Integração sensório-motora e plasticidade sináptica no córtex cerebelar

doi:10.3900/fpj.2.2.91.p

EISSN 1676-5133

Integração sensório-motora e plasticidade sináptica no córtex cerebelar

Artigo Original Marlo Cunha Setor de Neuroimagem Funcional, Instituto de Psiquiatria (IPUB) – UFRJ [email protected]

Heloisa Veiga Setor de Neuroimagem Funcional, Instituto de Psiquiatria (IPUB) – UFRJ [email protected]

Victor Hugo Bastos Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Ciência da Motricidade Humana da UCB - RJ [email protected]

Roberto Piedade Setor de Neuroimagem Funcional, Instituto de Psiquiatria (IPUB) – UFRJ [email protected] Alair Pedro Ribeiro Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Ciência da Motricidade Humana da UCB - RJ Departamento de Biociências – Escola de Educação Física e Desportos (EEFD) - UFRJ Setor de Neuro imagem Funcional

Avenilda Silva Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Ciência da Motricidade Humana da UCB - RJ [email protected] Vernon Furtado Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Ciência da Motricidade Humana da UCB - RJ [email protected]

CUNHA, M.; BASTOS, V.H.; SILVA, A.; FURTADO, V.; VEIGA, H.; PIEDADE, R.; RIBEIRO, A.P. Integração sensório-motora e plasticidade sináptica no córtex cerebelar. Fitness & Performance Journal, v.2, n.2, p. 91-96, 2003. RESUMO: O presente artigo revisa o fenômeno de plasticidade sináptica no cerebelo estimulado pelo processo de aprendizagem de habilidades motoras complexas (acrobáticas). Inicia com uma descrição anatômica e fisiológica do cerebelo que inclui sua divisão em lobos, relação com outras áreas do sistema nervoso central e uma análise mais refinada dos seus circuitos internos. A seguir é feita uma abordagem sobre diferentes modelos que tentam explicar como o cerebelo atua ao incorporar novos padrões motores ao sistema. Por último são reunidos os resultados de diferentes estudos experimentais que investigaram a remodelagem sináptica cerebelar em ratos treinados com atividades acrobáticas exigindo elevado grau de coordenação e balanço. Eles foram então comparados com outros grupos submetidos a exercícios de natureza simples e a um grupo inativo, que igualmente aos primeiros, foram sacrificados e estudados ao microscópio eletrônico. Palavras-chave: Cerebelo, Integração Sensório-Motora, Aprendizagem Motora, Plasticidade Sináptica Endereço para correspondência:

Rua Antonio Carlos, 97 – Porto Velho – São Gonçalo – RJ Data de Recebimento: janeiro / 2003

Data de Aprovação: fevereiro / 2003

Copyright© 2003 por Colégio Brasileiro de Atividade Física, Saúde e Esporte. Fit Perf J

Rio de Janeiro

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mar/abr 2003

ABSTRACT

RESUMEN

Sensory-motor integration and synaptic plasticity in the cerebelar cortex

Integración Sensório-motora y plasticidad sináptica en la corteza cerebelar

The present study aims to investigate the synaptic plasticity in the cerebellum as a result of the learning process of complex (acrobatic) motor skills. It begins with an anatomical and physiological description of the cerebellum, which includes its division into lobes, the relationship with other areas of the Central Nervous System, and a detailed analysis of its internal circuits. Next, an approach regarding distinct models which attempt to explain how the cerebellum functions as it incorporates new motor patterns to the system is made. Finally, results of different experimental studies which investigated the cerebellar synaptic remodeling in acrobatic trained rats are assembled. The acrobatic training consisted of activities demanding a high level of coordination and balance. The trained rats were compared to others submitted to simple exercises and to inactive groups. The three groups of rats were sacrificed and studied with an electronic microscope.

Lo presente artículo revisa el fenómeno de plasticidad sináptica en el cerebelo estimulada por el proceso de aprendizaje de habilidades motoras complejas (acrobáticas). Inicia con una descripción anatómica y fisiológica del cerebelo que incluye, su división en lobos, relación con otras áreas del sistema nervioso central y un análisis más refinada de sus circuitos internos. La seguir es hecha un abordaje sobre diferentes modelos que intentan explicar como el cerebelo actúa al incorporar nuevos patrones motores al sistema. Por último son reunidos los resultados de diferentes estudios experimentales que investigaron la remodelaje sináptica cerebelar en ratones entrenados con actividades acrobáticas exigiendo alto grado de coordinación y balance. Ellos fueron entonces comparados con otros grupos sometidos la ejercicios de naturaleza simple y el un grupo inactivo, que igualmente a los primeros, habían sido sacrificados y estudiados al microscopio electrónico.

Keywords: Cerebellum, Sensory-Motor Integration, Motor Learning, Synaptic Plasticity

Palabras clave: Cerebelo, Integración Sensorio-Motora, Aprendizaje Motora, Plasticidad Sináptica

INTRODUÇÃO Estudiosos da área de aprendizagem motora encontram no cerebelo um objeto de pesquisa de grande relevo. Há relatos de que já no século XIX estudos de lesões demonstravam que o cerebelo é importante para a coordenação dos movimentos (Houk et al., 1996). Outro estudo cita que lesões no cerebelo são responsáveis por romper com a coordenação dos movimentos dos membros e dos olhos, impedimento do balanço e diminuição do tônus muscular (Kandel et al., 1995). Mais recentemente descobriu-se que o cerebelo não atuaria somente no controle dos movimentos, mas participaria ainda de funções mentais do indivíduo durante tarefas motoras de natureza superior: linguagem, aprendizagem de movimentos complexos, execução de movimentos com conteúdo emocional etc (Lent, 2001). As considerações sobre essa estrutura nervosa não para por aí, um número de estudos experimentais tem demonstrado uma espécie de plasticidade sináptica cerebelar induzida por aprendizagem de habilidades motoras complexas entre modelos animais (Anderson et al., 1996 & Kleim et al., 1998b). Grande atenção tem sido atribuída aos mecanismos neurofisiológicos que regem a referida capacidade plástica a qual será incorporada como tema principal do presente trabalho.

REVISÃO DA LITERATURA Descrição anatômica do cerebelo O cerebelo consiste em uma estrutura globosa localizada na fossa craniana posterior. Ele ocupa cerca de um quarto do volume craniano no homem (Lent, 2001). Essa estrutura apresenta grande analogia com o cérebro: dividido em dois hemisférios, sua parte externa é constituída de substância cinza (córtex cerebelar) e a parte interna por substância branca onde são encontrados núcleos nervosos (os núcleos profundos do cerebelo). A analogia não pára por aí, o córtex cerebelar também está dividido em lobos. São eles: o lobo anterior, o lobo posterior e o lobo flóculo-nodular (Kandel et al., 1995). Em cada hemisfério do cerebelo há quatro núcleos profundos, o núcleo fastigial, os interpostos (globoso e emboliforme) e o núcleo denteado. Esses núcleos recebem aferências de partes diferentes do córtex cerebelar e constituem as principais vias eferentes do mesmo (Kandel, 1995). 92

Análises das relações conectivas entre os núcleos profundos e o córtex cerebelar relatam que o córtex do lobo flóculo-nodular conecta-se com os núcleos vestibulares localizados no tronco cerebral. Assim, apesar dessa localização, do ponto de vista conectivo os núcleos vestibulares podem também ser considerados como núcleos profundos do cerebelo (Lent, 2001). O núcleo fastigial recebe aferência da região mediana do cerebelo chamada verme (devido ao seu aspecto alongado e segmentado). A região verminal divide o cerebelo em hemisférios direito e esquerdo e é mais proeminente na superfície inferior do lobo posterior (Kandel et al., 1995). Os núcleos interpostos recebem aferências da zona intermediária situada entre o verme e a porção mais lateral dos hemisférios. Em sua vez, o núcleo denteado recebe suas aferências das regiões mais lateralizadas dos hemisférios (Lent, 2001). Dessas análises resultou a proposta de um novo zoneamento do cerebelo dividindo-o em quatro regiões de cada lado: verme, zona intermediária, hemisfério lateral e o lobo flóculo-nodular (Lent, 2001).

Informações variadas do SNC são reunidas no cerebelo O cerebelo apresenta três circuitos distribuídos que promovem seu contato com todas as partes do sistema nervoso central (córtex cerebral, tronco encefálico e medula espinhal). O vestíbulocerebelo consiste em uma via onde é estabelecida uma conexão recíproca entre os núcleos vestibulares localizados no tronco encefálico e o lobo flóculo-nodular (Kandel et al., 1995; Daz & Puelles, 2003). É atribuída a essa via a função de controlar o movimento dos olhos e a manutenção da postura e do equilíbrio durante a marcha. O espino cerebelo é outra via, seus principais inputs originam-se da medula espinhal trazendo informações sensoriais da periferia (Krutki & Mrowczynski, 2002). Tais informações chegam ao cerebelo nas regiões do verme e zona intermediária sendo transmitidas aos núcleos fastigial e interpostos. Estes, estendendo-se ao tronco encefálico e ao mesencéfalo irão inervar respectivamente os núcleos do sistema descendente medial (núcleos vestibulares, formação reticular e colículo superior) e lateral (núcleo rubro). O sistema lateral tem a importante função de controlar a execução dos movimentos dos membros em tempo real (Kandel et al., 1995). Fit Perf J, Rio de Janeiro, 2, 2, 92, mar/abr 2003

Por último há o cérebro-cerebelo que começa nas áreas frontal, parietal e occipital do córtex cerebral, projetando-se todas para os núcleos na base da ponte, e desses, para os hemisférios laterais do cerebelo (Serapide et al., 2001). O núcleo denteado, então, recebe e transmite a informação aos núcleos ventral-anterior e ventral-lateral do tálamo de onde é repassada às áreas motora e pré-motora do córtex cerebral (Lent, 2001). Essa via participa do planejamento e coordenação de movimentos mais complexos, integrando as informações sensoriais com os comandos de origem mental (cognitiva e emocional).

Anatomia refinada e circuitos intrínsecos do cerebelo O córtex cerebelar encontra-se organizado em três camadas que partindo da periferia para o interior são: a camada molecular, a camada de Purkinje e a camada granular. Em cada uma estão localizados tipos específicos de células neurais cujas propriedades funcionais foram reveladas a partir de análises microscópicas mais refinadas (Lent, 2001). São observadas duas vias de entrada para o cerebelo que ocorrem a partir de fibras conhecidas como musgosas (FM) e trepadeiras (FT), as primeiras se originam em neurônios no corno medular formando o trato espino-cerebelar e em diversos núcleos do tronco encefálico. Elas constituem o principal sistema de input do circuito cerebelar em virtude da grande diversidade de informações que conduzem (Takacs & Metzger, 2002). Por sua vez, as fibras trepadeiras originam-se no núcleo olivar inferior (Huesa, 2003; Houk et al.,1996; Lang, 2001). A oliva inferior também emite uma projeção colateral para os núcleos cerebelares (Ruigrok & Voogd, 2000). FM e FT secretam o neurotransmissor glutamato exercendo, assim, influência excitatória sobre as áreas de contato imediato no cerebelo (Garthwaite & Brobelt, 1990). Fibras musgosas e trepadeiras atingem o cerebelo em locais distintos e percorrem caminhos distintos, uma em relação à outra, o que lhes confere propriedades funcionais diferenciadas (Thach, 1998). As fibras musgosas atingem inicialmente a camada granular do córtex cerebelar mais emitem ramos colaterais para os núcleos profundos (Ito, 2000). Na camada granular elas contactam-se com células granulares a partir de zonas especializadas chamadas glomérulos, que propicia alta eficiência de transmissão elétrica. O glomérulo é aqui formado pelo terminal axonal das fibras musgosas, terminais inibitórios de células de Golgi e dendritos da célula granular. Tal arranjo apresenta-se circundado por células gliais que promovem o isolamento do sinal elétrico e, conseqüentemente, uma forte ativação da célula granular. Essa estenderá seu axônio até a camada molecular (mais externa) onde irá formar um sistema de fibras paralelas (FP) que tem como destino a árvore dendrídica de outro tipo celular, a célula de Purkinje cujo corpo está na camada logo abaixo (Ito, 2000). Embora receba ativação excitatória, a célula de Purkinje exerce atividade de inibição a partir do neurotransmissor GABA, tendo como alvo os núcleos profundos do cerebelo (Ito, 2000). Quanto às fibras trepadeiras, elas se dirigem para o córtex cerebelar conectando-se diretamente com as células de Purkinje (Thach, 1998). Cada célula de Purkinje recebe apenas uma fibra trepadeira que se enovela no seu corpo e nas porções proximais dos dendritos estabelecendo várias sinapses excitatórias. Uma fibra trepadeira pode conectar-se com 1-10 células de Purkinge transmitindo um forte potencial elétrico e essas emitem seus Fit Perf J, Rio de Janeiro, 2, 2, 93, mar/abr 2003

axônios com atividade inibitória para os núcleos profundos. Há indicação de que analogamente às fibras musgosas, as fibras trepadeiras emitam colaterais excitatórios diretamente aos núcleos profundos do cerebelo (Kandel et al., 1995). Segundo relatos, os inputs das fibras trepadeiras para as células de Purkinje podem exercer modulação sobre o efeito das fibras musgosas, o que se processa de uma entre duas formas: enfatizando transcientemente o efeito dos inputs das fibras musgosas para as células de Purkinje (Marr, 1969) ou produzindo uma depressão de longa duração da eficácia de inputs selecionados de fibras musgosas (Albus, 1971). Esse último aspecto ocorreria por meio de uma ação heterossináptica, ou seja, uma alteração na atividade de uma via devido à atividade de outra via (Kandel et al., 1995).

Análise funcional do córtex cerebelar Surge aqui uma questão fundamental: Como o córtex cerebelar organiza suas computações internas a fim de regular a via prémotora responsável pelos movimentos finos dos membros? Para responder tal pergunta alguns autores adotaram a idéia de haver uma via excitatória circulante entre o córtex motor e os núcleos profundos do cerebelo (Tsukahara et al., 1968). Postularam então que o córtex motor iniciava os movimentos dos membros ativando um grande grupo de neurônios corticais que emitiam muito mais comandos do que os realmente necessários. A permanência desses comandos dependia do feedback circulante através dos núcleos profundos. Então, quando as células de Purkinge disparavam, os comandos desnecessários eram eliminados através de uma inibição das descargas dos núcleos profundos (Blomfield & Mar, 1970). Visto que os outputs provenientes do córtex cerebelar são exclusivamente inibitórios, os núcleos profundos (incluíndo o vestibular), os quais são inibidos pelas células de Purkinje devem ser regulados também por alguma ação desinibidora. Poderia ser uma ação que compita com a ativação da célula de Purkinje ou uma influência excitatória provinda de outra fonte (Houk et al., 1996). Neste particular parece importante ressaltar que as células de Purkinje recebem inputs inibitórios a partir de células em cesto e células estreladas espalhadas pelo cérebro. Além disso, foi relatado que as fibras musgosas e trepadeiras que levam influência excitatória para as células de Purkinje durante o trajeto emitem ramos colaterais diretamente para os núcleos profundos do cerebelo (Kandel et al., 1995). Ambas as propostas necessitam ainda serem analisadas experimentalmente.

A participação do cerebelo no processo de aprendizagem motora O cerebelo é visto como uma estrutura do sistema nervoso central, que associado a outras (oliva inferior, sistema pré-motor, gânglios basais e córtex cerebral), ajuda a criar um ambiente vantajoso para várias formas de aprendizagem motora (Houk, 1996; Hikosaka et al.,2002). A experiência dos movimentos é capaz de promover alterações nos circuitos cerebelares, formando a base do aprendizado (Kandel et al., 1995). Tais alterações motivaram pesquisadores como Marr (1969) e Albus (1971) a postularem modelos que definem estratégias de aprendizagem motora. O primeiro autor sugeriu um mecanismo de potencialização de longa-duração (PLD) que ocorreria quando uma célula de Purkinje disparasse ao mesmo tempo em que as fibras paralelas fossem ativadas. Isso causaria um aumento da força sináptica entre fibras 93

paralelas e as respectivas células de Purkinje. A função atribuída à fibra trepadeira foi de ativar incondicionalmente a célula de Purkinje favorecendo o processo (Houk et al., 1996). Albus propôs o oposto, que a força sináptica seria diminuída por meio de um mecanismo chamado depressão de longa-duração (DLD) que dependeria de três eventos ocorrendo simultaneamente: um input da fibra trepadeira (sinal de treinamento), disparo da célula de Purkinje e a atividade sináptica das fibras paralelas. Reforçando tal estratégia achados adicionais demonstraram que a atividade de fibras trepadeiras é modulada durante as fases de aprendizagem, e que essa modulação, por meio de inibição hétero-sináptica, reduz a força dos inputs das fibras musgosas para a célula de Purkinje (Kandel et al., 1995). A atividade da célula de Purkinje quando reduzida permite uma desinibição dos núcleos profundos do cerebelo (via de saída do circuito), o que em última instância, influenciará a execução dos padrões de movimento. Sumarizando essas observações, parece ser mais provável que a atividade das fibras trepadeiras, quando associada a outros fatores, produza uma DLD ao invés de PLD (Ito, 1989). Alguns experimentos têm examinado a função de fibras musgosas e trepadeiras durante aprendizagem motora. A atividade dessas fibras foi captada em diferentes fases do treinamento expressando aspectos particulares em cada uma destas (Striedter, 1998; Thach, 1998). Em condição constante e previsível o movimento foi acompanhado por flutuações estereotipada de picos simples a partir de inputs de fibras musgosas com picos complexos, a partir das fibras trepadeiras, ocorrendo ocasionalmente e de forma intercalada (Thach, 1998). Quando a condição foi alterada inesperadamente (evocando aprendizagem), a frequência dos picos complexos aumentou drasticamente ao mesmo passo em que a de picos simples diminuiu gradualmente. Após várias tentativas de treino, com os sujeitos (macacos) se ajustando à nova condição, a frequência dos picos complexos retornou aos níveis de controle. Porém, os picos simples permaneceram abaixo da linha de base (Kandel et al., 1995). Isso sugere que a modulação da atividade das fibras trepadeiras, durante a aprendizagem, reduz por inibição hetero-sináptica a força dos inputs das fibras musgosas para as células de Purkinje, ajustando-os à nova condição de movimento (ver: Barmack & Yakhnitsa, 2002; Ebner, 1998).

O sinal de treinamento das fibras trepadeiras Como descrito anteriormente, as FT surgem de núcleos da oliva inferior e chegam ao córtex cerebelar onde estabelecem contato direto com células de Purkinje (Houk et al., 1996). Muitas teorias do cerebelo assumem que essas fibras transmitam informações de treinamento que guiam o processo de aprendizagem motora (Houk et al., 1996; Striedter, 1998). Porém, há divergências entre os modelos teóricos com relação à natureza específica dessas informações. Marr (1969) assumiu que, através das FT, a oliva inferior transmite instruções específicas do córtex motor, designando quais os movimentos elementares necessitam ser executados. Mas tal proposta não esclarece como o córtex motor adquire tal conhecimento elaborado sobre um vasto conjunto de movimentos requeridos (Houk et al., 1996). Albus (1971) adotou que a oliva inferior compara feedbacks sensoriais com trajetórias desejadas de movimento, a fim de sinalizar erros na performance. Ambas as teorias são questionáveis por não abordar como os padrões internos podem ser adquiridos (Houk et al., 1996). 94

Mais adiante, análises eletrofisiológicas a partir de neurônios da oliva inferior ou de suas FT (axônios) possibilitaram informações úteis sobre o tipo de informação de treinamento aqui discutida. Nas diferentes regiões da oliva inferior chegam várias combinações de fibras sensoriais e ramos colaterais de fibras motoras os quais trazem uma espécie de cópia das informações eferentes que se traduzem em respostas motoras (Bloedel & Courville, 1981). Tal achado, somado a outros fatores, levou à hipótese de que a oliva inferior calcula sinais de erro oriundos à cópia da eferência (Oscarsson, 1980). Contudo, tal modelo apresenta-se limitado quanto as suas possibilidades de demonstração. Outra hipótese atribui ao córtex motor a função de controle de feedbacks simples, recebendo ele mesmo os sinais da trajetória objetivada (a partir do córtex de associação) e comparando com informações da trajetória atual fornecidas por feedback sensorial. A diferença entre trajetórias permite ao córtex motor gerar uma referência de erro que será propagada através da oliva inferior, providenciando sinal de treinamento para o cerebelo (Kawato & Gomi, 1992). Este modelo é questionado por desconsiderar a natureza sensorial da oliva inferior como sugerido pelas análises eletrofisiológicas (Houk et al., 1996). Em seu modelo gerador de padrões ajustáveis, Houk e Barto (1992) assumiram a natureza sensorial da oliva inferior sinalizando como uma base para a geração de informação de treinamento. Consideraram tal sinal de treinamento derivado de propriedades somatossensoriais simples o que favorece uma explicação de como os padrões internos são gerados (Houk et al., 1996). Células táteis respondem ao contato sobre um campo receptivo na superfície do membro e células proprioceptivas respondem ao movimento do membro em uma direção particular. Tais respostas são reprimidas durante certas fases do movimento, e a repressão é atribuída a um mecanismo de refinamento, por ação inibitória, que é controlado pelo sinal da copia eferente. Respostas táteis são inibidas justamente após um comando motor cessar, eliminando respostas de contato que, de outra forma, permaneceriam até o final de um movimento preciso. Assim, as respostas podem ser inibidas quando o membro colidir indesejavelmente com algum objeto durante o movimento, constituindo um simples indicador de erro motor (Houk et al., 1996). Quanto às respostas táteis, estas são inibidas durante o movimento, o que é dito a acontecer somente em fase primária do movimento, ficando a OI responsável durante os movimentos corretivos secundários. Como os neurônios proprioceptivos estão voltados para diferentes direções de movimento, diferentes unidades no sistema detectam diferentes direções de movimentos corretivos. Isso possibilita uma forma de supervisionar a informação de treinamento no respectivo modelo (Houk et al., 1996).

Aprendizagem motora induzindo plasticidade cerebelar Um considerável número de experimentos tem demonstrado o aspecto de plasticidade sináptica em populações adultas de ratos submetidos a tarefas motoras complexas que exigem coordenação e balanço. A aprendizagem de tarefas dessa natureza (acrobáticas) é tida como capaz de produzir uma profunda remodelagem na rede interconectiva intrínseca ao córtex cerebelar (Kleim et al., 1998). Tal aspecto foi investigado em uma área do córtex cerebelar que recebe inputs somatossensorial e proprioceptivo dos membros anterior e posterior do animal: o lóbulo paramediano (Anderson et al., 1996; Krutki & Mrowczynski, 2002; Klintsova Fit Perf J, Rio de Janeiro, 2, 2, 94, mar/abr 2003

et al., 2002). Há entre os experimentos aquele que também investigou se alterações similares ocorreriam em um dos alvos primários dos outputs dessa área, o núcleo denteado, contudo, não foram encontradas modificação estruturais no mesmo (Kleim et al., 1998a). Tal resultado sugere, então, que as alterações sinápticas estruturais relacionadas ao cerebelo são seletivas às regiões corticais e que a participação do núcleo denteado seria a de retransmitir os comandos resultantes dessa possível reorganização cortical.

Aplicação das tarefas experimentais Nos diversos experimentos os modelos animais são geralmente submetidos a uma entre quatro condições de treinamento com duração variando entre 15 e 30 dias (Anderson et al., 1996 & Kleim et al., 1998). Na condição acrobática (CA) as tarefas consistem em atravessar trilhas de obstáculos que requerem considerável grau de coordenação e balanço como: pontes planas que progressivamente estreitam-se, cordas na vertical (escadas de mão), ponte móvel utilizando uma corrente (estendida de uma ponta à outra), caminhos com barreiras em suspensão etc. Os obstáculos aumentam em número e grau de dificuldade ao longo do treinamento, de forma que o primeiro dia começa com uma tarefa simples e progride para um total de aproximadamente sete tarefas complexas até o último dia (Anderson et al., 1996). A condição de exercício intenso (EI) envolvia uma caminhada rápida (10m/min) sobre uma esteira rolante motorizada, iniciando com uma duração de 5min. no primeiro dia e aumentando gradualmente para 60min. No decorrer dos dias. Outra foi a condição de exercício voluntário (EV) com os ratos permanecendo em gaiolas que os possibilitavam exercitarem-se em rodas de corrida. Eles estiveram livres para correr durante qualquer momento que quisessem (Anderson et al., 1996). Por fim é empregada uma condição inativa (CI) em que os ratos não tinham a oportunidade de aprendizagem ou de outros exercícios além dos possíveis dentro de suas gaiolas.

Variáveis dependentes comportamentais Uma das variáveis aqui analisadas refere-se à quantidade de erros dos animais durante o processo de aprendizagem das tarefas acrobáticas. Foi constatado um considerável efeito do dia de treinamento sobre a performance dos ratos (Jones et al., 1999 & Kleim et al., 1998b). Um dos estudos relata uma média de 20 erros/tentativa no primeiro dia da tarefa e menos que 1 erro/tentativa para os períodos finais do treinamento (Kleim et al., 1998a). Isso indica uma pronunciada quantidade de aprendizagem durante todo o período de treinamento. Outra variável a ser discutida é o tempo requerido para completar a tarefa (latência) que analogamente à primeira, sofre uma redução no decorrer do treinamento (Kleim et al., 1998a; Kleim et al., 1998b & Jones et al., 1999). Registros do primeiro dia de treinamento citam uma latência média de 45s para conclusão da tarefa pelo grupo da CA, diminuindo para menos de 20s ao trigésimo dia (Kleim et al., 1998b). Outro estudo comparou um grupo de ratos com lesões produzidas em áreas do córtex sensoriomotor representativas dos membros anteriores, com o respectivo grupo controle. As reduções em número de erros e latência resultantes do treinamento de habilidades acrobáticas foram também a partir desse observadas (Jones et al., 1999). Fit Perf J, Rio de Janeiro, 2, 2, 95, mar/abr 2003

Variáveis dependentes celulares Finalizada a fase de treinamento o procedimento subsequente passa a ser a remoção dos lóbulos paramedianos esquerdo e direito no modelo animal e preparação para análises ao microscópio eletrônico. Com o auxílio de uma câmera lúcida foi retirada uma faixa de camada molecular compreendida entre a piamater e a camada de Purkinje a partir da qual foi feita a coleta de dados (Anderson et al., 1996). Variáveis como: o número total de sinapses, o número de sinapses de fibras paralelas e o número de sinapses de fibras trepadeiras, todas estas estando baseadas no volume referente a uma célula de Purkinje, apresentaram-se como as variáveis mais conclusivas para esta parte do estudo. A classificação dos diferentes tipos sinápticos do cerebelo tem se realizado por meio das características morfológicas dos diferentes componentes pré-sinápticos e pós-sinápticos. As fontes primárias mais utilizadas são: Palay & Chan-Palay (1974), Larramendi & Victor (1967) e Ecles, Ito & Szengothai (1967). Relacionando-se à classificação dos componentes pré-sinápticos, surgem os terminais de fibras paralelas que são identificados por seu citoplasma claro, 2-3 microtúbulos cortados transversalmente e pequenas mitocôndrias. Tais terminais são de pequenos a médios no tamanho e têm pequenas vesículas redondas (Anderson et al., 1996). Os terminais de fibras trepadeiras têm grandes vesículas redondas que estão densamente agrupadas. São terminais que frequentemente contatam várias espinhas em um plano de secção. Na categoria inibitória há os terminais de células em cesto que são largos e apresentam muitos neurofilamentos, suas vesículas redondas e elipsoidais estão frouxamente agregadas e a fenda sináptica tem no máximo o tamanho do espaço intersticial. Por vez, os terminais de células estreladas possuindo também vesículas redondas e elipsoidais se diferenciam das últimas com relação ao tamanho das fendas, que neste caso, são maiores do que os espaços intersticiais usuais. Por último, os terminais das células de Purkinje contém vesículas achatadas e redondas através de largos terminais (Anderson et al., 1996). Quanto à classificação dos componentes pós-sinápicos, esta diz respeito aos dendritos das células de Purkinje e aos dendritos provenientes de interneurônios inibitórios (Kleim et al., 1998b). Os primeiros são intensamente circundados por glias formando uma bainha e apresentam uma cisterna submembrana extensiva. Enquanto isso, os dendritos dos interneurônios são circundados por uma pequena quantidade de glias e suas sisternas submembranas são intervaladas (Kleim et al., 1998b). É ainda mencionado que os dendritos a partir dos interneurônios têm um citoplasma escuro com uma maior densidade de microtúbulos do que os dendritos das células de Purkinje (Anderson et al., 1996). Os perfis que não se encaixaram em nenhuma das categorias mencionadas tem como saída serem classificados como processos pré ou pós-sinápticos desconhecidos.

Remodelagem no córtex cerebelar associada à natureza da tarefa Em consenso, estudos evidenciaram um aumento substancial no número de sinapses de fibras paralelas/células de Purkinje, no grupo da CA em relação aos das condições de EI, EV e CI (Anderson et al., 1996 & Kleim et al., 1998b). Quanto às sinapses de fibras trepadeiras/células de Purkinje, os estudos apresentaram resultados 95

diferenciados. Anderson (1996) observou em seu trabalho um considerável aumento no número dessas sinapses entre o grupo da CA, comparado aos demais. Por outro lado, Kleim (1998b) relata não ter observado alterações em outro tipo sináptico sem ser o das fibras paralelas. Uma possível explicação para tal discrepância é que somente no trabalho da primeira autora a camada molecular foi observada desde a periferia até suas áreas mais profundas. Por conta disso, ela pode ter encontrado regiões mais ricas em sinapses de fibras trepadeiras, as quais não puderam ser observadas através das estratégias do segundo experimento (Kleim et al., 1998b). O número total de sinapses no volume de tecido referente a uma célula de Purkinje teve considerável aumento, principalmente por conta das sinapses de fibras paralelas. Elas representam o tipo mais abundante do córtex cerebelar e sua distribuição original dentro da referência de volume utilizada representava 78% das sinapses (Anderson et al., 1996). Sinapses de fibras trepadeiras podem ter contribuído muito modestamente, elas que representavam, inicialmente, apenas 2% do total. Aumento em outros tipos sinápticos não foi evidenciado (Kleim et al., 1998b & Anderson et al., 1996).

CONCLUSÃO De acordo com os achados, o cerebelo consiste em uma estrutura importante relacionada com a aquisição de novos padrões de movimentos. Suas propriedades integratórias entre os aspectos sensoriais e motores em prol de execuções motoras eficazes fazem dele uma estrutura essencial às tarefas diárias. Além do mais, suas funções demonstram ser retroalimentadas pela própria execução de movimentos com natureza particular. Trabalhos variados apontam a possibilidade através da aprendizagem de habilidades motoras complexas (acrobáticas exigindo balanço e coordenação), mas não as simples, de promover adaptações localizadas no córtex cerebelar. Tais adaptações são responsáveis por aprimorar o ambiente que conduz as coordenadas sobre os padrões motores a serem executados em resposta à demanda das tarefas aprendidas. Quanto aos mecanismos neurofisiológicos desse aspecto plástico os resultados experimentais indicam o aumento do número de contatos sinápticos de fibras paralelas com a célula de Purkinje como o fator responsável. A confirmação dessa hipótese invalida a idéia da aprendizagem motora dever-se ao aumento na eficácia de sinapses individuais como proposto por Mar e Albus. Por fim, o aumento do número de sinapses entre as fibras trepadeiras e as células de Purkinje observado em um dos experimentos é algo a ser melhor investigado. Se confirmado, tal aspecto poderia representar um aumento na velocidade com que novos padrões motores são incorporados pelo sistema.

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Fit Perf J, Rio de Janeiro, 2, 2, 96, mar/abr 2003