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O Histórico caso de Phineas Gage Os estudos da personalidade foram marcados por acidente tão famoso quanto inigmático. Phineas Gage era um jovem supervisor de construção de ferroviária da Rutland e Burland Railroad, em Vermont, EUA. Em 1848 de setembro, enquanto preparava uma carga de pólvora para explodir uma pedra, deixou uma barra de aço próxima do local. Com a explosão, a barra de 2 cm de diâmetro e mais de um metro de comprimento atravessou-lhe o crânio a alta velocidade. A barra entrou pela bochecha esquerda, destruiu o olho, atravessou a parte frontal do cérebro, e saiu pelo topo do crânio, do outro lado. Gage perdeu a consciência

imediatamente e começou a ter convulsões. No entanto, ele recuperou a consciência momentos depois, e foi levado ao médico local, Jonh Harlow. Incrivelmente, ele começou a falar normalmente sem qualquer alteração da consciência ou de exposição de ideias. A hemorregia foi controlada pouco tempo depois e bastaram alguns meses para que as diversas infecções fossem eliminadas. Phineas recuperou fisicamente e teve alta. Porém, pouco tempo depois Phineas começou a ter mudanças surpreendentes de personalidade e de humor. Tornou-se extravagante e anti-social, praguejador e mentiroso, com péssimas maneiras, e já não conseguia manter um emprego por muito tempo ou planear o futuro coerentemente. «Gage já não era Gage1». Ele morreu em 1861, treze anos depois do acidente, sem dinheiro, epiléptico e sem ser autópsiado. O médico que o atendeu, John Harlow, entrevistou alguns amigos e parentes, e escreveu dois artigos sobre o histórial médico de Gage1,2. Phineas Gage tornou-se um caso clássico nos livros de ensino de neurologia. A parte do cérebro que nele tinham sido danificada, os lobos frontais, passou a ser associada às funções mentais e emocionais que se verificou terem ficado alteradas. Harlow acreditava que, «o equilíbrio entre as faculdades intelectuais e as propensões animais parecem ter sido destruídas2». O crânio dele foi recuperado e preservado no Warren Medical Museum da Universidade de Harvard. Mais recentemente, dois neurobiologistas portugueses, Hanna e António 1 .Harlow JM. «Passage of an iron rod through the head.» Boston Med Surg J. 1848;39:389–393. 2 .Harlow JM. «Recovery from the passage of an iron bar through the head» Publ Mass Med Soc. 1868;2:327–347

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Damasio da Universidade de Iowa, utilizaram computação gráfica e técnicas de tomografia cerebral para calcular a provável trajectória da barra de aço pelo cérebro de Gage, e publicaram os resultados, em 1994. Eles descobriram que a maior parte do dano deve ter sido feito à região ventromedial dos lobos frontais em ambos os lados3. A parte dos lobos frontais responsável pela fala e funções motoras foi aparentemente poupada. Assim, eles concluíram que as mudanças de comportamento social observado em Phineas Gage provavelmente foram devidos a esta lesão, tendo a equipa observado o mesmo tipo de mudança em outros pacientes com lesões semelhantes, causando déficits característicos nos processos de decisão racional e de controle da emoção.

"Gage foi o início histórico dos estudos das bases biológicas do comportamento"3, disse António Damasio.

Breve introdução à Neurofisiologia Para o entendimento integral deste trabalho é relevante estudar na íntegra e com alguma profundidade alguns assuntos relacionados com o mecanismo celular do sistema nervoso e respectiva estrutura. O sistema nervoso tem a capacidade de receber, transmitir, elaborar e armazenar informações. Recebe informações sobre mudanças que ocorrem no meio externo, isto é, relaciona o indivíduo com seu ambiente e inicia e regula as respostas adequadas. Não somente é afectado pelo meio externo, mas também pelo meio interno, isto é, tudo que ocorre nas diversas regiões do corpo.As mudanças no meio externo são apreciadas de forma consciente, enquanto as mudanças no meio interno não tendem a ser percebidas conscientemente. Quando ocorrem mudanças no meio, e estas afectam o sistema nervoso, são chamadas 3 Damasio H., Grabowski T,. Frank R., Galaburda AM., Damasio AR. (1994). "The return of Phineas Gage: clues

about the brain from the skull of a famous patient.". Science 264 (5162): 1102-5

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de estímulos. O sistema nervoso, conjuntamente com o endócrino, desempenha a maioria das funções da regulação do organismo. O sistema endócrino regula principalmente as funções metabólicas do organismo. Com a denominação de sistema nervoso compreendemos aquele conjunto de órgãos que transmitem a todo o organismo os impulsos necessários aos movimentos e às diversas funções, e recebem do próprio organismo e do mundo externo as sensações. No sistema nervoso distingue-se uma parte nervosa central, formada pelo eixo cérebro-espinhal, da qual partem os estímulos e à qual chegam as sensações, e uma parte nervosa periférica, formada pelos nervos, os quais servem para "conduzir" a corrente nervosa. Os nervos transportam à periferia os estímulos e dela recebem as diversas sensações que, com percurso inverso, são conduzidas ao sistema nervoso central. O sistema nervoso central é a parte nobre do nosso organismo: por presunção é a sede da inteligência, o lugar onde se formam as idéias e o lugar do qual partem as ordens para a execução dos movimentos, para a regulação de todas as funções; é o anteparo ao qual chegam as impressões da visão, da audição, do tacto, do olfato, do paladar. No sistema nervoso central fica, em suma, o comando de todo o organismo, seja entendido no sentido físico, seja no sentido psíquico. Toda a lesão que ocorra em uma qualquer parte do sistema nervoso central é quase sempre permanente e não pode ser reparada. As células do sistema nervoso têm carácter "definitivo", não se regeneram quando são destruídas, como acontece, por exemplo, com os outros tecidos, como a pele, os músculos, etc. Estudos recentes afirmam [porém] que talvez seja possível a regeneração de algumas células nervosas4. (Este estudo publicado à exactamente um ano atrás envolve uma complexa área da engenharia de tecidos na qual conhecendo as propriedades de regeneração do tecido nervoso dos peixes teleósteos pode ser possível a regeneração de tecido nervoso humano.) Neurónio – a estrutura

A peça elementar do tecido nervoso é conhecida por neurónio. Esta celula tem a seguinte estrutura: compreende um corpo celular que contém um núcleo, retículo endoplasmático muito abundante (corpos de Nissl), mitocôndrias, aparelho de Golgi e neurofibrilas; apresenta uma ou mais ramificações de filamentos citoplasmáticos

4 Zupanc GK, Zupanc MM. (2006 Mar) «New neurons for the injured brain: mechanisms of neuronal regeneration in

adult teleost fish.» Regen Med.;1(2):207-16.

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finos, chamados dendrites, que conduzem os impulsos até ao corpo celular e um prolongamento, o axónio, que pode ser muito longo e apresentar ramificações na sua parte distal ou, ao longo da sua extensão, formando ramificações colaterais. Em alguns casos, os axónios podem estar rodeados por uma substância esbranquiçada, de natureza lipídica, a mielina, recoberta por uma película de citopiasma contendo núcleos, designada por bainha de Schwann. A bainha de mielina é descontínua, dando origem à formação de nódulos de Ranvier. A função desta bainha de mielina é a de aumentar a impedância electrica entre o neurónio e o meio de modo a que o sinal electrico se propague mais rapidamente através do axónio.

Dependendo do sentido em que se propaga o sinal eléctrico existem três tipos de neurónios:

a) neurónios de conexão ou interneurónios - os que conduzem impulsos entre os dois tipos de neurónios seguintes:

b) neurónios motores ou eferentes - os que transmitem impulsos do sistema nervoso central para o exterior;

c) neurónios sensoriais ou aferentes - os que transmitem impulsos do exterior para o sistema nervoso central;

Segundo o número de dendrites os neurónios podem dividir-se em:

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-Neurónio mono ou unipolar: Um só axónio, nenhuma dendrite. Presente nos órgãos dos sentidos. Os receptores sensoriais ocupam o lugar das dendrites. -Neurónio bipolar: Um axónio, uma dendrite. Presente também nos órgãos dos sentidos. -Neurónio pseudomonopolar: Dendrite e axónio se fundem-se perto do corpo neuronal. -Neurónio multipolar: Várias dendrites, um axónio. Predomina no sistema nervoso central. Neurónio – a transmissão sináptica Existe sempre entre o interior (citoplasma) e o exterior de um neurónio, uma diferença de potencial causada por uma distribuição desigual de iões nos dois lados da membrana e da permeabilidade da membrana a esses iões. Com efeito, a concentração de Na+ é maior fora da célula enquanto que a concentração de K+ é maior no interior da célula . Sendo a membrana da célula permeável, a activação do neurónio provoca perda de potássio e a introdução de sódio na célula provoca o activamento da bomba sódio-potássio que mantém a concentração destes iões constante dentro e fora da célula. A diferença de potencial de um neurónio inactivo é então negativa — considerando o interior da célula em relação ao exterior ― e varia muito pouco. Quando a membrana de uma célula excitável é despolarizada a célula dá origem a um processo conhecido por potencial de acção que é relevante estudar-se. Um potencial de ação é uma alteração rápida na polaridade da membrana, de negativa para positiva e de volta para negativa. Este ciclo completo dura poucos milisegundos. Cada ciclo — e, portanto, cada potencial de acção, possui uma fase ascendente, uma fase descendente e, ainda, uma curva de voltagem inferior à do potencial de repouso de membrana. Em fibras musculares cardíacas especializadas, como por exemplo as do marcapasso cardíaco, existe uma fase de

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diferença de potencial constante que pode preceder a fase descendente. Os potenciais de ação podem ser medidos por meio de técnicas de registro de eletrofisiologia e, mais recentemente, por meio de neurochips que contêm EOSFETs (transístores de efeito de campo de semicondutor eletrólito-óxido). O potencial de acção não é um fenómeno localizado percorrendo longas distâncias no axônio, por exemplo para transmitir sinais da medula espinhal para os músculos do pé. Em grandes animais, como as girafas e baleias, a distância percorrida pode ser de vários metros. Tanto a velocidade quanto a complexidade do potencial de ação variam entre diferentes tipos de células. Entretanto, a amplitude das alterações de voltagem tende a ser rigorosamente a mesma. Dentro da mesma célula, potenciais de acção consecutivos são tipicamente indistinguíveis. Os neurônios transmitem informação gerando sequências de potenciais de acção, chamadas “spike trains”. Variando a frequência ou o intervalo de tempo dos disparos de potencial de acção gerados, os neurónios podem modular a informação transmitida. Esta propriedade de que os neurónios propagam sinais discretos de um só valor de energia e por picos de potencial foi estudada por McCulloch e Pitts em 1943 e baptizada por lei do «tudo-ou-nada»:

"A lei do tudo-ou-nada da actividade nervosa é suficiente para assegurar que a actividade de um neurónio pode ser denotada por uma proposição. As relações fisiológicas que existem entre actividades nervosas correspondem, então, às relações entre proposições, isto é, uma rede de conexões entre proposições simples pode originar proposições complexas." 5

Neste artigo é concebido um neurónio artificial -o neurónio de McCulloch e Pitts- considerado uma abstracção de um neurónio biológico. Através de um complexo programa de simulação é criada uma rede neuronal artificial. No entanto, a base lógica é a mesma: para um dado neurónio de McCulloch e Pitts seja m o número de «inputs» que chegam às suas «denditres». Estes sinais são então x1, x2, ... xm e w1, w2, ... wm o valor desses sinais. O «output» será então:

5 McCulloch, W. and Pitts, W. (1943). «A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity.» Bulletin of

Mathematical Biophysics, 7:115 - 133.

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Onde φ é a função de transferência. O resultado central do artigo de 1943 foi muito importante, tendo-se chegado à conclusão que toda a expressão lógica pode ser processada e executada por uma rede de neurónios, os de McCulloch e Pitts. Assim este resultado vai ser importante relativamente à época em que se insere, a admirável conclusão foi que os elementos simples quando conectados em rede possuíam um poder computacional muito grande. Através dos trabalhos que estes dois cientistas instaurou-se na comunidade científica a ideia de que o cérebro é observado como um processador que executa operações lógicas e simbólicas, equivalente a um computador digital. Mas o impacto não se fez sentir na neurociência mas sim na computação. Células Neuróglicas No tecido nervoso há, além das células neuronais, as células neuróglicas. Este tipo de célula cumpre a função de sustentar, proteger, isolar e nutrir os neurónios. Distinguem-se, entre elas, os astrócitos, oligodendrocitos, microglia etc. Têm formas estreladas e prolongações que envolvem as diferentes estruturas do tecido. Nervo – a estrutura macroscópica Os grupos de feixes de fibras nervosas (axônios) constituem a estrutura macroscópica chamada nervo. Os nervos são formados por: -Feixes de fibras nervosas com bainhas de células neuróglicas que as recobrem. -Tecido envolvente conectivo. -Vasos sanguíneos finos (vasa vasorum). Os nervos conduzem impulsos de ou para o Sistema Nervoso Central. Dependendo do sentido de condução podem dividir-se em: -Nervos motores: predominantemente eferentes.Conduzem os estímulos do sistema nervoso central à periferia onde alcançam os músculos. -Nervos sensitivos: predominantemente aferentes. Transmitem os estímulos da periferia até o sistema nervoso central. -Nervos mistos: têm uma componente motora e outra sensitiva. De certa forma dever-se-ia considerar como mistos todos os nervos periféricos. Já que nos motores também encontramos vias aferentes provenientes dos ossos musculares, e nos sensitivos observam-se também fibras nervosas eferentes para as glândulas da pele e os músculos eretores dos pelos.

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A palavra nervo em geral é usada para falar do sistema nervoso periférico, no sistema nervoso central as fibras formam feixes segundo a função exacta que desempenham. Aqui ao grupo de feixes de fibras de igual função dá-se o nome de fascículo. Os fascículos têm nomes compostos. A primeira parte do nome indica onde começa o impulso e a segunda onde termina. Por exemplo: corticospinal-corteza-medula. Gânglios Conjunto de corpos neuronais que se encontram no curso dos nervos. Em alguma parte de sua trajetória as fibras pré-ganglionares chegam a um gânglio e realizam sinapses com as suas células. Matéria branca e matéria cinzenta Num corte dos órgãos que integram o sistema nervoso, tais como encéfalo ou espinal-medula, observam-se zonas mais claras e mais escuras bem definidas correspondentes à materia branca e matéria cinzenta, respectivamente. A matéria cinzenta é formada pelos corpos neuronais. A matéria branca é formada, na sua maior parte, por vias de condução. Aqui se agrupam vias aferentes, eferentes, vias de comunicação dos centros entre si. A cor branca deve-se predominância das bainhas de mielina (essencialmente lipídicas). Divisão funcional do sistema nervoso: O sistema nervoso pode dividir-se funcionalmente em: -Sistema nervoso central, da vida de relacionamento ou somático: rege as funções de relação com o meio externo. -Sistema nervoso autónomo ou vegetativo: ocupa-se do aspecto interior, a regulação, a coordenação dos órgãos. É autónomo, já que estes processos não dependem da vontade do homem. Divisão anatómica do sistema nervoso: De acordo com a sua localização, o sistema nervoso somático divide-se em: -Sistema nervoso central: consta do encéfalo e da espinal-medula (cérebro espinal), estes são os principais centros onde se relaciona e integra a informação nervosa. Encontram-se suspensos em líquido cefalorraquidiano e estão protegidos por estruturas ósseas, o crânio e a coluna vertebral. -Sistema nervoso periférico: composto pelos nervos que conduzem informação para o sistema nervoso central (aferentes) e deste (eferentes) e pelos gânglios associados. O ser humano tem 12 pares de nervos craniais, que partem do encéfalo; 31 pares de nervos

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raquidianos, que partem da medula. Todo o eixo encefalo-espinal encontra-se envolto e definido por tecido conectivo fibroso dando lugar às meninges: dura-máter, pia-máter e aracnóides. A dura-máter é grossa e resistente e, nas aracnóides, circula o líquido cefalorraquiano e encontram-se vasos sanguineos Sistema nervoso autónomo: Corresponde à porção do sistema nervoso que se ocupa da inervação das estruturas involuntárias, tais como o músculo cardíaco, músculo liso, glândulas etc. Regula as funções respiratórias, circulatórias, secreções etc. Compõe-se de centros ao nível do talo encefálico, da medula e dos gânglios; dispondo-se na sua maioria aos costados da coluna vertebral. Segundo a origem e a função das fibras nervosas, divide-se em: Sistema nervoso simpático: origina-se na medula torácica e na lombar. Um pouco fora dos corpos vertebrais está situada uma cadeia de gânglios conectados por fibras. As cadeias (são duas, uma de cada lado da coluna) se chamam cadeias simpáticas e seus gânglios são conhecidos como paravertebrais. Prepara o organismo para uma emergência, para luta ou para fuga. Exemplo:Uma batida de porta repentina que ocorre no meio da noite produz uma grande quantidade de impulsos simpáticos eferentes. As pupilas se dilatam, a pele fica arrepiada, o coração bate mais rapidamente, os vasos sangüíneos periféricos contraem-se elevando a pressão arterial. Distribui-se o sangue de maneira que se dirija ao coração, o cérebro e o músculo esquelético. Aumentam as respirações, isto é, o corpo inteiro está em alerta. Ao mesmo tempo, as funções corporais que não são de ajuda são suprimidas. A digestão se retarda, a musculatura da parede vesical fica comparativamente relaxada e as funções dos órgãos sexuais são inibidas. Sistema nervoso parassimpático: os corpos do primeiro neurônio se encontram em duas zonas bem separadas, uma é o talo encefálico e a porção sacra da medula espinal. Os gânglios parassimpáticos se encontram afastados da coluna vertebral e perto dos órgãos efetores. Intervém nos processos de recuperação, se encarrega de restituir a energia, reduz freqüências cardíacas e se relaciona principalmente com as atividades funcionais que ocorrem quando tudo está tranquilo e silencioso. O nervo mais importante se chama

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pneumogástrico e sai da zona cefálica.

Anatomia da Cognição Para entrar nos assuntos relacionados com interpretações imagiográficas e determinação de áreas cognitivas resta-nos considerar alguns aspectos e terminologias referentes à estrutura do cérebro. Note-se deste já e, pelo que foi dito anteriormente, que o encéfalo é uma porção do sistema nervoso. Com efeito, quando nos referimos ao encéfalo estamos a falar do tecido neuronal dentro da caixa craneana.

O cérebro é constituído por cerca de 100 bilhões de células nervosas que ocupam grande parte da caixa craneana e pesa cerca de 1,3 kilogramas. Entre o cérebro e a caixa craneana encontram-se três tipos de estruturas chamadas meninges e que se dividem em:

− Dura–máter: a camada mais externa, é espessa, dura e fibrosa, e protege o tecido nervoso do ponto de vista mecânico.

− A aracnoideia: a camada intermédia, é mais fina, sendo responsável pela produção do líquido cefalorraquidiano.

− A pia-máter: a camada mais interna, é muito fina e é a única membrana vascularizada, sendo responsável pela barreira sangue-cérebro.

Ao espaço entre a membrana aracnoideia e a pia-máter dá-se o nome de espaço subacnoideu. Este é constituído por um fluído limpo, o fluído cefalorraquidiano, e por um conjunto de pequenas artérias que fornecem sangue à superfície exterior do cérebro. Podem-se distinguir várias zonas principais no encéfalo: - O bolbo raquidiano é o ponto de passagem dos nervos que ligam a medula ao cérebro. - O cerebelo é uma zona dorsal e desempenha um papel importante na manutenção do equilíbrio e na coordenação da actividade motora. Esta região recebe ordens do cérebro sobre os músculos e “ajusta-as” para uma melhor actuação motora. - O encéfalo médio ou mesencéfalo; - O tálamo é a zona onde chegam a maior parte das fibras sensitivas e aqui as informações sensoriais são retransmitidas para as respectivas áreas do córtex cerebral.

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- O hipotálamo desempenha um papel fundamental na regulação da temperatura do corpo, da fome, da sede, do comportamento sexual, na circulação sanguínea e no funcionamento do sistema endócrino (regulação hormonal).

- O sistema límbico é constituído por: hipocampo, septo, amígdala e o bolbo olfactivo. Ele é responsável por emoções, motivação e comportamento agressivo. − O cérebro é o centro da maioria das

actividades conscientes e inteligentes e é composto pelos hemisférios cerebrais direito e esquerdo, unidos pelo corpo caloso. O hemisfério esquerdo é responsável pela linguagem verbal, pelo pensamento lógico e pelo cálculo. O hemisfério direito controla a

percepção das relações espaciais (distâncias entre objectos), a formação de imagens e o pensamento lógico, entre outros. Em geral as funções motoras e sensitivas são “cruzadas”, ou seja, a metade direita do cérebro controla a metade esquerda do corpo e vice-versa.

Existem em cada hemisfério quatro lobos:

- Lobo temporal- cuja zona superior recebe e processa informação auditiva. As áreas associativas deste lobo estão envolvidas no reconhecimento, identificação e nomeação dos objectos. - Lobo frontal- é o córtex motor primário, associado ao movimento de mãos e da face. As funções associativas deste lobo estão relacionadas com o planeamento. - Lobo parietal- é o córtex somato-sensorial primário, recebe informação através do tálamo sobre o toque e a pressão. A nível associativo este

lobo é responsável pela reacção a estímulos complexos. - Lobo occipital- recebe e processa informação visual. As suas áreas associativas estão relacionadas com a interpretação do mundo visual e do transporte da experiência visual

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para a fala. O oxigénio e os nutrientes, necessários para o funcionamento normal das células do cérebro, chega-lhes através do sangue que circula em vasos sanguíneos (artérias). O cérebro recebe sangue por dois pares de artérias: Artérias carótidas, que se formam a partir das artérias do pescoço. Estas dividem-se em: artéria carótida externa, que fornece sangue à face e ao couro cabeludo; artéria carótida interna, que fornece sangue à parte da frente do cérebro e do globo ocular. Artérias vertebrais, que se formam a partir das artérias do peito. Estas dividem-se e fornecem sangue à parte de posterior do cérebro, ao cerebelo e ao bolbo raquidiano.

O papel da Ressonância Magnética Nuclear funcional (fMRI) no estudo da cognição A técnica de Ressonância Magnética Nuclear (MRI) foi descoberta por Felix Bloch e Edward Purcell, logo após a Segunda Guerra Mundial. Esta descoberta valeu-lhes o prémio Nobel da Física em 1952. Porém, os desenvolvimentos que levaram à aplicação deste fenómeno à geração de imagens tomográficas só aconteceram na década de 1970. Recentemente, os principais responsáveis por esses desenvolvimentos, Paul Lauterbur e Peter Mansfield, foram também laureados com o prémio Nobel, desta vez em Medicina e Fisiologia. O fundamento teórico é simples: quando uma dada substância (neste caso, tecido vivo) é colocada sob a ação de um intenso campo magnético, ela adquire uma ligeira magnetização, resultante do alinhamento dos seus spins

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nucleares com a direcção desse campo. No caso do hidrogénio (com um só protão) há apenas duas possibilidades de orientação: paralela e anti-paralela. Na condição de equilíbrio térmico, ocorre uma pequena predominância de estados paralelos ao campo magnético externo, de forma a que essa magnetização fraca seja estabelecida. Se um impulso de radiofrequência (RF) fôr lançado sobre a amostra verifica-se a

deslocação dos spins nucleares da direcção em que se encontravam predominantemente orientados, levando-os a um estado de energia excitado. Esse impulso de RF é composto por ondas eletromagnéticas semelhantes àquelas emitidas por uma emissora de radio, sendo, portanto, totalmente inofensivo. Tendo sido excitados por esse impulso de RF, os spins nucleares tendem a voltar à sua condição inicial, de energia mais baixa, mas, ao fazerem-no, emitem fotões. Esses fotões são então detectados e permitem a reconstrução da imagem anatómica. Mas com uma técnica deste tipo a dificulade consiste em, querendo observar alterações funcionais do cérebro com algum tipo de

estímulo externo (visual, auditivo, etc...), não o podermos fazer já que a MRI nos dá informações anatómicas. Ou seja, a condição fundamental para a aquisição dos dados é a não-movimentação das estruturas. O problema é resolvido com o conhecimento das alterações hemodinâmicas no sangue fornecido ao cérebro. A técnica conhecida como fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging) baseia-se no efeito de BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent effect). O uso da técnica BOLD é tão difundido atualmente que sempre que se fala em fMRI, considera-se, implicitamente, que o método seja esse, a não ser que um outro seja especificado. Embora os mecanismos que conectam ativação neuronal e a fisiologia cerebral sejam ainda objeto de intensa pesquisa, é bem sabido que activação neuronal leva a um aumento no consumo de ATP (adenosina trifosfato), o se traduz num aumento do consumo de glicose e oxigénio. Para eliminar a necessidade destes substratos básicos, ocorre uma elevação do nível de perfusão local, ou seja, um aumento localizado de actividade neuronal leva a um aumento local do fluxo de

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sangue. Essas alterações fisiológicas associadas à actividade cerebral acabam por ser fundamentais para a fMRI com o conhecimento das propriedades magnéticas da hemoglobina (Hb), componente do sangue responsável pelo transporte e difusão de oxigênio a nível celular. O que ocorre é que, ao atravessar a rede de vasos capilares, a oxihemoglobina (hemoglobina com oxigénio) liberta O2, transformando-se em desoxihemoglobina (dHb), cujas propriedades paramagnéticas actuam no sentido de reforçar localmente os efeitos do campo magnético externo. Portanto, naquelas regiões do cérebro em que se dá momentaneamente uma aCtividade neuronal mais elevada, a passagem de hemoglobina do estado HbO2 para dHb é também mais pronunciada, levando a um súbito aumento da concentração local de dHb. Para eliminar a falta momentânea de O2, ocorre um aumento do volume e do fluxo sanguíneo locais, o que leva a uma posterior diminuição da concentração da dHb em relação ao nível basal. Essas alterações na concentração de dHb funcionam como um agente de contraste endógeno, permitindo a geração de imagens funcionais. Embora esta teoria tenha sido aceite e praticada por quase uma década, apenas recentemente a correlação entre o efeito BOLD e a actividade neuronal foi demonstrada experimente usando simultâneamente Electroencefalografia e fMRI para estudar o córtex visual do macaco quando submetido a estímulos visuais6. Contudo, detalhes do mecanismo gerador do efeito BOLD continuam ainda a serem alvo de intensa investigação7. A por se tratar de uma técnica incipiente, a fMRI tem sido aplicada a uma grande variedade de estudos funcionais, que vão desde experiências tão simples como a aposição ritmada do polegar contra o indicador, até investigações neuropsicológicas envolvendo reacções emocionais e julgamentos morais8, passando por estudos ligados a funções cognitivas como linguagem9 e memória10. Entremos agora pormenor numa experiência simples e exemplificativa de estudos deste tipo realizada por Mark S. Cohen e Susan Y. Bookheimer11.

6 Logothetis, N.K., Pauls J, Augath M, et al. "Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal".

Nature 412, 150-157 2001. 7 Attwell, D. and Iadecola, C. "The neural basis of functional brain imaging signals". Trends in Neurosciences 25,

621-625 2002. 8 Moll, J., Oliveira-Souza, R., Bramati, I.E., Grafman, J. "Functional networks in emotional moral and nonmoral

social judgments". Neuroimage 16, 696-703 2002 9 Bookheimer, S. "Functional MRI of language: new approaches to understanding the cortical organization of

semantic processing". Annual Review of Neuroscience 25, 151-188 2002 10 Haist, F., Gore, J.B., Mao, H. "Consolidation of human memory over decades revealed by functional magnetic

resonance imaging". Nature Neuroscience 4, 1139-1145 2001 11 Functional Magnetic Resonance Imaging experiments

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O sangue está numa percentagem muito baixa na matéria cinzenta (cerca de 6%) e ainda menos na matéria branca. Por conseguinte as mudanças hemodinâmicas ocuridas durante a excitação em fMRI são extremamente pequenas de 2 a 5% com campos magnéticos moderados (1,5 Tesla) até 15% com campos fortíssimos de 4 Tesla.

No entanto, estudando o ruído do sinal em profundidade e eliminando com as devidas atenções é possivel detectar as alterações supracitadas! A sequência de imagens de fMRI abaixo mostra o resultado de se expôr um indivíduo de olhos abertos a olhar para um flash à frequência de 8 Hz. as imagens correspondem a alturas em que o flash estava ligado ou desligado. Como se observa há uma clara actividade do lobo ocipital quando a luz está ligada. Acima apresenta-se um gráfico da intensidade dos fotões detectados versus tempo. A possibilidade de se realizarem estudos dessa natureza, de forma não-invasiva e livre de riscos de material radioactivo, abre a perspectiva de serem criados novos padrões para se Mark S. Cohen, Ph.D. Susan Y. Bookheimer, Ph.D. UCLA Brain mapping center Los Angeles, CA 90095

Gráfico 1: Variação da intensidade detectada versus tempo e correspondentes sinais obtidos por fMRI

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avaliar pessoas com disfunções neuro-psiquiátricas e pacientes neurológicos, sobretudo aqueles passíveis a serem submetidos a intervenções cirúrgicas12. Além disso, pode-se estudar voluntários sãos para elucidar interessantes aspectos neurofisiológicos cerebrais, como diferentes tipos de memória, o processo de localização espacial e navegação, por exemplo13. De facto, um dos aspectos de fMRI mais voltados para aplicações clínicas, tem sido a avaliação de seu potencial em planeamento cirúrgico. Nestes casos, pacientes candidatos a neurocirurgia são submetidos a testes realizados através de fMRI, a fim de mapear as regiões cerebrais responsáveis por funções primárias sensório-motoras ou pela linguagem, memória ou outras funções, visando minimizar os riscos de déficits funcionais pós-operatórios. Classicamente, a localização dessas áreas é obtida através de referenciais anatómicos conhecidos, o que é facilitado pelo uso de técnicas de neuroimagem de alta resolução espacial, como a ressonância magnética. Entretanto, a presença de tumores, malformações artério-venosas (MAV) ou defeitos anatómicos pós-traumáticos, pode deformar a topografia cerebral, resultando em uma consequente dificuldade na localização dos limites anatómicos. Além disso, lesões ocorrendo precocemente no desenvolvimento do sistema nervoso central estão ligadas à reorganização funcional cortical por processos de plasticidade neuronal, podendo determinar uma modificação na localização de áreas funcionais. Para contornar esta limitação, o mapeamento de funções tem sido realizado por meio da estimulação eléctrica cortical directa, intra ou extraoperatória. Neurologistas, neurocirurgiões e neuropsicólogos avaliam a localização de regiões funcionais importantes por meio da aplicação de impulsos eléctricos focados, de baixa intensidade, na superfície do córtex. Observa-se, então, a reacção exibida pelo paciente em resposta ao estímulo específico a uma determinada região cerebral. Na realidade os pioneiros desta técnica foram Wilder Penfield e Herbert Jasper do Montreal Neurological Institute que nos anos 40 tiraram partido da exposição do cérebro durante neurocirurgias. O facto interessante é que estes prodecimentos foram realizados em pacientes com epilepsia e que permaneciam totalmente conscientes durante o procedimento! Ainda que a localização funcional pela estimulação directa seja precisa, esses métodos são altamente invasivos ou, quando realizados intraoperatoriamente, ficam limitados pelo tempo cirúrgico e, em alguns casos, pela necessidade de se superficializar a anestesia durante o procedimento. Outra limitação é que, algumas vezes, é necessário fazer estimulações do lado contralateral, o que exigiria uma segunda abertura craniana, inviabilizando o procedimento. Assim, o desenvolvimento de métodos não-invasivos é, portanto, bastante desejável. Essa linha de investigação tem procurado comparar os resultados obtidos através de fMRI com métodos tradicionais de mapeamento funcional, como por exemplo 12 Wishart, H.A., Saykin, A.J. e McAllister, T.W. "Functional Magnetic Resonance Imaging: Emerging Clinical

Applications". Current Psychiatry Reports 4, 338-345 2002. 13 Araújo, D.B., Salles, A., Tedeschi, W., et al. "Spatiotemporal Patterns of Human Navigation Investigated by MEG

and fMRI" In: Proceedings of the 13th International Conference on Biomagnetism, Jena. p.863 – 865. 2002

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eletroencefalograma (EEG), teste de injeção intra-carotídea de amital, estimulação cortical intraoperatória e outros. Embora seja evidente que cada patologia requeira um conjunto próprio de técnicas de diagnóstico, pode-se fazer uma idéia do impacto potencial do uso clínico de fMRI considerando, por exemplo, o caso específico da epilepsia. Para a maioria dos pacientes com epilepsia, o EEG é ainda a técnica mais adequada para se localizar o foco gerador de crises. Esse método consiste, essencialmente, em se registrar as linhas de evolução temporal de potenciais elétricos gerados pela atividade neuronal, que chegam à superfície do escalpe. Anomalias encontradas nos traçados de EEG servem para ajudar a identificar a natureza da patologia e a região mais provável de sua ocorrência. Contudo, para vários pacientes que necessitam de um tratamento cirúrgico para a epilepsia de difícil controle é necessário uma série de exames complementares a fim de se localizar, com a maior precisão possível, a chamada zona epileptogênica. Alguns destes exames de natureza ‘invasiva’ trazem riscos e desconforto para os pacientes (por exemplo, implantação de eléctrodos intracranianos). Por essa razão, torna-se evidente a necessidade de se buscarem técnicas alternativas e a fMRI é certamente uma das principais. Actualmente, existe um considerável repertório de estratégias em desenvolvimento que permitem avaliar os sistemas sensorial e motor, além de funções como linguagem e memória, em pacientes com epilepsias de difícil controlo medicamentoso e, consequentemente, candidatos a intervenção cirúrgica14. Essa é, hoje, uma das áreas mais promissoras da pesquisa visando aplicações clínicas de fMRI. Outras aplicações envolvem a investigação de processos de readaptação cortical secundária a lesões resultantes de patologias como esquizofrenia, doença de Alzheimer, esclerose múltipla, acidentes vasculares cerebrais, além de desordens neuro-psiquiátricas causadas por 14 Binder, J.R., Achten, E., Constable, R.T., et al. "Functional MRI in epilepsy". Epilepsia 43 (Suppl. 1), 51-63 2002

Ilustração 1: Mapeamento cortical com cérebro exposto

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traumatismos cerebrais12. Do ponto de vista da pesquisa básica e do desenvolvimento tecnológico, os últimos anos também têm sido marcados por importantes realizações nessa área. O trabalho citado acima6 sobre as bases neurofisiológicas de fMRI é um bom exemplo de como esses dois factores têm sido combinados para produzir resultados novos e fundamentais. E isso aponta para uma das direcções em que os métodos de fMRI estão a ser aprimorados: aumento de resolução espacial e temporal. A resolução espacial da fMRI, que, tipicamente, situa-se na faixa de 4-6 mm2 em uma imagem plana, é relativamente pobre se comparada às imagens anatómicas convencionais obtidas através de ressonância magnética. Isso ocorre principalmente porque, em experiências funcionais, há necessidade de se adquirir um número muito grande de imagens num curto período de tempo. Contudo, em trabalhos recentes, já se conseguiu que essa definição fosse reduzida para a escala submilimétrica de 0.25 mm2 em imagens geradas com seres humanos15 e para incríveis 0.015 mm2 em experiências realizadas com animais16, permitindo, nesse caso, a observação de pequenas estruturas intracorticais, como vasos sanguíneos minúsculos, que normalmente seriam observáveis apenas com o uso de microfotografias e injeção de contrastes. Para isso, porém, fez-se uso de um procedimento que está longe de poder ser considerado não-invasivo, com a implantação de bobinas de RF, responsáveis pela localização do sinal de fMRI, directamente no crânio dos animais estudados16. A respeito do esforço empregado neste sentido, é bem sabido que a resolução espacial em fMRI não pode aumentar indefinidamente, pelo menos aquela baseada em alterações hemodinâmicas, de que aqui se trata. Evidências de que o mecanismo regulador de fluxo sanguíneo local se dá dentro de um domínio submilimétrico17, próprio de colunas corticais, estabelece esse nível como limite intrínseco em termos de resolução espacial para qualquer método de neuroimagem baseado em hemodinâmica, incluindo obviamente a fMRI. A resolução temporal também é limitada por factores intrínsecos a essa metodologia. Isto porque as respostas hemodinâmicas evocadas por activação neuronal apresentam um período de latência que pode chegar a alguns segundos até que atinjam sua amplitude máxima. Contudo, Ogawa (um dos pioneiros em fMRI) e colaboradores demonstraram recentemente que é possível planear experiências criativas que permitam obter informações na escala de milisegundos17. Na esteira dos avanços científicos e tecnológicos mais recentes, o uso de técnicas multimodais surgiu como uma abordagem inovadora, permitindo ampliar as possibilidades de uso da fMRI, combinando-o com outros métodos dotados de capacidades 15 Duong, T.Q., Yacoub, E., Adriany, G., et al. "High-Resolution, Spin-Echo Bold, ad CBF fMRI at 4 and 7 T".

Magnetic Resonance in Medicine 48, 589-593 2002 16 Logothetis, N.K., Merkle, H., Augath, et al. "Ultra High-Resolution fMRI in Monkeys with Implanted RF Coils".

Neuron 35, 227-242 2002 17 Kim, S-G e Ogawa, S. "Insights into new techniques for high resolution functional MRI". Current Opinion in

Neurobiology 12, 607-615 2002

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complementares. O uso combinado de EEG e fMRI é um bom exemplo nesse sentido. As alterações de potenciais elétricos registrados pelo EEG, além de estarem diretamente associadas à actividade neuronal, podem ser medidas com precisão de milisegundos, ao passo que sua resolução espacial é bastante pobre. O fMRI, como vimos, é uma medida indirecta da actividade neuronal e sem grande resolução temporal, mas permite produzir mapas da actividade cerebral de boa resolução espacial. A aplicação simultânea dessas duas técnicas em uma única experiência tem sido vista como uma forma de superar suas limitações intrínsecas e de potencializar suas virtudes. Um estudo recente, realizado com o uso combinado de EEG e fMRI, permitiu obter, pela primeira vez, detalhes das respostas hemodinâmicas geradas através do efeito BOLD e associadas a alterações da actividade cerebral relacionadas com a epilepsia. Observou-se que tais respostas hemodinâmicas apresentam aspectos bastante diferentes do padrão habitual, observado em situações normais. É bem possível que essas respostas hemodinâmicas alteradas venham a constituir pistas fundamentais no esforço para se desvendar os mecanismos de base subjacentes a essas disfunções cerebrais. Resultados como esses, além de demais aspectos mencionados anteriormente, permitem vislumbrar um grande potencial para o estudo in vivo da dinâmica cerebral através do uso de fMRI, tanto em situações normais como patológicas, o que a torna desde já uma técnica indispensável para o avanço da Neurociência.

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A Electroencefalografia no estudo de estímulos visuais (trabalho adaptado18) O primeiro electroencefalograma foi obtido por Hans Berger em 1924. A gravação da actividade cerebral é obtida mediante a colocação de eléctrodos no escalpe munidos dum gel cuja finalidade é aproximar a impedância do eléctrodo à da pele. Cada eléctrodo é ligado a um input dum amplificador diferencial (um amplificador por cada par de eléctrodos) que amplifica a diferença de potencial entre eles .O sinal resultante é assim filtrado por um filtro passa-alto e um filtro passa-baixo tipicamente preparados para 0,5 Hz e 35-70 Hz, respectivamente .O filtro passa-alto filtra sinais electrogalvânicos lentos e o passa-baixo filtra sinais electromiográficos. O sinal filtrado é então disposto num monitor. A amplitude do EEG ronda os 100mV quando medido no escalpe e oscila entre 1 e 2 mV quando medido na superfície cerebral . As relações eléctrodo-amplificador são tipicamente obtidas em uma de três maneiras:

Derivação de referência comum : Um terminal de cada amplificador é ligado ao mesmo eléctrodo e todos os outros eléctrodos são medidos relativamente a este ponto singular. É usual utilizar um eléctrodo de referência algures ao longo da linha mediana do escalpe.

Derivação de referência média: Os outputs de todos os amplificadores são somados e é feita uma média. Este sinal é assim usado como referência comum para cada amplificador.

Derivação bipolar: Os eléctrodos são ligados em série a um igual número de amplificadores . Por exemplo, o Amplificador 1 mede a diferença de potencial entre os eléctrodos A e B enquanto que o Amplificador 2 mede a diferença entre os eléctrodos B e C e por aí adiante.

O EEG é uma mais valia no diagnóstico e análise de certas situações clínicas tais como:

Epilepsia e síncope Perturbações de sono Coma e morte cerebral

Existem quatro tipos principais de ondas sinusoidais rítmicas e contínuas do EEG

a referir: 18 «Electroencefalografia» realizado no IBEB com BIOPAC (no âmbido da disciplina de Biofísica Médica com o Prof.

Pedro Almeida) por Lisboa, F.B.; Bentes L.; Sousa M.; Amorim L.

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Delta - é o alcance em frequência até 4 Hz (20 a 200 µV de amplitude típica) e está muitas vezes associado a certas encefalopatias e lesões subjacentes .É visível numa experiência realizada a um indivíduo durante o sono.

Teta - é o alcance em frequência que vai dos 4 aos 8 Hz (de 5 a 100 µV de amplitude típica) e é referente à infância e adolescência. Esta frequência pode ser produzida por hiperventilação ou detectada em estados tais como transe, hipnose, sonhos profundos, sono leve e o momento imediatamente antes do despertar ou do adormecer.

Alfa(ou onda de Berger) - é o alcance em frequência dos 8 aos 12 Hz (de 5 a 10 µV de amplitude típica) . E próprio de um estado de alerta relaxado de consciência .Estes ritmos são melhor detectados quando o sujeito se encontra de olhos fechados.

O ritmo sensório-motor (SMR) é outro tipo de onda com frequência no intervalo de 12-16Hz e é característica da presença de um indivíduo de corpo estático.

Beta - é o alcance em frequência acima dos 12 Hz podendo ir até 30 Hz (2 a 20 µV de amplitude típica). Se as ondas Beta forem de pequena amplitude com múltiplas frequências a variar então estaremos na presença de um EEG dum indivíduo que no momento da experiência estaria com pensamento activo, ocupado, ansioso ou muito concentrado. Se as ondas Beta por outro lado forem rítmicas com certas frequências dominantes, então o EEG poderá estar associado a alguma patologia ou efeitos resultantes do consumo de drogas, normalmente benzodiazepinas.

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Gama - As ondas gama atingem frequências do intervalo de 26-100Hz . São próprias de grande actividade mental nomeadamente resolução de problemas, percepção e medo .

Qualquer outro tipo de ondas tais como ondas muito finas e pontiagudas ocorrem quando o sujeito tem epilepsia e outros tipos de transições ocorrem durante o sono. Com anestesias halogenadas e agentes intravenosos tais como o propofol, um padrão rápido de EEG (alfa ou lento beta) é observável acima da maior parte do escalpe. A experiência realizada com o equipamento existente no IBEB (Biopac Student Lab) foi a sequinte: Fez-se uma gravação de 30s estando o sujeito sentado, primeiro com os olhos fechados (0-10s), depois com os olhos abertos (10-20s) e novamente, com os olhos fechados (20-30s) após o ter avisado que deveria permanecer descontraído e evitar pestanejar. Obteve-se então o seguinte EEG:

valores de amplit

ude em

µV:

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Onda

rítmica Olhos fechados Olhos abertos Olhos fechados

Alfa 5.1597 1.6330 5.8522

Beta 1,9000 1.5743 2.1667

Delta 5.0132 7.8518 5.2182

Teta 2.2201 1.6514 2.2657

É fácil de constatar que houve lugar a variações da amplitude consoante os olhos estavam abertos ou fechados. O máximo de amplitude foi obtido para as ondas Delta tendo sido este valor de 9,8518 µV quando o sujeito passou do estado de olhos fechados para olhos abertos. O mínimo de amplitude foi obtido para as ondas Alfa também no regime de olhos abertos tendo sido esse valor de 1,2330 µV . Durante os intervalos de tempo em que o sujeito manteve os olhos fechados a amplitude

do sinal foi sempre inferior relativamente à que foi obtida durante o período de tempo em

que permaneceu de olhos abertos para as ondas delta tendo sucedido precisamente o

contrário nos três outros tipos de ondas.

Medição das frequencias correspondentes aos três ciclos:

Onda

Rítmica Ciclo1(Hz) Ciclo2(Hz) Ciclo3(Hz)

Média

Aritmética(Hz)

Alfa 12.9855 11.2299 8.5333 10,9162

Beta 20,0023 23.0577 27.1010 23,3870

Delta 2.6871 2.2164 2,7778 2,5604

Teta 5,3111 6.0556 7.6825 6,3497

Erros experimentais:

Onda Valor

esperado(Hz)

Valor

Obtido(Hz)

% de erro

Alfa 8 – 12 10,9162 9,1620

Beta 12 - 30 23,3870 11,3666

Delta 1 - 4 2.5604 2,4160

Teta 4 - 8 6,3497 5,8283

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As ondas alfa têm maior amplitude quando o sujeito se encontra de olhos fechados. Isto deve-se ao facto de que quando os olhos estão fechados o cérebro simula um estado de relaxação superior ao que existe quando os olhos estão abertos. Deste modo, como as ondas alfa são típicas dum estado relaxado, a sua emissão é facilmente detectada com o aumento da amplitude entre os dois estados. Essa diferença de amplitude é de 4 µV aproximadamente , quando o valor médio ronda os 2,5 µV de diferença. No que diz respeito às ondas beta, a variação da amplitude destas ondas é mínima. Só na frequência é que os valores variam consideravelmente. Os dados obtidos para as frequências do intervalo de tempo de olhos fechados e de olhos abertos mostram que a frequência das ondas beta aumentou em cada ciclo.Na passagem do ciclo de olhos fechados para o de olhos abertos, a frequência das ondas Beta aumentou provavelmente devido ao facto de que quando o sujeito abre os olhos fica mais “alerta”, mais atento e concentrado com o que se passa ao seu redor: Há um fluxo sináptico do estímulo visual que foi captado. Era portanto de esperar que esta frequência diminuísse de novo com o fechar de olhos, mas tal não aconteceu. As ondas delta possuem frequências baixas mas para além disto nada mais podemos concluir pois não testámos o que se passaria durante um sono profundo. As ondas de maior frequência são, portanto, as Beta pois sendo resultantes de estímulos sensoriais exigem uma maior velocidade de repetição/assimilação por parte do cérebro. As sinapses envolvidas na transmissão de dados provenientes dos cinco sentidos são rápidas. Por outro lado, as ondas delta estando intimamente relacionadas com a aprendizagem e com a imaginação exigem uma velocidade de processamento menor que permita ao cérebro uma melhor interiorização de ideias e/ou conceitos.

Alguns resultados de fMRI e EEG (combinados) em pacientes com epilepsia farmaco-resistente19

Relembremos que a epilepsia é uma alteração na actividade eléctrica do cérebro, temporária e reversível, que produz manifestações motoras, sensitivas, sensoriais, psíquicas ou neurovegetativas (disritmia cerebral paroxística).

19 «EEG-Triggered Functional MRI in Patients With Pharmacoresistant Epilepsy» Francois Lazeyras, Olaf Blanke, Steven Perrig, Ivan Zimine, Xavier Golay, Jacqueline Delavelle, MD,1 Christoph M. Michel, Nicolas de Tribolet, Jean-Guy Villemure, and Margitta Seeck

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A Epilepsia é uma doença neurológica crónica, podendo ser progressiva em muitos casos, principalmente no que se relaciona a alterações cognitivas, frequência e gravidade dos eventos críticos. É caracterizada por crises convulsivas recorrentes, afectando cerca de 1% da população mundial. Uma crise convulsiva é uma descarga eléctrica cerebral desorganizada que se propaga por todas as regiões do cérebro, levando a uma alteração de toda actividade cerebral. Pode manifestar-se como uma alteração comportamental, na qual o indivíduo pode ter problemas na expressão, movimentos exteriotipados de um membro, ou mesmo através de episódios nos quais o paciente parece ficar alheado da realidade. A(s) descarga(s) eléctrica(s) neuronal(ais) anómala(s) que gera(m) as convulsões pode(m) ser resultante de neurônios com actividade funcional alterada (doentes), resultantes de massas tumorais, cicatrizes cerebrais resultantes de processos infecciosos (meningites, encefalites),isquêmicos ou hemorrágicos (acidente vascular cerebral), ou até mesmo por doenças metabólicas (doenças do renais e hepáticas), anóxia cerebral (asfixia) e doenças genéticas. Muitas vezes, a origem das convulsões pode não ser estabelecida, neste caso a epilepsia é definida como criptogênica. Contudo o foco da epilepsia (quando existente) é normalmente localizado e é a partir dessa adjuvante que a EEG combinada com a fMRI é o melhor de dois mundos: por um lado a EEG permite-nos saber com bastante precisão o foco da epilepsia e por outro a MRI dá-nos uma imagem anatómica da zona em questão. Embora já tenha sido dito, relembramos que isto é de extrema importância nos casos em que a epilepsia é candidata a intervenção cirurgia. A técnica de EEG combinada com fMRI é normalmente utitilizada (e preferida face a técnicas como PET e SPECT) expecialmente quando o foco é extra-temporal.

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A experiência feita por François Lazeyras et all. consiste em realizar um EEG por meio de 16 eléctrodos de prata colados ao escalpe do paciente. Este dispositivo de 64-canais faz uma amostragem à frequência de 128Hz. è um tipo de EEG diferente e mais especializado que consiste no mapeamento da actividade cerebral e na sua reconstrução a três dimensões. Por isso é chamado de Vídeo-EEG. Depois de ser terem recolhido os dados durante a crise epiléptica são isseridos por meio intravenoso de 1 a 1,5 mg de Clonazepam uma substância que funciona como «analgésico» da crise. Deste modo é recolhida mais uma série de dados. Isto permite, por comparação, eliminar ruído e potenciais efeitos do próprio EEG na actividade neuronal. Ao mesmo tempo que a crise ocorre são recolhidas imagens de fMRI. No controle da experiência estão envolvidos dois monitores: um para recolher as imagens por Video-EEG e outro por fMRI sendo assim possível visualizar em tempo real os acontecimentos e os dados obtidos com as duas técnicas.

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A imagem acima refere-se a um paciente no qual foi detectada uma anomalia no lobo ocipital esquerdo na zona da calcarina. Embora a fonte da epilepsia esteja bem definida a cirurgia para remover o tecido morto seria bastante arriscada. Desde modo não foi efectuada qualquer cirurgia.

Nesta paciente (acima) de 41 anos o problema consiste num quisto (zona a negro) resultante de uma intervenção cirurgica realisada aos 11 anos para retirar um meningioma. A imagem anotómica per si (à direita) mostra a localização o quisto mas é a fMRI (à esquerda) que nos dá a informação da proveniência das crises: lobos occipital e temporal direitos. Nesta paciente foi realizada a intervenção cirurgica.

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Paciente de 14 anos com epilepsia multifocal. Neste caso foi realisada intervenção cirurgica já que os focos são bastante superficiais.

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O Papel da Tomografia por Emissão de Positrões (PET) nas Neurociencias e Neuropatologias A PET ou Tomografia de Emissão de Positrões é um exame imagiológico da medicina nuclear que utiliza radionuclideos que emitem um positrão aquando da sua desintegração, o qual é detectado para formar as imagens do exame. A PET é como outras técnicas da medicina nuclear um método de obter imagens que informam acerca do estado funcional dos orgãos e não tanto do seu estado morfológico como as técnicas da radiologia propriamente dita. Por este motivo ela é técnica mais indicada no estudo da cognição. A PET como qualquer método tomográfico pode gerar imagens em 3D ou imagens de "fatia" semelhantes à TAC. A imagem da PET é formada pela localização da emissão dos positrões pelos radionuclideos fixados nos orgãos do paciente. Contudo como o positrão é a partícula de anti-matéria do electrão, ele rapidamente se aniquila com um dos inúmeros electrões das moléculas do

paciente imediatamente adjacentes à emissão, não chegando a percorrer nenhuma distância significativa. É assim impossivel detectar os positrões directamente com o equipamento. Contudo a aniquilação positrão-electrão gera dois raios gama (cada um de 511KeV de energia, correspondente à massa de cada electrão aniquilado) com direcções opostas e cuja direcção e comprimento de onda são as variáveis necessárias e suficientes para saber a posição de onde foram emitidos. No exame PET detectores de raios gama (camera gama) são colocados em redor do paciente. Os

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cálculos são efectuados com um computador, e com a ajuda de algoritmos semelhantes aos da TAC, o computador reconstroi os locais de emissão de positrões a partir das energias e direcções de cada par de raios gama, gerando imagens tridimensionais (que normalmente são observadas pelo médico enquanto série de fotos de fatias do órgão, cada uma separada por 5mm da seguinte). Os PETs e TACs da mesma área são frequentemente lidos em simultâneo para correlacionar informações fisiológicas com alterações morfológicas. Os radionuclideos usados na PET são necessariamente diferentes dos usados nos restantes exames da medicina nuclear, já que para esta última é importante a emissão de fotões gama, enquanto a PET se baseia no decaimento daqueles núcleos que emitem positrões. - Flúor-18: marca a Fluorodeoxiglicose (FDG) radioactiva que é um análogo da Glicose. É usado para estudar o metabolismo dos orgãos e tecidos. Semi-vida de 2 horas. - Nitrogénio-13: é usado para marcar amónia radioactiva que é injectada no sangue para estudar a perfusão sanguinea de um orgão (detecção de isquémia e fibrose por exemplo). - Carbono-11 - Oxigénio-15: usado em estudos do cérebro. - Rubídio-82: é usado em estudos de perfusão cardiacos. PET Oncológico: É injectado FDG com Flúor-18 no sangue do paciente. O F18-FDG, um análogo da Glicose, é transportado para dentro das células pelo mesmo transportador na membrana celular do açúcar, contudo dentro da célula ele não é completamente metabolizado mas é transformado em uma forma que é conservada (fixada) no interior da célula. Assim ele pode ser utilizado para detectar células com alto consumo de glicose e que portanto contenham muitos transportadores membranares (hiperexpressão destes genes), como acontece nas células dos tumores de crescimento rápido, os quais são frequentemente malignos (cancro). É usado para distinguir (estadiar) massas benignas de malignas no Pulmão, Colon, Mama, linfoma e outras neoplasias, e na detecção de metásteses. Esta técnica constitui 90% dos PET feitos actualmente.

• PET do Cérebro: é usado Oxigénio-15. Usado para avaliar perfusão sanguinea e actividade (consumo de oxigénio) de diferentes regiões do cérebro. A F18-DOPA está em estudo enquanto análogo do precursor de neurotransmissor DOPA.

• PET cardiaco: FDG-F18 usado para detectar áreas isquémicas e fibrosadas, mas o seu beneficio-custo em comparação com a técnica de SPECT cintigrafia de Perfusão é duvidoso.

Também são usados PET em investigação em Farmacologia. O fármaco é marcado com radionuclideo de modo a estudar a sua absorção, fixação e eliminação. Alzheimer Recentemente descobriu-se que a PET pode ser usada para dignosticar a doença de Alzheimer mesmo antes dos primeiros sintomas. Um dignóstico feito deste modo mesmo que apenas 6 meses antecipado pode reduzir em 48% a medicação que mais tarde

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pudesse vir a ser considerada desnecessária. Obviamente um diagnóstico antecipado pode reduzir muito significativamente a a velocidade da progressão da doença20. A doença de Alzheimer ou mal de Alzheimer é uma doença degenerativa do cérebro caracterizada por uma perda das faculdades cognitivas superiores, manifestando-se inicialmente por alterações da memória episódica. Estes défices amnésicos agravam-se com a progressão da doença, e são posteriormente acompanhados por défices visuo-espaciais e de linguagem. O início da doença pode muitas vezes dar-se com simples alterações de personalidade, com ideação paranóide. A base histopatológica da doença foi descrita pela primeira vez pelo neuropatologista alemão Alois Alzheimer em 1906, que verificou a existência juntamente com placas senis (hoje identificadas como agregados de proteína beta-amilóide), de emaranhados neurofibrilares (hoje associados a mutação da proteína tau, no interior dos neurotúbulos). Estes dois achados patológicos, num doente com severas perturbações neurocognitivas, e na ausência de evidência de compromisso ou lesão intra-vascular, permitiram a Alois, Alzheimer caracterizar este quadro clínico como distinto de outras patologias orgânicas do cérebro, vindo Emil Kraepelin a dar o nome de Alzheimer à doença por ele estudada pela primeira vez, combinando os resultados histológicos com a descrição clínica. Assim sendo, aquilo que é feito para diagnosticar precocemente a doença de Alzheimer é o uso de Glicose radio-marcada com um isótopo normalmente a F18-FDG, a mesma molécula usada para diagnosticar o cancro. Desde modo é feita uma avalição do metabolismo cerebral, premitindo saber qual o grau de evolução da doença.

20 Dr. Michael E. Phelps, chair of the Department of Molecular Medical Pharmacology

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Acima mostra-se o resultado da PET feita a um individuo são (esquerda) e um paciente de Alzeimer. As zonas a vermelho, verde e azul correspondem respectivamente a: elevado metabolismo, metabolismo médio, baixo metabolismo.

A imagem abaixo mostra vários exames PET realizados em pacientes saudáveis com 20, 40, 60 e 80 anos de idade. Pouca é a variação metabólica nos diferentes cérebros. De seguida mostra-se o estudo feito à evolução da doença. As setas indicam zonas onde se começam a manisfestar os sinais da doença de Alzheimer( de notar que nas imagens da 2ª coluna a região onde se denota a primeira queda de metabolismo é precisamente a correspondente à zona da memória): Parkinson:

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Esta doença é caracterizada por uma desordem progressiva do movimento devido à disfunção dos neurônios secretores de dopamina nos gânglios da base, que controlam e ajustam a transmissão dos comandos conscientes vindos do córtex cerebral para os músculos do corpo humano. Não somente os

neurônios dopaminérgicos estão envolvidos, mas outras estruturas produtoras de serotonina, noradrenalina e acetilcolina estão envolvidos na gênese da doença; A Doença de Parkinson é dita idiopática, isto é, sem causa definida, mas outras formas de parkinsonismo, como os casos genéticos ou secundários a outras doenças ou exposição a substâncias, e mesmo os chamados parkinsonismos atípicos podem existir, acometendo pessoas de todas as idades e sexos, mas com prevalência maior em pessoas acima de 60 anos de idade. O parkinsonismo caracteriza-se pela disfunção ou morte dos neurônios produtores da dopamina no sistema nervoso central. O local mais importante, mas não primordial, já que outras estruturas como placas intestinais e bulbos olfatórios podem ser lesados antes mesmo da degeneração da substância negra de degeneração celular no parkinsonismo é a substância negra, pars compacta, presente na base do mesencéfalo. Entretanto, vários outros locais são acometidos durante o desenvolvimento da doença, mesmo fora do sistema nervoso central, dando ao Parkinsonismo um caráter complexo e multisistêmico. O neurotransmissor deficiente, entre outros, é a dopamina, produzido pela substância negra, pars compacta. Entretanto, outras estruturas além da substância negra podem estar acometidas (locus ceruleus, núcleo dorsal da rafe, núcleo pedúnculo-pontino), levando a anormalidades de outros neurotransmissores, como a serotonina, a acetilcolina e a noradrenalina. As zonas afectadas no Parkinsonismo têm funções de controlo motor extra-piramidal, ou seja, elas controlam os movimento inconscientes como por exemplo os dos músculos da face (da comunicação emocional inconsciente) ou os das pernas quando o individuo está de pé (não é necessário normalmente pensar conscientemente em quais músculos contrair e relaxar quando estamos de pé mas eles contraiem-se de qualquer forma). Além disso, esses neurónios modificam os comandos conscientes básicos vindos dos neurónios corticais motores de forma a executar os movimentos de forma suave e sem

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perder o equilibrio. Também é esse sistema extra-piramidal que impede que haja contracção e relaxamento continuo e alternado dos músculos agonistas e antagonistas aquando dos movimentos de precisão (segurar um objecto), calculando inconscientemente o equilibrio exacto necessário desses músculos para o objecto ficar fixado. A forma predominante de Síndrome de Parkinson é a Doença de Parkinson, idiopática e ligada ao envelhecimento. Contudo há outras formas de Parkinsonismo com outras etiologias mas a mesma manifestação clínica. Neste grupo incluem-se os Parkinsonismos secundários, com doença primária que lesa os núcleos basais, como encefalites (infecções virais, por exemplo); doença de Wilson (disturbio do acúmulo de Cobre em diversos órgãos incluindo o cérebro); uso de longo termo de determinados fármacos anti-psicóticos. É precisamente partindo do conhecimento de que a doença se revela pela diminuição de dopamina que o diagnóstico em PET pode ser realizado. O radio-fármaco utilizado é então a F18-DOPA. Esta molécula é utilizada na produção de dopamina. Em, seguida é feita uma avaliação da concentração deste neurotransmissor na zona onde ele deveria ser segregado, os glânglios da base.

A imagem acima mostra no doente de Parkinson uma redução em 70% da produção de Dopamina face àquela realizada no cérebro são.

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A Angiografia e o Prémio Nobel da Medicina Português A Angiografia ou Arterioangiografia é uma técnica de imagiografia médica na que se baseia na visualização dos tecidos irrigados por sague arterial através do contraste em raios-X. A imagem dos vasos sanguineos assim obtidos é chamada de Angiograma. Foi em 1927 que a técnica (foto ao lado) de Angiografia Cerebral desenvolvida pelo Professor António Egas Moniz teve inicio. Este brilhante médico e neurologista português foi galardoado em 1949 com o Prémio Nobel da Medicina ou Fisiologia pela descoberta da leucotomia pré-frontal no tratamento de certas psicoses, Egas Moniz foi proposto quatro vezes (1928, 1933, 1937 e 1944) para o Prémio Nobel, todas elas a propósito

da descoberta da angiografia cerebral, acumulando com a leucotomia pré-frontal em 1937 e 1944. Os seus trabalhos de Angiografia Cerebral permitiram então diagnosticar e conhecer em promenor todos os tipos de patologias venosas no cérebro: bolsas numa artéria (aneurismas), inflamação (arterite), uma configuração anormal (malformação arteriovenosa) ou a obstrução de um vaso sanguíneo (icto). Estas patologias são normalmente conhecidas por acidentes vasculares cerebrais(AVC). O princípio do procedimento é simples: Injecta-se

uma substância radioopaca, visível nas radiografias, numa das artérias que irrigam o cérebro. Numa primeira fase, a encefalografia arterial consistia em injectar na artéria carótida uma solução de iodeto de sódio a 25% com exposição simultânea do crânio aos raios X, permitindo a visualização em imagem radiográfica do sistema arterial do cérebro.

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Parte dos trabalhos experimentais, nomeadamente os ensaios em animais vivos (cães), foram feitos no Instituto Rocha Cabral. Hoje em dia a técnica teve poucas alterações mas sobre-tudo consiste na inserção de um catérter na artéria femural (existente na região pélvica). Este cartérter de pequiníssimas dimensões viaja através das artérias até à zona do cérebro onde se supõe existir um AVC. Ao mesmo tempo o procedimento pode ser monitorado com a obtenção de imagens raios-X. Aquando da chegada do cartérter às artérias cerebrais ele liberta a substância

radioopaca permitindo ter uma imagem radiográfica da irrigação sanguínea. Ao lado apresenta-se uma fotografia de um recente dispositivo de angiografia. Este dispositivo realiza a chamada Angiografia Rotacional. Em tudo parecida com a TAC (Tomografia Axial Computadorizada, abaixo descrita). Com efeito, dispositivos deste tipo permitem obter uma imagem de melhor resolução a três dimensões. Ao lado mostra-se também uma angiografia cerebral de um individuo saudável obtida com este dispositivo.

A Tomografia Computadorizada (CT) A Tomografia Computadorizada (TC), antigamente chamada Tomografia Axial Computadorizada (TAC), é um método complementar de diagnóstico por imagem, que consiste numa imagem que representa uma secção ou "fatia" do corpo. É obtida através do processamento por computador de informação recolhida após expor o corpo a uma sucessão de raios X.

A construção da primeira máquina de tomografia ocorreu em 1972 no "THORN EMI Central Research Laboratories", em Inglaterra, por Godfrey Newbold Hounsfield. A TC baseia-se nos mesmos princípios físicos da radiografia convencional, segundo os quais tecidos com diferente composição absorvem a radiação X de forma diferente. Ao serem atravessados por raios X, tecidos mais densos (como o fígado) ou com elementos mais pesados (como o cálcio), absorvem mais radiação que tecidos menos

densos (como o pulmão, que está cheio de ar).

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Assim, uma TC indica a quantidade de radiação absorvida por cada parte do corpo analisada (radiodensidade), e traduz essas variações numa escala de cinzentos, produzindo uma imagem. Cada pixel da imagem corresponde à média da absorção dos tecidos nessa zona, expresso em Unidades de Hounsfield (em homenagem ao criador da

primeira máquina de TC). Para obter uma TC, o paciente é colocado numa mesa que se desloca para o interior de um orifício de cerca de 70cm de diâmetro. À volta deste encontra-se uma ampola de raios X, num suporte circular designado gantry. Do lado oposto

à ampola encontra-se o detector responsável por captar a radiação e transmitir essa informação ao computador ao qual está conectado. Nas máquinas convencionais, durante o exame a “gantry” descreve uma volta completa (360º) em torno do paciente, com a ampola a emitir raios X que após atravessar o corpo do paciente são captados na outra extremidade pelo detector. Esses dados são então processados pelo computador, que analisa as variações de absorção ao longo da secção observada, e reconstrói esses dados sob a forma de uma imagem. A “mesa” avança então mais um pouco, repetindo-se o processo para obter uma nova imagem, alguns milímetros ou centímetros mais abaixo. Máquinas mais recentes, designadas “helicoidais”, descrevem uma hélice em torno do corpo do paciente, em vez de uma sucessão de círculos completo. Desta forma é obtida informação de uma forma contínua, permitindo, dentro de certos limites, reconstruir imagens de qualquer secção analisada, não se limitando portanto aos "círculos" obtidos com as máquinas convencionais. Permitem também a utilização de doses menores de radiação, além de serem muito mais rápidas. A principal vantagem da TC é que permite o estudo de "fatias" ou secções transversais do corpo humano vivo, ao contrário do que é dado pela radiologia convencional, que consiste na representação de todas as estruturas do corpo sobrepostas. É assim obtida uma imagem em que a percepção espacial é mais nítida. Outra vantagem consiste na maior distinção entre dois tecidos. A TC permite distinguir diferenças de densidade da ordem 0,5% entre tecidos, ao passo que na radiologia convencional este limiar situa-se nos 5%. Desta forma, é possível a detecção ou o estudo de anomalias que não seria possível senão através de métodos invasivos, sendo assim um exame complementar de diagnóstico de grande valor. Uma das principais desvantagens da TC está relacionada com o facto de utilizar radiação ionizante. Esta tem um efeito negativo sobre o corpo

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humano, sobretudo pela capacidade de induzir mutações genéticas, visível sobretudo em células que se estejam a multiplicar rapidamente. Embora o risco de se desenvolverem anomalias seja baixo, é desaconselhada a realização de TCs em grávidas e em crianças, devendo ser ponderado com cuidado os riscos e os benefícios. Uma outra da desvantagem da TC é o seu elevado preço, especialmente quando comparada com outros métodos como a radiografia convencional ou mesmo a ecografia.

Estimulação Magnética Transcraneana (TMS) A estimulação magnética transcraniana é uma técnica que se baseia numa lei física bem conhecida: a lei de Faraday:

a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um campo magnético, é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área envolvida do circuito, na unidade de tempo. Sendo E o campo eléctrico induzido, ds é um elemento infinitesimal do circuito e dΦB/dt é a variação do fluxo magnético. Uma maneira alternativa de se representar é na forma da diferença na função do campo magnético B: Esta expressão mostra claramente que é possível induzir uma corrente num fio condutor por meio de um campo magnético variável. O que acontecerá se em vez de um fio condutor estivermos na presença de um neurónio? O principio é precisamente o mesmo: pretende-se activar zonas do cérebro usando um campo magnético variável. Esta é então uma técnica não-invasiva cuja evolução é o presente e o futuro da Engenharia Biomédica aplicada às Neuroociências! A TMS pode ser usada em diversas patologias como a depressão e outros tipos de doenças psiquiátricas!

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A utilização da TMS iniciou-se em 198521 e tem sido um instrumento extremamente valioso para a elucidação de diversos aspectos da fisiologia do sistema motor humano. Os primeiros estimuladores magnéticos tinham, porém, a uma frequência de estimulação limitada pelo tempo de recarga dos condensadores e, dependendo da intensidade utilizada, não era possível alcançar frequências superiores a 0,5 Hz. Entretanto, os neurofisiologistas já sabiam há muito tempo que certos efeitos da estimulação cerebral só apareciam se a área em questão fosse estimulada repetitivamente, presumivelmente devido a fatores cumulativos, inibitórios ou excitatórios. Por este motivo, era imperativo o desenvolvimento dos aparelhos de estimulação magnética no sentido de que estímulos repetidos pudessem passar a ser aplicados. Várias questões de ordem técnica tiveram que ser solucionadas pelos engenheiros, como o superaquecimento das bobinas com a passagem frequente de grandes cargas eléctricas. Esse problema foi solucionado com sistemas de refrigeração a água ou a óleo. Dispomos, actualmente, de equipamentos capazes de realizar a estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS). Sabemos, hoje, que os efeitos da rTMS sobre as respostas motoras dependem da frequência e da intensidade da estimulação22. Impulsos a 1 Hz não levam a mudanças progressivas nas amplitudes dos potenciais de acção musculares compostos (PAMC) dos músculos intrínsecos da mão a intensidades de uma a duas vezes o limiar motor, embora, a intensidades mais baixas, em alguns indivíduos, ocorra uma tendência à flutuação cíclica da amplitude. Impulsos de 3 a 5 Hz levam a um aumento progressivo no tamanho dos PAMC e a uma diminuição da latência. Impulsos de 10 a 25 Hz, a intensidades até 1,3 vezes o limiar, também levam, em alguns sujeitos, a um aumento progressivo da amplitude, mas em outros, à medida que a intensidade é aumentada, um padrão alternante de amplitude aparece, de modo que um PAMC muito grande é seguido por uma resposta pequena ou até ausente. Esses efeitos cíclicos resultam de alterações na excitabilidade corticomotoneuronal produzidas por impulsos únicos, como se pode demonstrar com estudos dos efeitos de estímulos pareados23. Estes estímulos resultam em alterações da excitabilidade corticomotoneuronal com duração de até vários minutos. Foi demonstrado, por exemplo, que um estímulo de 20 Hz e a 1,5 vezes o limiar motor leva a respostas mais frequentes que impulsos únicos, aplicados a cada dez segundos por quatro minutos24. Não se sabe se este desvio do limiar é devido a alterações em nível cortical ou medular, mas ele tem evidentes implicações para a segurança do método. O efeito já foi previamente notado em experiências com primatas e foi sugerido que possa representar eficiência aumentada das sinapses corticais excitatórias, que se acredita estarem implicadas na aprendizagem motora.

21 Barker et al. 22 Pascual-Leone et al., 1992, 1993, 1994; Valls-Solé et al., 1992 23 Valls-Solé et al., 1992 24 Pascual-Leone et al., 1994

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Se a rTMS é aplicada ao ponto de estimulação óptima para um músculo da mão, por exemplo, as respostas também podem ser evocadas em outros grupos musculares, à medida que os estímulos são feitos. Assim, respostas como a flexão do braço e até mesmo do deltóide podem ser obtidas23. A ordem de recrutamento de músculos adicionais ao padrão de resposta é somatotópica, sugerindo uma difusão cortical dos estímulos. Os efeitos da rTMS também

podem ser influenciados pela existência de fadiga motora central25. Os efeitos da rTMS a frequencias variáveis de 0,1 a 6 Hz foram estudados em músculos durante o repouso e com diferentes tempos de exercício prévio; foi demonstrado um padrão de queda progressiva das amplitudes dos PAMC, durante a aplicação de estímulos, nos músculos que haviam sido activados voluntariamente antes da aplicação da rTMS. Esse padrão de queda reflete a fadiga das vias motoras centrais e foi demonstrado de maneira mais inequívoca com estímulos de rTMS aplicados a 0,3 Hz. Contudo para além destes estudos somatosensoriais o que de mais relevante tem sido feito com a TMS é asua aplicação nas doenças psiquiátricas. Com efeito, foi demonstrado que a rTMS do córtex frontal afeta o humor26. Em dez indivíduos normais, a rTMS da área pré-frontal esquerda levou a um estado de depressão, enquanto que a estimulação pré-frontal direita ou central pode provocar alguma euforia. Aparentemente, existe um paradoxo no qual a rTMS do córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo induz, em voluntários sadios, redução da felicidade e aumento da tristeza, o que é uma depressão do humor; entretanto, a estimulação da mesma área em pacientes com depressão melhora o humor. Claramente, uma explicação simplista em termos de excitação ou inibição cortical seria difícil de ser sustentada. Provavelmente desempenham um papel os efeitos neuromodulatórios de substâncias liberadas pela rTMS, já que os efeitos relatados perduram de minutos a semanas, segundo os trabalhos já publicados. Mas de que modo pode a TMS resolver problemas como a depressão? Teoricamente, a estimulação do córtex préfrontal poderia levar, transinapticamente, a uma activação de neurônios dopaminérgicos no mesencéfalo e de neurónios noradrenérgicos e serotonérgicos no tronco cerebral. Estudos em animais demonstraram efeitos da rTMS 25 Brasil-Neto et al., 1994 26 George et al., 1996; Pascual-Leone et al., 1996a

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sobre a neurotransmissão dopaminérgica. No próximo mês (Junho de 2007) a FDA (Food and Drug Administration, entidade reguladora da medicação nos Estados Unidos) vai dar o seu parecer quanto ao uso da TMS para o tratamento da depressão. A possibilidade de estimulação cortical leva-nos a fazer algumas especulações que, passando a contradição, podem ter algum tipo de veracidade. Com efeito, note-se que em pacientes sujeitos a amputações. A região do cortex pertencente ao membro amputado não ficou «muda». Com efeito, está provado que as zonas motora e sensorial pertencentes ao membro amputado dão lugar a uma nova matriz de ligações neuronais27. Este é conhecido como o efeito de «plasticidade do cortéx cerebral». O mesmo acontece em alguns casos de deficiências do tecido nervoso causados por AVC's ou mesmo tramatismos craneanos. No caso do vídeo mostrado na aula como resultado do acidente, o paciente ganhou funções motoras novas e o rearanjo das funções cognitivas deu lugar a que o talento pianístico se fosse revelado da melhor forma. São também muitos os casos em que este tipo de patologias dão origem a expressões artísticas formidáveis especialmente em artes plásticas. A questão fica em aberto: como será possível conhecer mecanismo? E com essa resposta será que a TMS poderá restabelecer funções motoras?

A Música e o Cérebro Provavelmente o desenvolvimento mais importante na investigação científica sobre a música foi a descoberta de que a música é percebida através da parte do cérebro que recebe os estímulos das emoções, sensações e sentimentos, sem antes ser submetida aos centros cerebrais envolvidos com a razão e a inteligência. Schullian e Schoen explicam este fenômeno: "Música, que não depende das funções superiores do cérebro para franquear entrada ao organismo, ainda pode excitar por meio do tálamo – o posto de intercomunicação de todas as emoções, sensações e sentimentos. Uma vez que um estímulo foi capaz de alcançar o tálamo, o cérebro superior é automaticamente invadido, e, se o estímulo é mantido por algum tempo, um contato íntimo entre o cérebro superior e o mundo da realidade pode ser desta forma estabelecido." Tempo e espaço não permitem uma abordagem completa da percepção musical. É suficiente dizer que estudos nos últimos cinquenta anos têem trazido à luz algumas descobertas bastante significativas, que podem ser resumidas como se segue: - A música é percebida e desfrutada sem necessariamente ser interpretada pelos centros superiores do cérebro que envolvem a razão e o julgamento. - A resposta à música é mensurável, mesmo quando o ouvinte não lhe dá uma atenção

27 Cohen et al., 1993

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consciente. - Há evidências de que a música pode levar a mudanças de estados de espírito pela alteração da química corporal e do equilíbrio dos electrólitos. - Rebaixando o nível de percepção sensorial, a música amplifica as respostas à côr, toque e outras percepções sensoriais. - tem sido demonstrado que os efeitos da música alteram a energia muscular e promovem ou inibem o movimento corporal. - Música rítmica altamente repetitiva tem um efeito hipnótico. - O sentido da audição tem um efeito maior sobre o sistema nervoso autônomo do que qualquer outro sentido. Uma das razões para o uso da música como terapia é que há influências no corpo através de estímulos sonoros enviados ao cérebro. Algumas abordagens de musicoterapia são usadas para recuperar habilidades motoras perdidas por doenças. Há várias formas de se trabalhar com populações diversas e até com pacientes em coma, porque existem vários níveis de coma desde o mais profundo, quando não se responde a nenhum estímulo, até um coma mais leve, quando há resposta motora. Isto acontece pelo que foi dito anteriormente: a música pode ser processada sem passar pelo chamado «cortex superior», ficando no sistema límbico. Deste modo, mesmo em coma, a pessoa preserva a sua memória sonora. A explicação para aplicação em situações como essa ou com pessoas que sofreram acidentes, tendo dificuldades de unir palavras como sequela, é que a música processa-se no cérebro de modo diferente da linguagem falada ou escrita. Pode haver restituição do funcionamento de determinadas regiões do cérebro que não se consegue através da fala normal. Tanto pode ser feito com uma música tocada pelo musicoterapeuta como com uma gravação. O cérebro vai receber e processar a música de modo diferente da fala. Por essa razão um gago pode cantar sem gaguejar. Uma sessão de musicoterapia dura em média uma hora e utiliza desde som, ruídos a música propriamente dita. A musicoterapia abrange quatro áreas: a improvisação musical através dos instrumentos, corpo e voz; a recriação musical, criando algo novo a partir da música que existe; a audição musical, que é um método de passividade com a pessoa ouvindo determinadas músicas; e a composição. O paciente não precisa ser nenhum «expert» em música ou ter qualquer habilidade em tocar instrumentos para se beneficiar do tratamento. Também não existe um estilo ideal de música. Os sons são usados de acordo com cada situação e história de vida.

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Bibliografia Bibliografia: Para além das referências indicadas em situações particulares ao longo do texto (vejam-se nos rodapés) aqui se apresenta uma lista da bibliografia consultada: 1. Damasio H., Grabowski T,. Frank R., Galaburda AM., Damasio AR. The return of Phineas Gage: clues about the brain from the skull of a famous patient. Science. 264(5162):1102-5, 1994. 2. Dr. Antonio Damasio's "Descarte's Error: Emotion, Reason and the Human Brain", Avon Hearst, New York, 1995, with exposes fascinating material on the relationships between brain, mind and emotion (see the on-line reviews on Serendip server, also in the Times Literary Supplement) 3. Macmillan, M. Phineas Gage's Contribution to Brain Surgery .Australia Journal of the History of Neurosciences 5(2), 1995. 4. What Happened to Phineas? Discover Magazine, January 1995. For an interesting modern case, similar to Gage's, but caused by a bullet injury, see: A Bullet to the Mind, by Franck Vertosick Jr. Discover Magazine, October 1996 5. Fisiologia Humana. Philippe Meyer. - Anatomia. Basmajian. 6. 7ª Edição. - Tratados de Fisiologia Médica. Guyton - Hall. 9ª Edição. - Lippert Anatomia Texto e Atlas. 4ª Edição. Espanha. 7. 5ª Edição 2000. Espanha. - Lippert Anatomia Texto e Atlas. 8. 4ª Edição. Espanha. 9. Neuroanatomy: Alvin M. Burt, Ph. D 10. Principles of Neuroscience and Behavior: Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell 11. Neuroanatomy: A.R. Crossman, D. Neary 12. Bases da Neuroanatomia Clínica: Paul A. Young, Paul H. Young 13. Neuroanatomia Texto e Atlas 2ª edição:

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John H. Martin 14. Neuroanatomia Funcional: Ângelo Machado 15. RESSONÂNCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL: AS FUNÇÕES DO CERÉBRO REVELADAS POR SPINS NUCLEARES Roberto Covolan, Dráulio B. de Araújo, Antonio Carlos dos Santos e Fernando Cendes 16. Logothetis, N.K., Pauls J, Augath M, et al. "Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal". Nature 412, 150-157 2001. Artigos não referenciados explicitamente: 17. Attwell, D. and Iadecola, C. "The neural basis of functional brain imaging signals". Trends in Neurosciences 25, 621-625 2002. [ Medline ] 18. Moll, J., Oliveira-Souza, R., Bramati, I.E., Grafman, J. "Functional networks in emotional moral and nonmoral social judgments". Neuroimage 16, 696-703 2002. [ Medline ] 19. Bookheimer, S. "Functional MRI of language: new approaches to understanding the cortical organization of semantic processing". Annual Review of Neuroscience 25, 151-188 2002. [ Medline ] 20. Haist, F., Gore, J.B., Mao, H. "Consolidation of human memory over decades revealed by functional magnetic resonance imaging". Nature Neuroscience 4, 1139-1145 2001. [ Medline ] 21. Wishart, H.A., Saykin, A.J. e McAllister, T.W. "Functional Magnetic Resonance Imaging: Emerging Clinical Applications". Current Psychiatry Reports 4, 338-345 2002. 22. Araújo, D.B., Salles, A., Tedeschi, W., et al. "Spatiotemporal Patterns of Human Navigation Investigated by MEG and fMRI" In: Proceedings of the 13th International Conference on Biomagnetism, Jena. p.863 – 865. 2002. 23. Binder, J.R., Achten, E., Constable, R.T., et al. "Functional MRI in epilepsy". Epilepsia 43 (Suppl. 1), 51-63 2002. 24. Duong, T.Q., Yacoub, E., Adriany, G., et al. "High-Resolution, Spin-Echo Bold, ad CBF fMRI at 4 and 7 T". Magnetic Resonance in Medicine 48, 589-593 2002. Logothetis, N.K., Merkle, H., Augath, et al. "Ultra High-Resolution fMRI in Monkeys with

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Implanted RF Coils". Neuron 35, 227-242 2002. 26. Kim, S-G e Ogawa, S. "Insights into new techniques for high resolution functional MRI". Current Opinion in Neurobiology 12, 607-615 2002. [ Medline ] 27. Bénar, C-G, Gross, D.W, Wang Y, et al. "The Bold response to interictal epileptiform discharges". Neuroimage 17, 1182-1192 2002. Curiosidades: 1 Neuroanatomia - Um Estudo Fotográfico - Fábio Bombarda >> Um estudo fotográfico do Sistema Nervoso Central.Mais de 200 imagens de dissecções realizadas no Instituto de Anatomia fotografadas por Fábio Bombarda. http://neuroanatomy.cjb.net 2 Cuidado com a matéria branca O cérebro dos mentirosos é diferente do das pessoas honestas, revela um estudo de uma equipa da University of Southern California. Os cientistas concluíram que os mentirosos compulsivos têm até 26% mais matéria branca no cérebro do que outros indivíduos. A matéria branca do cérebro transmite informação enquanto a matéria cinzenta processa-a.