Como os cérebros em desenvolvimento se montam e se organizam?

Jul 30, 2023

Áreas cerebrais marcadas por padrões de atividade distintos muito cedo, mostra estudo marsupial

por Tamara Bhandari • 29 de agosto de 2023

Linda Richards, PhD, (no microscópio) chefe do Departamento de Neurociências da Faculdade de Medicina da Universidade de Washington, em St. Louis, publicou recentemente um estudo que descreve alguns dos primeiros eventos no desenvolvimento do cérebro. As descobertas estabelecem as bases para a compreensão das raízes de doenças cerebrais como epilepsia, autismo e deficiência intelectual.

Os bebés nascem com cérebros pré-organizados em áreas dedicadas ao movimento, visão, audição e outras funções, uma infra-estrutura crítica que os equipa para começar a aprender sobre o mundo a partir do momento em que respiram pela primeira vez. Mas pouco se sabe sobre como a arquitetura do cérebro é construída devido aos desafios envolvidos no estudo do desenvolvimento do cérebro antes do nascimento.

Entra em cena os dunnarts de cauda gorda, marsupiais parecidos com camundongos que nascem após apenas 13 dias de gestação, com cérebros ainda em grande parte não formados. Ao monitorar o desenvolvimento cerebral dos dunnart joeys à medida que amadureciam nas bolsas de suas mães, pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Washington, em St. Louis, obtiveram insights sobre como a superfície externa do cérebro, conhecida como córtex, se organiza e se estrutura - um processo crucial que tem sido praticamente impenetrável à investigação científica até agora. Compreender como a estrutura cerebral normalmente surge pode fornecer pistas essenciais sobre por que e como o processo às vezes dá errado, levando a distúrbios neurológicos.

O estudo está disponível online na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Mesmo quando o córtex ainda está em formação, padrões distintos de atividade emergem em diferentes áreas funcionais do cérebro”, disse a autora sênior Linda J. Richards, PhD, Professora Edison de Neurobiologia e chefe do Departamento de Neurociências. “Esses padrões podem ser críticos para estabelecer conexões entre diferentes áreas do cérebro. Gostaríamos de saber como a atividade padronizada se desenvolve no cérebro e o que acontece quando isso dá errado. Como é que as alterações na atividade padronizada perturbam a forma como os circuitos cerebrais são configurados e que implicações isso pode ter para doenças cerebrais como a epilepsia ou o autismo?”

O desenvolvimento do sistema nervoso em mamíferos, incluindo humanos, começa com o surgimento do chamado tubo neural nas primeiras semanas após a concepção. Uma extremidade do tubo neural se transforma em um cérebro; o outro se alonga na medula espinhal. Ao longo de várias semanas, as células da superfície externa do cérebro nascente se organizam no córtex cerebral, a superfície externa enrugada do cérebro responsável pela memória, pelo pensamento, pelo aprendizado, pelos sentidos e pelas emoções. Um dunnart nasce logo após a formação do tubo neural, então seu córtex cerebral se desenvolve enquanto ele está na bolsa da mãe. Nas pessoas, o córtex cerebral começa a se formar cerca de cinco semanas após a concepção e continua a se desenvolver no segundo trimestre da gravidez.

Juntamente com Richards, a equipe de pesquisa incluiu o coautor Geoffrey J. Goodhill, PhD, professor de biologia do desenvolvimento e de neurociência na Faculdade de Medicina; bem como os co-autores Rodrigo Suárez, PhD, Tobias Bluett e Michael H. McCullough, PhD, todos da Universidade de Queensland, na Austrália, quando a pesquisa inicial foi conduzida.

Quando os neurônios estão ativos, os níveis de cálcio aumentam dentro das células. Para monitorar a atividade neuronal no cérebro dos filhotes, os pesquisadores usaram um indicador fluorescente que brilhava quando os níveis de cálcio subiam. Eles descobriram que os padrões de atividade surgiram muito cedo, mesmo quando novos neurônios ainda estavam sendo gerados e a estrutura de seis camadas do córtex ainda estava em construção.

“Desde muito cedo você começa a ter um pouco de atividade, que não segue nenhum tipo de padrão, mas assim que você consegue ver os padrões, eles são diferentes nas áreas somatossensoriais e visuais do cérebro”, Richards disse.

Padrões distintos de atividade surgem quase ao mesmo tempo em que as conexões são estabelecidas entre o córtex e o tálamo, uma estrutura em forma de ovo no meio do cérebro que transmite sinais motores e sensoriais ao córtex. Os pesquisadores estão agora conduzindo mais estudos investigando o papel do tálamo no desenvolvimento do córtex, disse Richards.