Cérebro humano
Cérebro humano é o órgão central do sistema nervoso humano e, com a medula espinhal, forma o sistema nervoso central. O encéfalo consiste no cérebro, no tronco cerebral e no cerebelo. O cérebro controla a maioria das atividades do corpo, ao mesmo tempo em que processa, integra e coordena as informações que recebe do sistema sensorial e toma decisões quanto às instruções enviadas ao resto do corpo. O órgão, que está contido e protegido pelos ossos do crânio da cabeça e é a maior parte do encéfalo humano, consiste em dois hemisférios cerebrais. Cada hemisfério possui um núcleo interno composto de matéria branca e uma superfície externa - o córtex cerebral - composto de matéria cinzenta. O córtex tem uma camada externa, o neocórtex e um alocórtex interno. O neocórtex é formado por seis camadas neuronais, enquanto o alocórtex tem três ou quatro. Cada hemisfério é convencionalmente dividido em quatro lobos cerebrais - frontal, temporal, parietal e occipital, há também os lobos insulares, que se localizam em uma dobra mais profunda do telencéfalo. O lobo frontal está associado às funções executivas, como autocontrole, planejamento, raciocínio e pensamento abstrato, enquanto o lobo occipital é dedicado à visão. Dentro de cada lobo, áreas corticais estão associadas a funções específicas, como as regiões sensoriais, motoras e de associação. Embora os hemisférios esquerdo e direito sejam bastante semelhantes em forma e função, algumas funções estão associadas especificamente a um lado, como a linguagem à esquerda e a habilidade visual-espacial à direita. Os hemisférios são conectados por tratos nervosos comissurais, sendo o maior o corpo caloso.
Hemisférios
O hemisfério dominante em 98% dos humanos é o hemisfério esquerdo, é responsável pelo pensamento lógico e competência comunicativa. Enquanto o hemisfério direito, é responsável pelo pensamento simbólico e criatividade, embora pesquisas recentes estejam contradizendo isso, comprovando que existem partes do hemisfério direito destinados a criatividade e vice-versa. Nos canhotos as funções estão invertidas. O hemisfério esquerdo diz-se dominante, pois nele localiza-se 2 áreas especializadas: a Área de Broca (B), o córtex responsável pela motricidade da fala, e a Área de Wernicke (W), o córtex responsável pela compreensão verbal. O corpo caloso, localiza-se no fundo da fissura inter-hemisférica, ou fissura sagital, é a estrutura responsável pela conexão entre os dois hemisférios cerebrais. Essa estrutura, composta por fibras nervosas de cor branca (freixes de axónios envolvidos em mielina), é responsável pela troca de informações entre as diversas áreas do córtex cerebral.
Córtex cerebral
No cérebro há uma distinção visível entre a chamada massa cinzenta e a massa branca, constituída pelas fibras (axónios) que interligam os neurónios. A substância cinzenta do cérebro, o córtex cerebral, é constituído de corpos celulares de dois tipos de células: as células de Glia - também chamadas de neuróglias - e os neurônios. O córtex cerebral humano é um tecido fino (como uma membrana) que tem uma espessura entre 1 e 4 mm e uma estrutura laminar formada por 6 camadas distintas de diferentes tipos de corpos celulares de neurônios. Perpendicularmente às camadas, existem grandes neurônios chamados neurônios piramidais que ligam as várias camadas entre si e representam cerca de 85% dos neurônios no córtex. Os neurônios piramidais estão interligados uns aos outros através de ligações excitatórias e pensa-se que a sua rede é o "esqueleto" da organização cortical. Podem receber entradas de milhares de outros neurônios e podem transmitir sinais a distâncias da ordem dos centímetros e atravessando várias camadas do córtex. Os estudos realizados indicam que cada célula piramidal está ligada a quase tantas outras células piramidais quantas as suas sinapses (cerca de 4 mil); o que implica que nenhum neurônio está a mais de um número pequeno de sinapses de distância de qualquer outro neurônio no córtex.
Lobos cerebrais
Os lobos parietais, temporais e occipitais estão envolvidos na produção das percepções resultantes daquilo que os nossos órgãos sensoriais detectam no meio exterior e da informação que fornecem sobre a posição e relação com objetos exteriores das diferentes partes do nosso corpo. O lobo frontal, que inclui o córtex motor e pré-motor e o córtex pré-frontal, está envolvido no planejamento de ações e movimento, assim como no pensamento abstrato. A atividade no lobo frontal aumenta nas pessoas normais somente quando temos que executar uma tarefa difícil em que temos que descobrir uma sequência de ações que minimize o número de manipulações necessárias. A parte da frente do lobo frontal, o córtex pré-frontal, tem que ver com estratégia: decidir que sequências de movimento ativar e em que ordem e avaliar o seu resultado. As suas funções parecem incluir o pensamento abstrato e criativo, a fluência do pensamento e da linguagem, respostas afetivas e capacidade para ligações emocionais, julgamento social, vontade e determinação para ação e atenção seletiva. Traumas no córtex pré-frontal fazem com que uma pessoa fique presa obstinadamente a estratégias que não funcionam ou que não consigam desenvolver uma sequência de ações correta.
Neurotransmissão
A atividade cerebral é possibilitada pelas interconexões de neurônios que estão ligados entre si para atingir seus alvos. Um neurônio consiste em um corpo celular, axônio e dendritos, que são frequentemente ramos extensos que recebem informações na forma de sinais dos terminais dos axônios de outros neurônios. Os sinais recebidos podem fazer com que o neurônio inicie um potencial de ação (um sinal eletroquímico ou impulso nervoso) que é enviado ao longo de seu axônio para se conectar com os dendritos ou com o corpo celular de outro neurônio. Um potencial de ação é iniciado no segmento inicial de um axônio, que contém um complexo especializado de proteínas. Quando um potencial de ação atinge o terminal do axônio, ele dispara a liberação de um neurotransmissor em uma sinapse que propaga um sinal que atua na célula-alvo. Esses neurotransmissores químicos incluem dopamina, serotonina, GABA, glutamato e acetilcolina. O GABA é o principal neurotransmissor inibitório no cérebro, enquanto o glutamato é o principal neurotransmissor excitatório. Os neurônios se conectam nas sinapses para formar redes neurais elaboradas, como a rede de saliência e a rede de modo padrão, e a atividade entre eles é impulsionada pelo processo de neurotransmissão.
Metabolismo
O cérebro consome até 20% da energia usada pelo corpo humano, mais do que qualquer outro órgão. Em humanos, a glicose no sangue é a principal fonte de energia para a maioria das células e é crítica para o funcionamento normal de vários tecidos, incluindo o cérebro. O cérebro humano consome aproximadamente 60% da glicose no sangue em indivíduos sedentários em jejum. O metabolismo do cérebro normalmente depende da glicose no sangue como fonte de energia, mas durante períodos de baixa glicose (como jejum, exercícios de resistência ou ingestão limitada de carboidratos), o cérebro usa corpos cetônicos como combustível com uma necessidade menor de glicose. O cérebro também pode utilizar lactato durante o exercício. O cérebro armazena glicose na forma de glicogênio, embora em quantidades significativamente menores do que as encontradas no fígado ou no músculo esquelético. Os ácidos graxos de cadeia longa não podem cruzar a barreira hematoencefálica, mas o fígado pode quebrá-los para produzir corpos cetônicos. No entanto, os ácidos graxos de cadeia curta (por exemplo, ácido butírico, ácido propiônico e ácido acético) e os ácidos graxos de cadeia média, como ácido octanóico e ácido heptanóico, podem cruzar a barreira hematoencefálica e ser metabolizados pelas células cerebrais.
O cérebro não é totalmente compreendido e as pesquisas estão em andamento. Neurocientistas, junto com pesquisadores de disciplinas relacionadas, estudam como o cérebro humano funciona. As fronteiras entre as especialidades da neurociência, neurologia e outras disciplinas como a psiquiatria desapareceram, pois todas são influenciadas pela pesquisa básica em neurociência. A pesquisa em neurociência se expandiu consideravelmente nas últimas décadas. A "Década do Cérebro", uma iniciativa do Governo dos Estados Unidos na década de 1990, é considerada como tendo marcado grande parte desse aumento na pesquisa e foi seguida em 2013 pela Iniciativa BRAIN. O Human Connectome Project foi um estudo de cinco anos lançado em 2009 para analisar as conexões anatômicas e funcionais de partes do cérebro e forneceu muitos dados importantes.
Métodos
As informações sobre a estrutura e função do cérebro humano vêm de uma variedade de métodos experimentais em animais e humanos. Informações sobre traumas cerebrais e derrames forneceram informações sobre a função de partes do cérebro e os efeitos do dano cerebral. A neuroimagem é usada para visualizar o cérebro e registrar a atividade cerebral. A eletrofisiologia é usada para medir, registrar e monitorar a atividade elétrica do córtex. As medições podem ser de potenciais de campo locais de áreas corticais ou da atividade de um único neurônio. Um eletroencefalograma pode registrar a atividade elétrica do córtex usando eletrodos colocados de forma não invasiva no couro cabeludo.
Imagiologia
As técnicas de neuroimagem funcional mostram mudanças na atividade cerebral que se relacionam com a função de áreas cerebrais específicas. Uma técnica é a imagem por ressonância magnética funcional (fMRI, sigla em inglês), que tem as vantagens sobre os métodos anteriores de SPECT e PET de não precisar do uso de materiais radioativos e de oferecer uma resolução mais alta. Outra técnica é a espectrografia funcional de infravermelho próximo (fNIRS). Esses métodos baseiam-se na resposta hemodinâmica que mostra mudanças na atividade cerebral em relação às mudanças no fluxo sanguíneo, úteis no mapeamento de funções para áreas cerebrais. O fMRI em estado de repouso analisa a interação das regiões do cérebro enquanto o cérebro não está realizando uma tarefa específica.
Expressão de genes e proteínas
A bioinformática é um campo de estudo que inclui a criação e o avanço de bancos de dados e técnicas computacionais e estatísticas que podem ser utilizadas em estudos do cérebro humano, principalmente nas áreas de expressão de genes e proteínas. A bioinformática e os estudos em genômica e genômica funcional geraram a necessidade de anotação de DNA, uma tecnologia de transcriptoma que identifica genes. Em 2017, quase 20 mil genes codificadores de proteínas foram vistos como expressos em humanos, e cerca de 400 desses genes são específicos do cérebro. Os dados fornecidos sobre a expressão gênica no cérebro alimentaram pesquisas adicionais sobre uma série de distúrbios. O uso de álcool a longo prazo, por exemplo, mostrou expressão de genes alterados no cérebro e mudanças específicas do tipo de célula que podem estar relacionadas ao alcoolismo. Essas alterações foram observadas no transcriptoma sináptico no córtex pré-frontal e são vistas como um fator que causa o impulso para a dependência de álcool e também para o abuso de outras substâncias.
