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A neurobiologia é uma área de pesquisa biológica centrada nas experiências de vida específicas do ser humano. Ela abarca o estudo do sistema nervoso e do funcionamento do cérebro, para compreender melhor a atividade cerebral e as áreas cerebrais responsáveis por suas funções. A neurobiologia é um subconjunto da fisiologia e da neurociência.
As seguintes questões formam o pano de fundo para a maioria das abordagens básicas de pesquisa neurobiológica:
Cada grupo de pesquisa escolhe seus próprios pontos focais em áreas de pesquisa específicas. Para facilitar a compreensão, essas áreas podem ser divididas da seguinte forma:
Muitas equipes trabalham na investigação do desenvolvimento e função dos neurônios. Aqui se examina a regulação da expressão do gene neuronal, os processos de transporte celular dos neurônios, a transmissão do sinal elétrico e os mecanismos moleculares da transferência do sinal nas sinapses. Os métodos biológicos moleculares, bioquímicos e eletrofisiológicos usados, são aqui tão importantes quanto a microscopia eletrônica e outros métodos ópticos.
Os neurônios estão sempre conectados a outros neurônios. Com a ajuda de sua arborização de dendritos, eles formam conexões complicadas com muitos outros neurônios: as chamadas redes neuronais.
É bastante fácil para o neurobiologista entender como essa rede funciona, quando ela contém apenas de 3 a 4 neurônios. No entanto, se 10, 100 ou mesmo 1000 neurônios estiverem conectados uns aos outros, é muito difícil examinar a função da rede.
A anatomia é a base desta pesquisa, porque com ela se pode demonstrar o que está ligado ao que está no sistema nervoso central. No entanto, a área de investigação “Redes neuronais” inclui todo o repertório de técnicas biológicas modernas e tem importantes interseções com a medicina, a tecnologia da informação e a matemática.
A atividade das redes neuronais destaca as capacidades que foram mencionadas na lista de perguntas acima. Como algo como lembrar uma melodia se desenvolve a partir de uma rede de neurônios em atividade?
Há estudos em desenvolvimento muito promissores que focam a pesquisa da percepção, da memória e de outros processos cognitivos. No futuro, a neurociência se preocupará principalmente com a melhor compreensão das conexões entre os níveis dos neurônios e redes neuronais, de um lado, e o cérebro pensante e sensível, do outro.
A neurobiologia é um campo científico no qual os pesquisadores estudam o sistema nervoso e a função cerebral. Tanto a neurociência quanto a fisiologia se beneficiam das descobertas da pesquisa em neurobiologia. Todo o sistema nervoso dos vertebrados inclui os sistemas nervoso central e periférico.
O sistema nervoso central consiste no cérebro, retina e medula espinhal. O sistema nervoso periférico é composto pelos nervos externos ao sistema nervoso central que o conectam ao resto do corpo.
A neurobiologia básica no nível do tecido é composta de neurônios, células gliais e a matriz extracelular. Os neurônios são as células do sistema nervoso que processam informações. As células da glia fornecem nutrição, proteção e suporte estrutural aos neurônios.
A matriz extracelular no cérebro fornece suporte em nível molecular para neurônios e células gliais. Um tipo especializado de célula glial, os astrócitos, tem atraído interesses de pesquisa dedicados. Essas células e a matriz extracelular constituem os nervos e as regiões do cérebro. A pesquisa em neurociência estuda as interações entre cada um deles.
Cada região do cérebro afeta uma área diferente do comportamento e a neurobiologia visa compreender esses comportamentos e a conexão com diferentes partes do cérebro. Estudos neurocientíficos identificaram o papel do lobo frontal em contribuir para a personalidade, emoções, julgamento, resolução de problemas, pensamento abstrato, atenção e planejamento.
Os neurotransmissores são responsáveis por uma das três funções: excitar, inibir ou modular os neurônios. A maioria dos distúrbios neurobiológicos se deve a flutuações nesses níveis.
Esses distúrbios também podem ser causados por problemas nas formas como os neurotransmissores são enviados ou recebidos. As flutuações podem ser causadas por super ou subprodução de neurotransmissores. Eles também podem ser causados por danos aos próprios neurônios.
Os animais usam seu olfato para navegar pelo mundo: para encontrar comida, farejar companheiros e “sentir” o perigo através do cheiro. Mas quando um animal faminto cheira um alimento e um membro do sexo oposto ao mesmo tempo, o que torna a comida a opção mais atraente?
Uma pesquisa realizada por pesquisadores da Harvard Medical School ilumina a neurobiologia subjacente à atração alimentar e como os ratos famintos optam por prestar atenção a um objeto em seu ambiente em vez de outro.
No estudo, publicado na revista Nature, Stephen Liberles e o coautor Nao Horio identificaram a via que promove a atração por odores de alimentos sobre outras pistas olfativas.
Em uma série de experimentos, os pesquisadores se concentraram em uma molécula sinalizadora chamada neuropeptídeo-Y (NPY), secretada por neurônios reguladores da fome em uma região do cérebro conhecida como tálamo, que regula uma série de funções fisiológicas, incluindo a transmissão sensorial informações para o córtex.
Acontece que neurônios específicos ouvem o estado de fome por meio da liberação de um neurotransmissor chamado NPY no tálamo, segundo os pesquisadores.
Para localizar o caminho que permite a um rato tomar decisões com base em suas necessidades, os pesquisadores construíram um experimento. Para começar, eles colocaram camundongos em um cercado com duas portas de odor: uma exalava cheiro de ração para camundongos; a outra, feromônios de um camundongo do sexo oposto.
Eles observaram notou quanto tempo um rato passava observando cada local – e maior tempo no mesmo lugar indicava a preferência do animal.
Ratos alimentados com a barriga cheia acharam que os odores de comida e feromônios eram igualmente atraentes, mas os famintos mostraram uma forte preferência pelo cheiro da ração.
Os camundongos alimentados que haviam sido previamente expostos a um parceiro potencial mostraram uma preferência distinta pelos feromônios sexuais, enquanto os ratos famintos não. Por que a fome mudou a escolha?
Os neurônios no hipotálamo, uma minúscula glândula em forma de amêndoa enterrada profundamente no cérebro, emitem uma molécula conhecida como peptídeo relacionado à cutia (AGRP). Esses neurônios são conhecidos por disparar o impulso por comida.
Para estudar o efeito dos neurônios secretores de AGRP, os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como optogenética, que permite aos cientistas ligar e desligar neurônios usando luz. Os experimentos mostraram que mesmo em animais alimentados, a ativação neuronal AGRP impulsionou os ratos a investigar odores de comida como se estivessem famintos.
Os neurônios AGRP têm ramificações que se espalham por toda a parte, então os pesquisadores se perguntaram quais áreas do cérebro estavam sendo estimuladas. Outros experimentos demonstraram que vários terminais de neurônios AGRP em todo o cérebro foram ativados, mas apenas os terminais localizados em uma região conhecida como tálamo paraventricular mudaram a preferência de odor alimentar.
Quando o fizeram, os ratos que não estavam com fome foram atraídos por comida. Por outro lado, silenciar as projeções de AGRP nesta área do tálamo diminuiu a atração de odor de comida em ratos famintos.
De acordo com os pesquisadores, isso parece indicar que a estimulação persistente dos neurônios AGRP que ocorre durante o jejum aumenta a atração do odor de comida.
O obstáculo final era identificar se algum dos três principais neurotransmissores liberados pelos neurônios AGRP – AGRP, NPY e GABA – era necessário para a atração do odor dependente da fome e, em caso afirmativo, qual deles.
Para descobrir, os pesquisadores repetiram os experimentos com três grupos de camundongos – cada um geneticamente modificado para não ter um desses neurotransmissores.
Camundongos famintos sem AGRP e GABA permaneceram atraídos pelo odor de comida. No entanto, animais famintos que careciam de NPY não eram mais atraídos por odores de comida do que por feromônios.
Quer estivessem com a barriga cheia ou não, os ratos com ausência de NPY retinham um nível mais baixo de atração por odores de comida, em comparação com a atração por feromônios. Além disso, os camundongos sem um receptor NPY específico, o NPY5R, também perderam a atração dependente da fome pelo odor alimentar.
O estado de fome, sugere o estudo, inicia uma complexa cascata de sinalização que, ao tornar os aromas dos alimentos apetitosos, leva os animais a buscarem alimento e a tornar a comida uma opção mais atraente do que outras alternativas. Os experimentos demonstram que os sinais unificadores nesta cascata são NPY e seu receptor NPY5R.
No futuro, os pesquisadores pretendem investigar como o NPY age em alguns circuitos olfativos, mas não em outros, e como os animais aprendem a associar alimentos a certos odores.
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