Objectivos de aprendizagem
- Identificar as divisões anatómicas e funcionais do sistema nervoso
- Relacionar as diferenças funcionais e estruturais entre as estruturas da substância cinzenta e da substância branca do sistema nervoso com a estrutura dos neurónios
- Enumerar as funções básicas do sistema nervoso
A imagem que tem na sua mente do sistema nervoso inclui provavelmente o cérebro O tecido nervoso contido no crânio e o medula espinhal O sistema nervoso é uma estrutura muito complexa. Dentro do cérebro, muitas regiões diferentes e separadas são responsáveis por muitas funções diferentes e separadas. É como se o sistema nervoso fosse composto por muitos órgãos que se parecem todos comEm comparação, é fácil ver que o estômago é diferente do esófago ou do fígado, pelo que se pode imaginar o sistema digestivo como um conjunto de órgãos específicos.
Os Sistemas Nervosos Central e Periférico
Figura 1: Sistema Nervoso Central e Periférico As estruturas do SNP são referidas como gânglios e nervos, que podem ser vistos como estruturas distintas. As estruturas equivalentes no SNC não são óbvias a partir desta perspetiva geral e são melhor examinadas em tecido preparado ao microscópio.
O sistema nervoso pode ser dividido em duas grandes regiões: o sistema nervoso central e o sistema nervoso periférico. sistema nervoso central (SNC) é o cérebro e a espinal medula, e o sistema nervoso periférico (SNP) O cérebro está contido na cavidade craniana do crânio e a medula espinhal está contida na cavidade vertebral da coluna vertebral. É um pouco simplista dizer que o SNC é o que está dentro destas duas cavidades e o sistema nervoso periférico está fora delas, mas essa é uma maneira de começar a pensar nisso. Na realidade, existemAlguns elementos do sistema nervoso periférico que se encontram dentro das cavidades cranianas ou vertebrais. O sistema nervoso periférico é assim chamado porque se encontra na periferia, ou seja, para além do cérebro e da medula espinal. Dependendo dos diferentes aspectos do sistema nervoso, a linha divisória entre central e periférico não é necessariamente universal.
O tecido nervoso, presente tanto no SNC como no SNP, contém dois tipos básicos de células: neurónios e células gliais. A célula glial é uma de uma variedade de células que fornecem uma estrutura de tecido que suporta os neurónios e as suas actividades. neurónio é o mais importante dos dois, em termos da função comunicativa do sistema nervoso.
Para descrever as divisões funcionais do sistema nervoso, é importante compreender a estrutura de um neurónio. Os neurónios são células e, por isso, têm uma soma ou corpo celular, mas também têm extensões da célula; cada extensão é geralmente referida como um processo Há um processo importante que todos os neurónios têm, chamado axónio Outro tipo de processo que se ramifica a partir do soma é o dendrite Os dendritos são responsáveis por receber a maior parte da informação proveniente de outros neurónios.
Figura 2: Matéria cinzenta e matéria branca Um cérebro removido durante uma autópsia, com uma secção parcial removida, mostra a matéria branca rodeada por matéria cinzenta. A matéria cinzenta constitui o córtex exterior do cérebro. (crédito: modificação do trabalho de "Suseno"/Wikimedia Commons)
No tecido nervoso, há regiões que contêm predominantemente corpos celulares e regiões que são maioritariamente compostas apenas por axónios. Estas duas regiões das estruturas do sistema nervoso são frequentemente designadas por massa cinzenta (as regiões com muitos corpos celulares e dendritos) ou substância branca (A Figura 2 demonstra a aparência dessas regiões no cérebro e na medula espinhal. As cores atribuídas a essas regiões são as que seriam vistas no tecido nervoso "fresco", ou não corado. A matéria cinzenta não é necessariamente cinzenta. Pode ser rosada devido ao conteúdo de sangue, ou mesmo ligeiramente bronzeada, dependendo do tempo de preservação do tecido. Mas a matéria branca é brancaporque os axónios são isolados por uma substância rica em lípidos chamada mielina Os lípidos podem aparecer como material branco ("gorduroso"), tal como a gordura de um pedaço de frango ou de carne de vaca crua. Na verdade, a matéria cinzenta pode ter essa cor atribuída porque, ao lado da matéria branca, é apenas mais escura - daí o cinzento.
A distinção entre substância cinzenta e substância branca é mais frequentemente aplicada ao tecido nervoso central, que tem grandes regiões que podem ser vistas a olho nu. Quando se observam as estruturas periféricas, é frequentemente utilizado um microscópio e o tecido é corado com cores artificiais. Isto não quer dizer que o tecido nervoso central não possa ser corado e visto ao microscópio, mas o tecido não corado émais provavelmente do SNC - por exemplo, uma secção frontal do cérebro ou uma secção transversal da medula espinal.
Independentemente da aparência do tecido corado ou não corado, os corpos celulares dos neurónios ou axónios podem ser localizados em estruturas anatómicas discretas que precisam de ser nomeadas. Esses nomes são específicos para o facto de a estrutura ser central ou periférica. Um conjunto localizado de corpos celulares de neurónios no SNC é referido como um núcleo No SNP, um conjunto de corpos celulares de neurónios é designado por gânglio A Figura 3 indica como o termo núcleo tem alguns significados diferentes dentro da anatomia e fisiologia. É o centro de um átomo, onde se encontram os protões e os neutrões; é o centro de uma célula, onde se encontra o ADN; e é um centro de alguma função no SNC. Há também um uso potencialmente confuso da palavra gânglio (plural = gânglios) que tem uma explicação histórica.No sistema nervoso, existe um grupo de núcleos que estão ligados entre si e que já foram designados por gânglios basais, antes de "gânglio" ser aceite como descrição de uma estrutura periférica.
Figura 3 - O que é um núcleo? (a) O núcleo de um átomo contém os seus protões e neutrões. (b) O núcleo de uma célula é o organelo que contém o ADN. (c) Um núcleo no SNC é um centro de função localizado com os corpos celulares de vários neurónios, aqui representados com um círculo vermelho. (crédito: "Was a bee"/Wikimedia Commons)
A terminologia aplicada aos feixes de axónios também difere consoante a localização. Um feixe de axónios, ou fibras, encontrado no SNC é designado por trato enquanto que a mesma coisa no PNS seria chamada de nervo Há uma observação importante a fazer sobre estes termos, que é o facto de ambos poderem ser usados para se referirem ao mesmo feixe de axónios. Quando esses axónios estão no SNP, o termo é nervo, mas se estiverem no SNC, o termo é trato. O exemplo mais óbvio disto são os axónios que se projectam da retina para o cérebro. Esses axónios são chamados nervo ótico quando saem do olho, mas quando estão dentro doHá um local específico onde o nome muda, que é o quiasma ótico, mas continuam a ser os mesmos axónios (Figura 4).
Figura 4. nervo ótico versus trato ótico Este desenho das ligações do olho ao cérebro mostra o nervo ótico que se estende do olho até ao quiasma, onde a estrutura continua como trato ótico. Os mesmos axónios estendem-se do olho ao cérebro através destes dois feixes de fibras, mas o quiasma representa a fronteira entre o periférico e o central.
Uma situação semelhante fora da ciência pode ser descrita para algumas estradas. Imagine uma estrada chamada "Broad Street" numa cidade chamada "Anyville". A estrada sai de Anyville e vai para a cidade vizinha, chamada "Hometown". Quando a estrada atravessa a linha entre as duas cidades e está em Hometown, o seu nome muda para "Main Street".A Tabela 1 ajuda a esclarecer quais destes termos se aplicam ao sistema nervoso central ou periférico.
Em 2003, o Prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina foi atribuído a Paul C. Lauterbur e Sir Peter Mansfield pelas descobertas relacionadas com a ressonância magnética (MRI). Trata-se de um instrumento de visualização das estruturas do corpo (não apenas do sistema nervoso) que depende de campos magnéticos associados a determinados núcleos atómicos. A utilidade desta técnica no sistema nervoso é que o tecido adiposo e a águaUma vez que a substância branca é gordurosa (devido à mielina) e a substância cinzenta não o é, podem ser facilmente distinguidas nas imagens de ressonância magnética.
| Quadro 1: Estruturas do SNC e do SNP | ||
|---|---|---|
| CNS | PNS | |
| Grupo de corpos celulares de neurónios (i.e., substância cinzenta) | Núcleo | Gânglio |
| Feixe de axónios (i.e., substância branca) | Tract | Nervo |
Divisões funcionais do sistema nervoso
O sistema nervoso também pode ser dividido com base nas suas funções, mas as divisões anatómicas e as divisões funcionais são diferentes. O SNC e o SNP contribuem ambos para as mesmas funções, mas essas funções podem ser atribuídas a diferentes regiões do cérebro (como o córtex cerebral ou o hipotálamo) ou a diferentes gânglios na periferia. O problema de tentar encaixar as funçõesPor exemplo, o nervo ótico transporta sinais da retina que são utilizados para a perceção consciente de estímulos visuais, que tem lugar no córtex cerebral, ou para as respostas reflexivas do tecido muscular liso que são processadas através do hipotálamo.
Existem duas formas de considerar a divisão funcional do sistema nervoso. Em primeiro lugar, as funções básicas do sistema nervoso são a sensação, a integração e a resposta. Em segundo lugar, o controlo do corpo pode ser somático ou autonómico - divisões que são largamente definidas pelas estruturas que estão envolvidas na resposta. Existe também uma região do sistema nervoso periférico que é designada por sistema entéricosistema nervoso responsável por um conjunto específico de funções no âmbito do controlo autonómico relacionado com as funções gastrointestinais.
Funções básicas
O sistema nervoso está envolvido na receção de informações sobre o ambiente que nos rodeia (sensação) e na geração de respostas a essas informações (respostas motoras). O sistema nervoso pode ser dividido em regiões que são responsáveis por sensação (funções sensoriais) e para o resposta (Mas há uma terceira função que precisa de ser incluída: o input sensorial precisa de ser integrado com outras sensações, bem como com memórias, estado emocional ou aprendizagem (cognição). Algumas regiões do sistema nervoso são designadas por integração O processo de integração combina as percepções sensoriais e as funções cognitivas superiores, como as memórias, a aprendizagem e as emoções, para produzir uma resposta.
Sensação
A primeira grande função do sistema nervoso é a sensação - receber informações sobre o ambiente para obter dados sobre o que está a acontecer fora do corpo (ou, por vezes, dentro do corpo). As funções sensoriais do sistema nervoso registam a presença de uma alteração da homeostase ou de um acontecimento específico no ambiente, conhecido como estímulo .
Os sentidos em que mais pensamos são os "cinco grandes": o paladar, o olfato, o tato, a visão e a audição. Os estímulos do paladar e do olfato são substâncias químicas (moléculas, compostos, iões, etc.), o tato são estímulos físicos ou mecânicos que interagem com a pele, a visão são estímulos luminosos e a audição é a perceção do som, que é um estímulo físico semelhante a alguns aspectos do tato.Estes cinco sentidos são todos aqueles que recebem estímulos do mundo exterior e dos quais existe uma perceção consciente. Estímulos sensoriais adicionais podem ser provenientes do ambiente interno (dentro do corpo), como a elasticidade da parede de um órgão ou a concentração de certos iões no sangue.
Resposta
O sistema nervoso produz uma resposta com base nos estímulos percebidos pelas estruturas sensoriais. Uma resposta óbvia seria o movimento dos músculos, como retirar a mão de um fogão quente, mas há usos mais amplos do termo. O sistema nervoso pode causar a contração dos três tipos de tecido muscular. Por exemplo, o músculo esquelético contrai-se para mover o esqueleto, o músculo cardíaco éAs respostas também incluem o controlo neural das glândulas do corpo, como a produção e a secreção de suor pelas glândulas sudoríparas écrinas e merócrinas que se encontram na pele para baixar a temperatura corporal.
As respostas podem ser divididas em respostas voluntárias ou conscientes (contração do músculo esquelético) e respostas involuntárias (contração dos músculos lisos, regulação do músculo cardíaco, ativação das glândulas). As respostas voluntárias são reguladas pelo sistema nervoso somático e as respostas involuntárias são reguladas pelo sistema nervoso autónomo, que são abordadas na secção seguinte.
Integração
Os estímulos recebidos pelas estruturas sensoriais são comunicados ao sistema nervoso, onde a informação é processada, o que se designa por integração. Os estímulos são comparados ou integrados com outros estímulos, com memórias de estímulos anteriores ou com o estado de uma pessoa num determinado momento, o que conduz à resposta específica que será gerada. Ver uma bola de basebol lançada para um batedor nãoTalvez a contagem seja de três bolas e um strike e o batedor queira deixar passar este lançamento na esperança de conseguir um "walk" para a primeira base. Ou talvez a equipa do batedor esteja tão à frente que seria divertido bater a bola.
Controlar o corpo
O sistema nervoso pode ser dividido em duas partes, principalmente com base numa diferença funcional nas respostas. sistema nervoso somático (SNS) A resposta motora voluntária significa a contração do músculo esquelético, mas essas contracções nem sempre são voluntárias, no sentido em que é necessário querer executá-las. Algumas respostas motoras somáticas são reflexos, e muitas vezes acontecem sem uma decisão consciente de as executar. Se o seu amigo saltar de trás de uma esquina e gritar"Não foi você que decidiu fazer isso, e talvez não quisesse dar ao seu amigo uma razão para se rir à sua custa, mas é um reflexo que envolve contracções dos músculos esqueléticos. Outras respostas motoras tornam-se automáticas (por outras palavras, inconscientes) à medida que uma pessoa aprende competências motoras (referidas como "aprendizagem de hábitos" ou "memória processual").
O sistema nervoso autónomo (SNA) O sistema autonómico é responsável pelo controlo involuntário do corpo, geralmente para fins de homeostase (regulação do ambiente interno). A entrada sensorial para as funções autonómicas pode provir de estruturas sensoriais sintonizadas com estímulos ambientais externos ou internos. A saída motora estende-se ao músculo liso e cardíaco, bem como ao tecido glandular. O papel do sistema autonómico é regular os órgãosAs glândulas sudoríparas, por exemplo, são controladas pelo sistema autonómico. Quando estamos com calor, a transpiração ajuda a arrefecer o corpo. Trata-se de um mecanismo homeostático. Mas quando estamos nervosos, podemos começar a transpirar também. Isso não é homeostático, é a resposta fisiológica a um estado emocional.
Existe uma outra divisão do sistema nervoso que descreve as respostas funcionais. sistema nervoso entérico (SNE) é responsável pelo controlo do músculo liso e do tecido glandular do sistema digestivo. É uma grande parte do SNP e não depende do SNC. No entanto, é por vezes válido considerar o sistema entérico como parte do sistema autónomo, porque as estruturas neurais que constituem o sistema entérico são uma componente da saída autónoma que regula a digestão. ExistemVer a Figura 5 para exemplos de onde estas divisões do sistema nervoso podem ser encontradas.
Figura 5. Estruturas somáticas, autonómicas e entéricas do sistema nervoso As estruturas somáticas incluem os nervos espinais, tanto as fibras motoras como as fibras sensoriais, bem como os gânglios sensoriais (gânglios das raízes posteriores e gânglios dos nervos cranianos). As estruturas autonómicas também se encontram nos nervos, mas incluem os gânglios simpáticos e parassimpáticos. O sistema nervoso entérico inclui o tecido nervoso dentro dos órgãos do aparelho digestivo.
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Figura 6. fMRI Esta fMRI mostra a ativação do córtex visual em resposta a estímulos visuais. (crédito: "Superborsuk"/Wikimedia Commons)
Um exemplo deste tipo de medição é a ressonância magnética funcional (fMRI), que gera um mapa das áreas mais activas e pode ser gerada e apresentada em três dimensões (Figura 6). Este procedimento é diferente da técnica padrão de ressonância magnética porque émedição das alterações no tecido em função de uma condição ou acontecimento experimental.
O pressuposto subjacente é o de que o tecido nervoso ativo terá um maior fluxo sanguíneo. Ao fazer com que o sujeito execute uma tarefa visual, a atividade em todo o cérebro pode ser medida. Considere esta possível experiência: o sujeito é instruído a olhar para um ecrã com um ponto preto no meio (um ponto de fixação). Uma fotografia de um rosto é projectada no ecrã longe do centro. O sujeito tem de olhar paraO sujeito foi instruído a carregar num botão se a fotografia fosse de alguém que reconhecesse. A fotografia pode ser de uma celebridade, pelo que o sujeito carregaria no botão, ou pode ser de uma pessoa aleatória desconhecida do sujeito, pelo que o sujeito não carregaria no botão.
Nesta tarefa, estariam activas as áreas sensoriais visuais, as áreas de integração, as áreas motoras responsáveis pelo movimento dos olhos e as áreas motoras para premir o botão com o dedo. Estas áreas estão distribuídas por todo o cérebro e as imagens de fMRI mostrariam atividade em mais do que apenas 10% do cérebro (algumas evidências sugerem que cerca de 80% dasO cérebro está a utilizar energia - com base no fluxo sanguíneo para o tecido - durante tarefas bem definidas, semelhantes à sugerida acima). Esta tarefa nem sequer inclui todas as funções que o cérebro desempenha. Não há resposta linguística, o corpo está quase todo deitado na máquina de RMN e não considera as funções autonómicas que estariam a decorrer em segundo plano.