Como funciona o cérebro

O cérebro humano

O cérebro realiza várias tarefas incríveis:

• controla a temperatura corpórea, a pressão arterial, a freqüência cardíaca e a respiração
• aceita milhares de informações vindas de seus vários sentidos (visão, audição, olfato)
• controla o movimento físico ao andar, falar, ficar em pé ou sentar
• deixa você pensar, sonhar, raciocinar e sentir emoções

Todas essas tarefas são coordenadas, controladas e reguladas por um órgão que tem mais ou menos o tamanho de uma pequena couve-flor: seu cérebro.

Seu cérebro, medula espinhal e nervos periféricos compõem um sistema de controle e processamento integrado de informações. O estudo científico do cérebro e do sistema nervoso é chamado de neurociência ou neurobiologia. Como o campo da neurociência é tão vasto e o cérebro e o sistema nervoso, tão complexos, este artigo vai começar dando uma visão geral sobre esse órgão.

Neste artigo, vamos examinar as estruturas do cérebro e o que cada uma delas faz. Após ver essa explicação geral sobre o cérebro, você vai poder entender conceitos como controle motor, processamento visual, processamento auditivo, sensações, aprendizagem, memória e emoções, que vamos cobrir mais detalhadamente em artigos futuros.

Estrutura dos neurônios

Seu cérebro é composto por aproximadamente 100 bilhões de células nervosas, chamadas de neurônios. Os neurônios têm a incrível habilidade de juntar e transmitir sinais eletroquímicos, como se fossem entradas, saídas e fios de um computador. Os neurônios compartilham as mesmas características e têm as mesmas partes que as outras células, mas o aspecto eletroquímico os deixa transmitir sinais por longas distâncias e passar mensagens de um para o outro. Os neurônios possuem três partes básicas: corpo celular, axônio e dentritos.

• Corpo celular - essa parte principal contém todos os componentes necessários da célula, como o núcleo (que contém DNA), retículo endoplasmático e ribossomos (para construir proteínas) e mitocôndria (para produzir energia). Se o corpo celular morrer, o neurônio morre.
• Axônio - essa projeção da célula, longa e semelhante a um cabo, transporta a mensagem eletroquímica (impulso nervoso ou potencial de ação) pela extensão da célula; dependendo do tipo do neurônio, os axônios podem ser cobertos por uma fina camada de mielina, como um fio elétrico com isolamento. A mielina é feita de gordura e ajuda a acelerar a transmissão de um impulso nervoso através de um axônio longo. Os neurônios com mielina costumam ser encontrados nos nervos periféricos (neurônios sensoriais e motores), ao passo que os neurônios sem mielina são encontrados no cérebro e na medula espinhal.
• Dendritos ou terminações nervosas - essas projeções pequenas e semelhantes a galhos realizam as conexões com outras células e permitem que o neurônio se comunique com outras células ou perceba o ambiente a seu redor. Os dendritos podem se localizar em uma ou nas duas terminações da célula.

Tipos de neurônios básicos

Existem neurônios de vários tamanhos. Por exemplo, um único neurônio sensorial da ponta de seu dedo tem um axônio que se estende por todo o comprimento de seu braço, ao passo que os neurônios dentro do cérebro podem se estender por somente alguns poucos milímetros. Os neurônios possuem formatos diferentes, dependendo de sua função. Os neurônios motores, que controlam as contrações dos músculos, possuem um corpo celular em uma ponta, um axônio longo no meio e dendritos na outra ponta. Já os neurônios sensoriais têm dendritos nas duas pontas, conectados por um longo axônio com um corpo celular no meio.

Alguns tipos de neurônios: motoneurônio (a), neurônio sensorial (b), célula piramidal (c)

Os neurônios também variam no que diz respeito a suas funções:

• os neurônios sensoriais transportam sinais das extremidades de seu corpo (periferias) para o sistema nervoso central;
• os neurônios motores (motoneurônios) transportam sinais do sistema nervoso central para as extremidades (músculos, pele, glândulas) de seu corpo;
• os receptores percebem o ambiente (químicos, luz, som, toque) e codificam essas informações em mensagens eletroquímicas, que são transmitidas pelos neurônios sensoriais;
• os interneurônios conectam vários neurônios dentro do cérebro e da medula espinhal.

O tipo mais simples de via neural é um arco reflexo monossináptico (conexão simples), como o reflexo patelar. Quando o médico bate no ponto certo de seu joelho com um martelo de borracha, os receptores enviam um sinal para a medula espinhal através de um neurônio sensorial. Esse neurônio passa a mensagem para um neurônio motor, que controla os músculos de sua perna. Os impulsos nervosos viajam pelo neurônio motor e estimulam o músculo específico a se contrair. A resposta é um movimento muscular que acontece rapidamente e não envolve seu cérebro. Os seres humanos possuem vários reflexos desse tipo, mas, conforme as tarefas vão ficando mais complexas, o "circuito" também fica mais complicado e o cérebro se envolve nele.

Partes do cérebro

O cérebro é composto apenas por arcos reflexos. Por exemplo, vermes achatados e invertebrados não possuem um cérebro centralizado. Eles têm associações separadas de neurônios, organizadas em arcos reflexos simples. Os vermes achatados possuem redes neurais, neurônios individuais conectados que formam uma rede ao redor do animal.

A maioria dos invertebrados, como, por exemplo, a lagosta, tem cérebro simples que consistem em grupos localizados de corpos celulares neurais chamados de gânglios. Cada gânglio controla funções sensoriais e motoras em seu segmento através de um arco reflexo e os gânglios são conectados para formar um sistema nervoso simples. Conforme o sistema nervoso evoluiu, as cadeias de gânglios evoluíram para cérebros simples mais centralizados.

Principais divisões do cérebro Medula espinhal Tronco encefálico Cerebelo Cérebro anterior Diencéfalo - tálamo, hipotálamo Córtex cerebral

O cérebro evoluiu a partir dos gânglios dos invertebrados. Não importa de que animal, um cérebro tem as seguintes partes:

• tronco encefálico - o tronco encefálico consiste na medula, ou bulbo, ponte e mesencéfalo; o tronco encefálico controla os reflexos e funções automáticas (freqüência cardíaca, pressão arterial), movimentos dos membros e funções viscerais;
• cerebelo - integra informações do sistema vestibular que indicam posição e movimento e utiliza essas informações para coordenar os movimentos dos membros;
• hipotálamo e glândula pituitária - controlam as funções viscerais, temperatura corporal e respostas de comportamento, como alimentar-se, beber, respostas sexuais, agressão e prazer;
• cérebro superior, também chamado de córtex cerebral ou apenas córtex- o cérebro consiste no córtex, grandes tratos fibrosos (corpo caloso) e algumas estruturas mais profundas (gânglio basal, amígdala, hipocampo); integra informações de todos os órgãos dos sentidos, inicia as funções motoras, controla as emoções e realiza os processos da memória e do pensamento, expressão de emoções e pensamentos são mais predominantes em mamíferos superiores.

Dos peixes aos humanos é possível ver que o córtex fica maior, ocupa uma porção maior da área total do cérebro e se dobra. O córtex aumentado assume funções superiores adicionais, como processamento de informações, fala, pensamento e memória. Além disso, a parte do cérebro chamada de tálamo evoluiu para ajudar a transmitir informações do tronco encefálico e da medula espinhal para o córtex cerebral.

Cérebro de peixe

Animais inferiores (peixes, anfíbios, répteis e pássaros) não "pensam" tanto: eles se preocupam com as atividades diárias de juntar comida, alimentar-se, beber, dormir, reproduzir-se e se defender. Por isso, seus cérebros refletem os principais centros que controlam essas funções. Nós também desempenhamos essas funções, o que nos faz ter um cérebro "de réptil" dentro de nós.

Parte inferior do cérebro, exibindo tronco encefálico e os nervos cranianos

Cérebro inferior

A parte inferior do cérebro consiste na medula espinhal, no tronco encefálico e no diencéfalo; o cerebelo e o córtex cerebral também estão presentes, mas serão discutidos mais adiante. Dentro de cada uma dessas estruturas estão os centros das células neurais, chamados de núcleos, especializados em determinadas funções, respiração, regulação da freqüência cardíaca, sono:

Medula espinhalA medula espinhal pode ser vista como um órgão separada do cérebro ou simplesmente como uma extensão inferior do tronco encefálico. Ela contém vias sensoriais e motoras do corpo, assim como vias aferentes e eferentes do cérebro. E ainda possui arcos reflexos que reagem independentemente do cérebro, como o reflexo patelar.

• medula - a medula contém núcleos para regular a pressão arterial e a respiração, assim como núcleos para transmitir informações dos órgãos dos sentidos que vêm dos nervos cranianos;
• ponte - a ponte contém núcleos que transmitem informações sobre movimento e posição do cerebelo para o córtex. Além de também conter núcleos que estão envolvidos na respiração, no paladar e no sono;
• mesencéfalo - o mesencéfalo contém núcleos que ligam as várias seções do cérebro envolvidas nas funções motoras (cerebelo, gânglio basal, córtex cerebral), movimentos oculares e controle auditivo. Uma parte, chamada de substância negra, está envolvida nos movimentos voluntários; quando não funciona, aparecem os movimentos de tremor característicos do mal de Parkinson;
• tálamo - o tálamo conecta vias sensoriais aferentes até as áreas apropriadas do córtex, determina que informações sensoriais realmente chegam à consciência e participa da troca de informações motoras entre o cerebelo, o gânglio basal e o córtex;
• hipotálamo - contém núcleos que controlam secreções hormonais da glândula pituitária. Esse centro governa a reprodução sexual, a alimentação, a ingestão de líquidos, o crescimento e o comportamento materno, como a lactação, produção de leite em mamíferos. O hipotálamo também está envolvido em quase todos os aspectos do comportamento, incluindo seu "relógio" biológico, que é ligado ao ciclo diário da luz e escuridão (ritmo circadiano).

Visão interna da parte inferior do cérebro

Ato de equilíbrio

O sistema vestibularO sistema vestibular é responsável pela manutenção da postura, do equilíbrio e da orientação espacial. Parte desse sistema é localizada no ouvido interno. E ele também inclui o nervo vestibulococlear (o oitavo nervo craniano) e certas partes do cérebro, que interpretam as informações que o nervo vestibulococlear recebe.

O cerebelo é dobrado em muito lobos e fica acima e atrás da ponte. Ele recebe informações sensoriais da medula espinhal, informações motoras do córtex e gânglios basais, além de informações sobre a posição vindas do sistema vestibular. Então ele integra essas informações e influencia as vias motoras do cérebro para coordenar os movimentos. Para confirmar isso, estique o braço e toque um ponto a sua frente, como o monitor do computador, por exemplo, sua mão vai fazer um movimento suave. Se você tivesse algum dano no cerebelo, o mesmo movimento seria cheio de solavancos por causa da série de pequenas contrações musculares que seu córtex iniciaria até chegar ao ponto de destino. O cerebelo também pode estar envolvido na linguagem, finas contrações musculares dos lábios e da laringe e em outras funções cognitivas.

Parte superior do cérebro

Massa cinzentaO cérebro contém massa cinzenta (neurônios sem mielina) e massa branca (neurônios com mielina, que entram e saem do córtex).

O cérebro é a maior parte do encéfalo humano. O córtex contém todos os centros que recebem e interpretam informações sensoriais, iniciam movimentos, analisam informações, raciocinam e sentem emoções. Os centros dessas tarefas estão localizados em diferentes partes do córtex. Mas antes de falarmos sobre o que cada parte faz, vamos dar uma olhada nas partes do cérebro.

Partes principais do córtex cerebral

O córtex predomina na superfície exterior do cérebro. A área de superfície do cérebro tem cerca de 1.500 a 2 mil cm², que é mais ou menos o tamanho de uma a duas páginas de um jornal. Para fazer essa área caber dentro do crânio, o córtex é dobrado, formando pregas (giros) e sulcos. Vários grandes sulcos dividem o córtex em diferentes lobos: o lobo frontal, o lobo parietal, o lobo occipital e o lobo temporal. Cada lobo tem uma função diferente.

Passe o mouse sobre os nomes das partes do cérebro para ver onde elas se localizam

Quando visto de cima, um grande sulco (fissura inter-hemisférica) separa o cérebro em duas metades: direita e esquerda. Essas metades se comunicam por meio de um sistema de fibras de matéria branca chamadas de corpo caloso. Além disso, os lobos temporais direito e esquerdo se comunicam por meio de outro trato de fibras próximo à parte de trás do cérebro chamada comissura anterior.

Se você tiver uma vista segmentada do cérebro, será possível ver que a área cortical acima do corpo caloso é dividida por um sulco. Esse sulco é chamado de sulco cingulado. A área entre esse sulco e o corpo caloso tem o nome de giro cingulado, também conhecido como sistema límbico ou lobo límbico. Em uma área mais profunda dentro do cérebro encontram-se o gânglio basal, a amígdala e o hipocampo.

Conexão física

O cérebro possui várias conexões físicas, assim como um prédio ou um avião tem suas partes interligadas por fiação elétrica. No caso do cérebro, as conexões são feitas por neurônios que conectam as entradas sensoriais e as saídas motoras com os centros nos vários lobos do córtex. Também há conexões entre esses centros corticais e outras partes do cérebro.

Diferentes áreas do cérebro superior possuem funções específicas.

• Lobo parietal - recebe e processa todas as entradas somatossensoriais do corpo (toque, dor); as fibras da medula espinhal se distribuem pelo tálamo para várias partes do lobo parietal. E essas conexões formam um "mapa" da superfície do corpo no lobo parietal. Esse mapa é chamado de homúnculo. O homúnculo tem uma aparência bem estranha, porque a representação de cada área está relacionada ao número de conexões sensoriais de neurônios em vez de ao tamanho físico da área. Consulte What Does Your "Homunculus" Look Like? Mapping Your Brain (em inglês), para obter mais informações sobre como determinar seu próprio homúnculo.

Homúnculo, um mapa sensorial de seu corpo

• A parte traseira do lobo parietal (próxima ao lobo temporal) tem uma seção chamada de área de Wernicke, muito importante para compreender as informações sensoriais (visuais e auditivas) associadas à linguagem. Danos a essa área do cérebro produzem o que se conhece como "afasia sensorial", na qual os pacientes não conseguem entender a linguagem mas ainda são capazes de produzir sons.
• Lobo frontal - o lobo frontal está envolvido nas habilidades motoras (incluindo a fala) e nas funções cognitivas.
• O centro motor do cérebro (giro pré-central) localiza-se na parte de trás do lobo frontal, logo na frente do lobo parietal. Ele recebe conexões da parte somatossensorial do lobo parietal e processa e inicia as funções motoras. Assim como o homúnculo no lobo parietal, o giro pré-central possui um mapa motor do cérebro. Para mais detalhes, consulte A Science Odyssey: You Try It - Probe the Brain Activity (em inglês), uma odisséia espacial: experimente - examine a atividade cerebral.
• Uma área no lado esquerdo do lobo frontal, chamada de área de broca, processa a linguagem por meio do controle dos músculos que criam os sons (boca, lábios e laringe). Danos a essa área resultam na "afasia motora," problema no qual os pacientes conseguem entender a linguagem mas não podem produzir sons corretos ou com qualquer significado.
• As áreas restantes do lobo frontal realizam processos associativos (pensamento, aprendizado e memória).

Diagrama que realça as áreas funcionais do cérebro

• Lobo occipital - o lobo occipital recebe e processa informações visuais diretamente dos olhos e relaciona essas informações com o lobo parietal (área de Wernicke) e com o córtex motor (lobo frontal). Uma das coisas que ele deve fazer é interpretar as imagens invertidas que são projetadas na retina pelo cristalino do olho.
• Lobo temporal - o lobo temporal processa informações auditivas a partir dos ouvidos e as relaciona com a área de Wernicke do lobo parietal e com o córtex motor do lobo frontal.
• Ínsula - a ínsula influencia funções automáticas do tronco encefálico. Por exemplo, quando você prende a respiração, os impulsos da ínsula suprimem os centros de respiração da medula. A ínsula também processa informações sobre o paladar.
• Hipocampo - o hipocampo localiza-se dentro do lobo temporal e é importante para a memória de curto prazo.
• Amígdala - ela se localiza dentro do lobo temporal e controla o comportamento sexual e social e outras emoções.
• Gânglios basais - os gânglios basais trabalham junto ao cerebelo para coordenar movimentos precisos, como movimentos da ponta dos dedos.
• Sistema límbico - esse sistema é importante no comportamento emocional e no controle dos movimentos dos músculos das vísceras (músculos do aparelho digestivo e cavidades do corpo).

Água no cérebro

Seu cérebro e medula espinhal são cobertos por uma série de membranas resistentes chamadas de meninges, cuja função é proteger esses órgãos do atrito com os ossos do crânio e da coluna. Para uma proteção ainda maior, o cérebro e a medula espinhal flutuam em um mar de líquido céfalo-raquidiano dentro do crânio e da coluna. Esse líquido de amortecimento é produzido pelo plexo coróide, localizado dentro do cérebro, e flui por uma série de cavidades (ventrículos) para fora do cérebro e dentro da medula espinhal. Esse líquido mantém-se separado do fornecimento de sangue pela barreira hemato-encefálica.

Sistema ventricular cerebral

Como você pode ver, seu cérebro é um órgão complexo e extremamente organizado, que comanda tudo o que você faz. Agora que você já está familiarizado com a anatomia do cérebro, veja os artigos que tratam das funções específicas dele.