Uma Introdu

1
Uma Introdução à Computação Neural Biológica

• Dijalma Fardin Júnior
• fardinjr_at_yahoo.com.br
• dijalma_at_inf.ufes.br

2
Sumário

1. Células Nervosas
2. Canais Iônicos
3. Potencial de Membrana
4. O Potencial de Ação
5. Transmissão Sináptica
6. Integração Sináptica
7. Conclusão

3
Classes

• Células Gliais
• Neurônios
• Existem cerca de 10¹¹ neurônios no cérebro humano
• Nascem até uma certa idade e, a partir daí,
  aparentemente praticamente apenas morrem,
  sugerindo que estes guardam informação e que não
  podem ser substituídos sem perda da mesma.
• Neurônios são células nervosas individuais que
  conduzem os sinais elétricos
• Possuem uma morfologia simples
• As informações processadas pelos neurônios são
  sinais elétricos

Células Nervosas
4
Tipos de Neurônios - Funcionalidade
Células Nervosas
5
Células Nervosas
6
Canais Iônicos

• Membrana Plasmática
• Espessura 6 a 8 nm
• Consiste de um mosaico de lipídios e proteínas
  (canais iônicos)
• A base física usada para a manipulação dos sinais
  elétricos são os canais iônicos que se localizam
  na membrana plasmática.
• Propriedades
• Conduzem os íons
• São seletivos
• Vazão 108 íons/segundo
• Espessura 6 a 8 angstrons
• A sua ação gera as diferenças de potencial que
  irão conduzir as informações pelos neurônios.

Células Nervosas
7
Classificação

• Não-reguláveis
• Resting Channels
• Reguláveis
• Abrem e fecham nas respostas aos vários
  estímulos. Podem ser
• Voltage-gated alterações na voltagem
• Ligand-gated transmissores químicos
• Mechanically gated Pressão ou esforço

Canais Iônicos
8
Características

• O fluxo de íons através dos canais, não consome
  energia
• Alguns canais comportam-se como resistores
  simples, funcionando como canais Ohmicos. Para
  estes temos
• i Vm / R ou
• i Vm (1/R)
• Cada canal tem ao menos um estado aberto e um ou
  dois estados fechados. A transição entre estes
  estados é chamado de gating.

Canais Iônicos
9
Potencial de Repouso da Membrana

• No descanso, uma célula nervosa possui um excesso
  de íons positivos (Na, K) do lado de fora da
  membrana, que é mantido por bombas iônicas de Na
  e K.
• O potencial de membrana (Vm) é definido como
• Vm Vin Vout.
• Por convenção, o potencial do lado de fora da
  célula é igual a ZERO. Ou seja, no descanso
• Vr Vin (Geralmente em torno de 60 a 70 mV)
• A direção do fluxo da corrente é,
  convencionalmente, definida como a direção do
  movimento de circulação das cargas positivas. Ou
  seja, os cátions (K, Na) se movem na direção da
  corrente, enquanto os ânions (Cl- e A-) em
  direção contrária.

Células Nervosas
10
Distribuição Iônica no Repouso
Potencial de Membrana
11
Polarização

• Quando existe um fluxo líquido de cátions ou
  ânions para dentro ou fora da célula, a separação
  de carga ao longo da membrana celular é alterada,
  alterando também a polarização da membrana. Esta
  pode ser
• Despolarização alteração para um potencial de
  membrana menos negativo.
• Quando esta se aproxima de um nível crítico,
  chamado de threshold, a célula responde
  ativamente com a abertura dos canais
  voltage-gated em número sufuciente para produzir
  um Potencial de Ação.
• Hiperpolarização - alteração para um potencial de
  membrana mais negativo.
• Potencial Eletrotônico - mudanças no potencial
  de membrana que não determinam a abertura dos
  canais iônicos voltage-gated.

Potencial de Membrana
12
Potencial de Equilíbrio das células gliais

• Nas células gliais, a maioria dos resting
  channels são permeáveis apenas ao K. Estas
  células possuem alta concentração de K e A- em
  seu interior.
• Íons K podem, eventualmente, difundir-se de
  dentro pra fora devido a sua alta concentração.
• Neste caso, o exterior da membrana passaria a
  acumular cargas positivas e, em seu interior,
  cargas negativas, concentrando-se nas faces da
  membrana.
• A separação produziria uma ddp elétrica crescente
  que se oporia à força do gradiente de
  concentração, impedindo a continuação do efluxo
  de K
• Em um determinado momento, as duas forças
  tornam-se iguais, com direção oposta. Neste
  momento, o valor do potencial é conhecido como
  Potencial de Equilíbrio de Potássio.
• Ele pode ser calculado usando a Equação de
  Nernst

Potencial de Membrana
13
Potencial de Equilíbrio nos Neurônios

• Nos neurônios, apenas os ânions orgânicos não
  atravessam a membrana celular. Como interagem os
  íons?
• Considerando, por um momento, que uma pequena
  quantidade de Na atravesse a membrana, existem
  duas forças fazendo com que estes íons entrem
  para dentro da célula, que são
• A força química, por ser o Na mais concentrado
  no exterior, e
• A força elétrica, causada pela ddp através da
  membrana.
• O influxo de Na despolariza a célula, afastando
  o potencial de membrana do potencial de
  equilíbrio de K (-75 mV), embora não o
  aproximando o suficiente do potencial de
  equilíbrio de Na, que é 55 mV.
• Quanto maior a despolarização, mais o gradiente
  de concentração impulsionará o K para fora da
  célula e, conseqüentemente, maior será o efluxo
  de K.
• Eventualmente, o potencial de membrana atingirá
  um novo valor de equilíbrio no qual o efluxo dos
  íons K contrabalance o influxo dos íons de Na
• A célula não pode permitir que os movimentos
  passivos de Na e K ocorram sem oposição, visto
  que os gradientes iônicos, necessários para o bom
  funcionamento da célula, iriam ser dissipados.

Potencial de Membrana
14
Bomba de Na e K

• A dissipação é impedida pela Bomba de Na e K,
  que move os íons contra seus gradientes
  eletroquímicos.
• Ela precisa de energia para funcionar, que é
  obtida através da hidrólise do ATP.
• Desta forma, o Potencial de Repouso da Membrana
  não está em equilíbrio e sim, em um estado
  estável.

Potencial de Membrana
15
Bomba de Na e K

• Ela expulsa 3 íons de Na para cada 2 íons de K
  que traz para seu interior e, por isso, é dita de
  eletrogênica, ou seja, gera uma corrente iônica
  efetiva de efluxo, que tende a hiperpolarizar a
  membrana até um novo potencial de repouso.
• No novo potencial de repouso, o fluxo passivo
  efetivo de influxo, pelos canais iônicos,
  contrabalança precisamente o fluxo ativo de
  efluxo, produzido pela bomba.

Potencial de Membrana
16
Determinação do Potencial de Repouso da Membrana

• Embora os fluxos de Na e K definam o valor do
  potencial de repouso da membrana, Vm, este não é
  igual a EK nem a ENa, mas fica entre eles.
• Quando Vm é determinado por duas ou mais espécies
  iônicas, a influência de cada espécie é
  determinada tanto por suas concentrações dentro
  e fora da célula como pela permeabilidade da
  membrana a cada íon. Essa relação é expressa pela
  equação de Goldman

Potencial de Membrana
17
Circuito Elétrico Equivalente

• Cada canal de K atua como uma resistência (rk),
  de modo que o fluxo pode ser calculado usando a
  lei de Ohm

• Usando a condutância, o inverso da resistência,
  temos

i V.lk

• Cada resting channel contribui para a geração de
  uma ddp entre as duas faces da membrana. Uma
  fonte de potencial elétrico é chamado de força
  eletromotriz e uma força eletromotriz gerado por
  potencial químico é chamado de bateria.

Potencial de Membrana
18
Circuito Elétrico Equivalente

• Uma célula contém muitos resting channels de K,
  e todos estes podem ser combinados em um mesmo
  circuito equivalente, consistindo em um condutor
  em série com uma bateria.
• Como a bateria nesse circuito depende
  exclusivamente do gradiente de concentração de
  K, sendo independente no número de canais, então
  seu valor é Ek.

Potencial de Membrana
19
Circuito Elétrico Equivalente

• Por analogia, todos os canais passivos de Cl- e
  Na podem ser representados por combinações
  semelhantes.

Potencial de Membrana
20
Circuito Elétrico Equivalente
Face Extracelular

• O fluxo passivo de corrente pode ser modelado por
  um circuito elétrico equivalente que inclui
  elementos representativos dos canais
  íons-seletivos da membrana e por vias de
  curto-circuito do líquido extra-celular e do
  citoplasma

Face Intracelular
Potencial de Membrana
21
Circuito Elétrico Equivalente

• Os fluxos estáveis de íons de Na e K são
  contrabalançados pelos fluxos iônicos ativos,
  mantidos pela bomba de Na-K.
• A bomba de Na-K mantém a carga da bateria
  iônica e pode ser adicionada ao circuito sob a
  forma de geradores de corrente
• Para o neurônio os materiais condutores são o
  citoplasma e o líquido celular, sendo a bicamada
  lipídica, o material isolante. Dado que ela é
  atravessada pelos canais iônicos, a membrana é um
  capacitor vazante.

Potencial de Membrana
22
Potencial de Ação

• A transferência de informação entre os neurônios
  se dá pelo potencial de ação.
• É iniciado por uma corrente iônica através dos
  canais de Na voltage-gated.
• Um sinal de entrada qualquer despolariza a
  membrana plasmática abrindo os canais de Na ,
  permitindo um aumento destes íons no interior da
  célula.

Canais Iônicos
23
Potencial de Ação
Potencial de Membrana
24
Potencial de Ação

• Todo o potencial de ação (PA), começa a partir do
  potencial de membrana ( -70 mV). Segue uma fase
  ascendente (despolarização) que torna-se muito
  abrupta após alcançar o limiar de ação ( -52mV),
  de onde o mesmo é deflagrado.
• Surge um pico ( ou - 20 mV), e uma fase
  descendente (repolarização). Depois o registro
  ultrapassa o potencial de membrana
  hiperpolarizando (- 100 mV), e volta ao potencial
  de membrana (-70 mV ).
• Tudo isto ocorre em aproximadamente 2 ms.

Canais Iônicos
25
Condução do Sinal

• A entrada de Na faz com que o interior se torne
  positivo em relação ao exterior (pode chegar a
  30 mV), abrindo com isto os canais voltage-gated
  de Na vizinhos. Isto faz com que uma nova parte
  do neurônio seja despolarizada (mais à frente),
  que por sua vez induz a despolarização da próxima
  parte e assim sucessivamente, conduzindo com isso
  o sinal.

Potencial de Membrana
26
Padrões de Repetição dos Potenciais de Ação

• Ao se injetar um certo nível de corrente em um
  determinado neurônio, ele responde de forma
  característica, que também depende do potencial
  de repouso da membrana
• Ou seja, um mesmo neurônio pode exibir diferentes
  padrões de repetição de potenciais de ação

Potencial de Membrana
27
Transmissão Sináptica

• O ponto no qual os neurônios comunicam-se entre
  si é chamado de sinapse, e a transmissão
  sináptica é fundamental para todos os processos
  neurais.
• Um neurônio forma em média 1.000 conexões e
  recebem aproximadamente 10.000 conexões. Células
  Purkinje do cerebelo possuem em média 100.000
  conexões de entrada.

Transmissão Sináptica
28
Formas Básicas de Sinapse

• Embora existam vários tipos de conexões e as
  mesmas sejam altamente especializadas, os
  neurônios fazem uso de uma de duas formas básicas
  de transmissões
• Elétrica são usadas principalmente para enviar
  simples sinais de despolarização eles não se
  combinam entre si para produzirem ações
  inibitórias ou mudanças duradouras nas
  propriedades elétricas das células
  pós-sinápticas.
• Química Produzem comportamentos mais complexos.
  Podem mediar ações excitatórias e ações
  inibitórias nas células pós-sinápticas e produzem
  mudanças no potencial de membrana das células
  pós-sinápticas que duram entre poucos
  milissegundos a vários minutos.

Transmissão Sináptica
29
Estrutura das Sinapses
Sinapse Química
Sinapse Elétrica
Transmissão Sináptica
30
Sinapses Elétricas

• Qual a importância das sinapses elétricas?
• São rápidas, por haver pequena resistência na
  passagem de sinal.
• Por apresentarem pouca resistência, oferecem um
  bom meio para o sincronismo entre um grupo de
  neurônios.
• Pelo fato dos canais iônicos de junção serem
  relativamente largos e não seletivos, eles
  permitem cátions e ânions inorgânicos passarem
  entre eles.

Transmissão Sináptica
31
Sinapses Químicas

• Não existe uma continuidade estrutural entre as
  sinapses químicas.
• O vale sináptico (synaptic cleft) é levemente
  amplo, entre 20 a 40 nm.
• As transmissões sinápticas químicas dependem da
  liberação de neurotransmissores a partir do
  neurônio pré-sináptico.

Transmissão Sináptica
32
Neurotransmissores

• São substâncias químicas que ligam-se a
  receptores específicos na membrana das células
  pós-sinápticas.
• Neurotransmissores são liberados nos terminais
  pré-sinápticos, que contém coleções discretas de
  vesículas sinápticas, onde cada uma é preenchida
  com milhares de moléculas de um determinado
  transmissor.
• As vesículas sinápticas, por sua vez, agrupam-se
  em regiões da membrana da célula pós-sináptica
  chamada de zonas ativas.

Transmissão Sináptica
33
Transmissão Sináptica

• Durante a descarga de um Potencial de Ação, o
  Ca2 entra nos terminais pré-sinápticos pelos
  canais voltage-gated de Ca2. O aumento da
  concentração de Ca2 causa a fusão da membrana
  pré-sináptica com as vesículas sinápticas
  liberando, assim, seus neurotransmissores dentro
  do vale sináptico.
• Os neurotransmissores então difundem-se através
  do vale sináptico e ligam-se aos seus receptores
  na membrana pós-sináptica. Os receptores vão
  sendo ativados provocando a abertura ou o
  fechamento dos canais iônicos. O fluxo iônico
  altera a condutância da membrana e por sua vez o
  potencial da célula pós-sináptica.
• Estes vários passos ocorrem em menos que 0.3 ms,
  porém seus efeitos são mais duradouros. Sinapses
  químicas possuem, também, um importante papel
  amplificador.

Animação
Transmissão Sináptica
34
Sinapses Excitatórias e Inibitórias

• Sinapses inibitórias
• As sinapses inibitórias causam um potencial
  pós-sináptico inibitório (IPSP), porque o efeito
  líquido da liberação do neurotransmissor é
  hiperpolarizar a membrana, tornando mais difícil
  alcançar o potencial de limiar elétrico. Esse
  tipo de sinapse inibitória funciona graças à
  abertura de diferentes canais iônicos na
  membranas tipicamente os canais cloreto (Cl-) ou
  potássio (K).

• Sinapses excitatórias
• Sinapses excitatórias causam uma mudança elétrica
  excitatória no potencial pós-sináptico (EPSP).
  Isso acontece quando o efeito líquido da
  liberação do neurotransmissor é despolarizar a
  membrana, levando-o a um valor mais próximo do
  limiar elétrico para disparar um potencial de
  ação. Esse efeito é tipicamente mediado pela
  abertura de canais iônicos de Ca2 e Na
  específicos.

Integração Sináptica
35
Sinapses Excitatórias e Inibitórias tem
Estruturas Diferentes

• Gray tipo I e II são os tipos sinápticos
  morfológicos mais comuns no sistema nervoso
  central.
• Tipo I geralmente é excitatório.
• Tipo II é geralmente inibitório.
• As diferenças são
• Forma das vesículas
• Intensidade das projeções elevadas présinápticas
• Área total da zona ativa
• Comprimento do vale sináptico
• Densidade da Membrana de base

Integração Sináptica
36
Sinais Excitatórios e Inibitórios

• Embora um único EPSP em um neurônio não seja em
  geral suficientemente grande para gerar um
  potencial de ação, muitos EPSPs, provocados por
  vários neurônios, podem ser integrados para
  iniciar um potencial de ação.
• Do mesmo modo, um único IPSP pode ou não cancelar
  a soma de EPSPs e impedir que o potencial de
  membrana alcance o limiar.

Integração Sináptica
37
Interação entre as entradas

• Cada neurônio no sistema nervoso central é
  constantemente bombardeado por sinais vindos de
  outros neurônios.
• Por exemplo, um simples neurônio motor pode
  receber 10.000 diferentes terminações
  pré-sinápticas.
• Algumas excitatórias, outras inibitórias algumas
  fortes, outras fracas.
• As conexões podem ser feitas em vários locais
  diferentes do neurônio
• As mais diversas entradas podem reforçar ou
  cancelar umas às outras.

Integração Sináptica
38
A união faz a força...

• A alteração do potencial de membrana produzida
  por um único neurônio pré-sináptico é em geral
  pequena e incapaz de excitar uma célula
  pós-sináptica suficientemente para que esta
  alcance o limiar do Potencial de Ação.
• Para que um EPSP gerado em um neurônio motor, por
  exemplo, leve-o ao limiar de ativação, é
  necessário pelo menos a excitação vinda de 25
  neurônios, para que juntos possam excitá-lo.
• Ao mesmo tempo que uma célula pós-sináptica está
  recebendo sinais excitatórios, ela poderá também
  estar recebendo sinais inibitórios que tendem a
  não deixá-la disparar.
• Ou seja, para que uma célula esteja excitada o
  suficiente para disparar, as entradas dependem de
  vários fatores, tais como localização, tamanho,
  forma da synapse, proximidade e relativa força
  das outras sinapses, e se a ação delas é
  sinergética ou entrópica.

Integração Sináptica
39
Integração Neural

• Todos estes sinais são integrados em um neurônio
  pós-sináptico através de um processo chamado de
  Integração Neural.
• A Integração Neural é, na verdade, um processo de
  tomada de decisão, ou seja, o neurônio decide se
  ele irá ou não disparar.
• Nos neurônios motores e nos interneurônios a
  decisão de iniciar um potencial de ação é tomada
  no Axon hilock, pois é uma região cujo o limiar
  do potencial de ação é menor do que o do corpo e
  dos dendritos, devido à alta concentração de
  canais de Na nesta área.
• Um potencial de ação nesta região, ao mesmo
  tempo, conduz a membrana do corpo da célula para
  o limiar e propaga-se ao longo do axônio.
• Então o potencial de membrana serve como leitura
  para a ação integrativa do neurônio.

Integração Sináptica
40
Integração Temporal e Espacial

• A integração neural é criticamente afetada por
  duas propriedades passivas da membrana
• Somação Temporal ocorre quando dois ou mais
  estímulos sublimiares são disparados próximos no
  tempo.
• Somação Espacial ocorre quando dois ou mais
  estímulos sublimiares são disparados próximos no
  espaço.

Integração Sináptica
41
Localização das Sinapses

• As sinapses podem estar localizadas em todas as
  partes do nerônios axônio, terminais
  sinápticos, soma e dendritos.
• Quanto mais próximas da zona de disparo, mais
  significativo será o sinal, isto é, uma corrente
  sináptica gerada em uma sinapse axosomática
  produzirá um sinal mais forte e consequentemente
  provocará uma maior influência no resultado final
  do neurônio do que uma corrente gerada em uma
  sinapse axodendrítica.
• Sinapses excitatórias tendem a se localizar nos
  dendritos e as inibitórias estão
  predominantemente no corpo da célula.

Integração Sináptica
42
Memória

• Existem pelo menos dois tipos de memória
• Memória de Curto Prazo
• Memória de Longo Prazo
• As evidências sugerem que
• A Memória de Curto Prazo é o estado dos neurônios
  (Nível de Ativação)
• A Memória de Longo Prazo é o grau de eficiência
  das sinapses

Memória
43
Memória de Longo Prazo

• A eficiência das sinapses é reforçada quando o
  neurônio pós-sináptico dispara ao mesmo tempo ou
  logo após o neurônio pré-sináptico.
• A eficiência das sinapses é diminuída quando há
  ausência de estímulo pré-sináptico ou de
  correlação temporal dos potenciais de ação dos
  neurônios pré- e pós-sinápticos.

Memória
44
Memória de curto e de longo prazo
Memória de Curto Prazo
Consolidação
Memória de Longo Prazo
Informação Sensorial
Consolidação
Memória
45
Material visto no fim da aulahttp//www.wwnorton.
com/college/psych/gman7/content/discovery/question
s.asp?ID03
Memória
46
Perguntas
Respostas
47

• Páginas
• http//www.din.uem.br/ia/neurais/Neurocomputacao
• http//www.ele.ita.cta.br/maxx/listas_exercicios.
  html
• http//www.icb.ufmg.br/neurofib/NeuroMed/aula1/gd
  1a1/sld001.htm
• http//www.epub.org.br/cm/n05/tecnologia/plasticid
  ade2.html
• http//www.infomed.hpg.ig.com.br/manual2/capitulo0
  4.html
• http//www.pbs.org/wgbh/aso/databank/humbeh.html
• http//www.shef.ac.uk/psychology/gurney/notes/inde
  x.html
• http//uhaweb.hartford.edu/compsci/neural-networks
  -history.html
• http//faculty.washington.edu/chudler/resources.ht
  ml
• http//www.wwnorton.com/gleitman/DEMO/ch2.htm

48
Mais sobre Memória, no próximo seminário...
49
Anexo

• Anexo
• Por que existe um limiar abrupto para a geração
  do Potencial de Ação?
• Como é o comportamento dos Canais iônicos?
• Por que existem muitos tipos diferentes de canais
  voltage-gated no sistema nervoso?
• Diferenças de um Sinal Analógico e Digital
• Diferenças entre os Neurônios Centrais e
  Neurônios Musculares?
• Aonde fica o dorsal-root ganglion?

50
Por que existe um limiar abrupto para a geração
do Potencial de Ação?

• Uma pequena despolarização limiar aumenta a
  corrente para dentro INa, bem como, as correntes
  para fora IK e Il.
• Além disto, a despolarização aumenta a
  condutância do K, gK, gradualmente abrindo mais
  canais voltage-gated de K.
• Como IK e Il aumentam com a despolarização, eles
  tendem a resistir a ação despolarizante do
  influxo de Na.
• Contudo, devido a alta sensibilidade à voltagem e
  à rápida cinética de ativação dos canais de Na,
  a despolarização eventualmente alcança um ponto
  aonde o aumento de INa para dentro excede o
  aumento de IK e Il para fora.
• Neste ponto, existe uma corrente resultante para
  dentro produzindo uma despolarização repentina,
  tornando-se regenerativa

51
Comportamento dos Canais Iônicos

• Quando a célula sofre uma pequena despolarização
  (10 mV), a corrente capacitiva (Ic) é seguida
  de uma corrente iônica para fora da célula
  (Outward) que persiste enquanto houver a duração
  do pulso.
• Ao terminar o pulso, uma corrente capacitiva para
  dentro (Inward) ocorre e, a corrente total da
  membrana retorna para zero.
• A corrente que ocorre durante a execução do pulso
  chama-se corrente de escape (Il) e a condutância
  é chamada de condutância de escape (gl)

Potencial de Membrana
52
Comportamento dos Canais Iônicos

• Quando a célula sofre uma alta despolarização, a
  corrente capacitiva (Ic) e a de escape (Il)
  aumentam em amplitude.
• Muito pouco tempo depois do término da corrente
  capacitiva e o início da corrente de escape, uma
  corrente para dentro desenvolve-se e alcança um
  pico em poucos milissegundos, e rende-se para a
  corrente para fora.
• Esta corrente para fora alcança um platô que é
  mantido enquanto houver a duração do pulso.
• Isto ocorre pois a despolarização acima ativa os
  canais de dois íons separadamente um tipo de
  canal para corrente para dentro e o outro tipo
  para fora.

Potencial de Membrana
53
Comportamento dos Canais Iônicos

• Hodgkin e Andrew Huxley conseguiram estudar
  separadamente o comportamento da corrente gerada
  pelos canais de K e pelos canais de Na
  utilizando Tetrodoxina (toxina encontrada nos
  peixes balões, que bloqueiam os canais de Na) e
  Tetraetilamônio (bloqueador seletivos de alguns
  canais de K).
• Quando tetraetilamônio é aplicado no axônio para
  bloquear os canais de K, a corrente total da
  membrana (Im), consiste em Ic, Il, INa. A
  condutância de escape, gl, é constante, ou seja,
  não varia nem com a ddp (Vm) ou com o tempo.
  Portanto, pode ser calculado a subtraído de Im,
  ficando INa e IC.
• IC pode ser isolado por inspeção visual, pois ele
  ocorre apenas no início e fim de cada pulso,
  ficando o INa.

Potencial de Membrana
54
Por que existem muitos tipos diferentes de canais
voltage-gated no sistema nervoso?

• Neurônios com um conjunto expandido de canais
  voltage-gated possuem habilidades de
  processamento de informações muito mais complexas
  que daqueles que possuem apenas dois tipos de
  canais.

55
Neurônios Centrais

• Neurônios centrais são mais complexos que os
  neurônios musculares, pois
• Enquanto a maioria das fibras musculares possuem
  várias conexões com um único neurônio motor, os
  nervos centrais recebem conexões de centenas de
  neurônios.
• Fibras musculares recebem apenas entradas
  excitatórias, enquanto neurônios centrais recebem
  entradas excitatórias e inibitórias.
• Todas as ações sinápticas nas fibras musculares
  são mediadas por um neurotransmissor, a
  Acetylcholine (ACh), que ativa apenas um tipo de
  canal receptor, enquanto nos neurônios centrais
  as entradas para uma célula são mediadas por uma
  variedade de transmissores que alteram a
  atividade de uma variedade de canais iônicos, ou
  seja, os neurônios centrais devem integrar várias
  entradas em apenas uma resposata coordenada.
• As sinapses dos neurônios das fibras musculares é
  um exemplo de eficiência, pois cada potencial de
  ação produz um potencial de ação na fibra
  muscular. Nos neurônios centrais, necessita-se de
  50 a 100 neurônios excitatórios para que juntos
  possam disparar um potencial de ação em uma
  célula motora.

Integração Sináptica
56
Sinais Excitatórios e Inibitórios

• Passando corrente suficiente através de um
  microeletrodo no corpo de um neurônio
  strectch-receptor na raiz do gânglio dorsal
  produz um pequeno Potencial Excitatório
  Pós-sináptico (EPSP) no neurônio motor que se
  comunica com o mesmo neurônio sensor.
• Estimulando um neurônio stretch-receptor que
  estimula um neurônio dos biceps, produzem um
  pequeno Potencial Inibitório Pós-sináptico (EPSP)
  em um neurônio do quadriceps.

Integração Sináptica
57
Sinapses Excitatórias

• O transmissor excitatório liberado dos neurônios
  stretch-receptors é o aminoácido l-glutamato,
  cujos canais iônicos que lhe são permeáveis,
  também são para o Na e o K.
• Os receptores de glutamato podem ser divididos em
  duas categorias
• Ionotrópicas que regulam diretamente os canais.
  A ação do glutamato nestes receptores sempre é
  excitatória. Há 3 tipos de receptores
  ionotrópicos
• NMDA (N-metil-D-aspartato) contribuem com o
  componente tardio do EPSP.
• Não NMDA AMPA e Kainate. Gera o componente
  grande adiantado do EPSP.
• Metabotrópicas que regulam indiretamente os
  canais através de mensageiros secundários. A ação
  do glutamato pode ser excitatória ou inibitória.

Integração Sináptica
58
Ação Sináptica Inibitória

• IPSP nos neurônios motores na espinha dorsal e na
  maioria dos neurônios centrais são gerados por
  pelos amino-ácidos neurotransmissores
• GABA o neurotransmissor mais encontrado. Atua
  nos receptores GABAA (um receptor ionotrópico que
  regula o canal de Cl-) e GABAB (um receptor
  metabotrópico que ativa um segundo mensageiro em
  casacada que ativa os canais de K)
• Glicina que ativa receptores ionotrópicos que
  regula os canais de Cl-.

Integração Sináptica
59
Sinais Analógicos e Digitais

• De uma forma genérica
• Sinal Analógico apresenta uma variação contínua
• Sinal Digital Apresenta uma variação discreta.
  Dois níveis, um Verdadeiro (0) e outro Falso (1).

• 1
• 0

T
Integração Sináptica
60
Recordações

• Wilder Penfield, um neurocirurgião, estimulou, a
  partir de 1950, eletricamente o lobo temporal de
  seus pacientes, que tinham problemas graves de
  epilepsias, com o intutito de descobrir a região
  tendente à convulsão a ser removida.
• A partir destes estímulos, ele percebeu que os
  mesmos produziam sensações mais complexas que os
  resultados produzidos em outras regiões. Estas
  sensações lembravam alucinações ou lembranças de
  experiências passadas.
• Este fato demonstrou que o lobo temporal exerce
  um papel importante no armazenamento da memória.

Aprendizagem Memória
61
Memória
Aprendizagem Memória
62
Aprendizagem

• Processo de aquisição de informações e
  conhecimentos novos.
• Dividida em
• Aprendizagem Associativa
• Associação entre eventos
• Aprendizagem Não-associativa
• Descreve as mudanças na resposta comportamental
  que ocorre ao longo do tempo em resposta a um
  tipo de estímulo.

Aprendizagem Memória
63
Aprendizagem Não-associativa

• Dividida em
• Habituação
• Sensitização

Aprendizagem Memória
64
Habituação nos Invertebrados
Aprendizagem Memória
65
Aprendizagem Associativa

• Condicionamento Clássico
• Envolve uma associação de um estímulo
  incondicional que envolve uma resposta mensurável
  com um estímulo condicional que geralmente não
  envolve uma resposta.
• Um estímulo prediz um outro estímulo.
• Ex. Experiência de Ivan Pavlov

66
Aprendizagem Associativa

• Condicionamento Instrumental
• O indivíduo aprende associado a uma resposta, a
  uma ação motora, a um estímulo significante,
  geralmente uma recompensa, tal como, comida,
  choque elétrico, cocaína, etc.
• É aprendido que um comportamento particular é
  associado com uma conseqüência específica.
• Ex. Experiência de Edward Thorndike

67
Como a informação é armazenada?

• Hebb apontou que a memória pode resultar de
  pequenas modificações nas sinapses.

Aprendizagem Memória