dos objetos, então seria uma dimensão una - no entanto estudos têm mostrado que esta envolve múltiplos componentes, dado que pacientes podem ter agnosia para estímulos visuais espelhados, i.e.,
  incapacidade de discriminar o objeto das suas imagens em espelho, MAS conseguir fazê-lo quando a imagem está noutras orientações visuoespaciais)
• Podem ser COMBINADAS com neurociência cognitiva.