Neurociência de Sistemas e Circuitos
A neurociência de sistemas e circuitos estuda como as populações de neurônios são organizadas em sistemas e circuitos funcionais que percebem o mundo, geram movimento e moldam a emoção e o estado de alerta. É o nível de análise que se situa entre a neurociência celular e molecular, abaixo, e a cognição e o comportamento, acima, investigando como as vias anatômicas e os padrões de atividade neural dão origem à percepção, à ação e ao estado interno.
Definition
A neurociência de sistemas e circuitos é o estudo da estrutura e dinâmica de circuitos neurais definidos e sistemas de grande escala, ligando a conectividade anatômica e a atividade fisiológica às funções sensoriais, motoras, afetivas e de regulação do estado.
Scope
Esta área orienta o leitor para os principais sistemas funcionais do sistema nervoso: os sistemas visual, motor, somatossensorial, límbico e de atenção ou alerta. É uma visão geral educacional de referência que enquadra as entradas de tópicos detalhadas abaixo dela; não é uma orientação clínica e não aborda diagnóstico ou tratamento.
Sub-topics
Core questions
- Como as entradas sensoriais são transformadas ao longo de vias organizadas em representações perceptivas?
- Como os circuitos motores planejam, selecionam e executam o movimento?
- Como a emoção, a motivação e o estado de alerta são regulados por circuitos distribuídos e sistemas neuromoduladores?
- Como as arquiteturas de circuito hierárquicas e paralelas apoiam essas funções?
Key concepts
- Mapas topográficos e somatotópicos
- Campos receptivos e seletividade de características
- Processamento hierárquico e paralelo
- Alças cortico-gânglios da base-talamocorticais paralelas
- Sistemas neuromoduladores e de alerta
- Redes cerebrais de grande escala e conectividade
Mechanisms
Os sistemas funcionais são construídos a partir de circuitos nos quais conexões anatômicas ordenadas impõem computações à atividade neural. Os sistemas sensoriais mapeiam as superfícies dos receptores no córtex de forma topográfica e extraem características progressivamente mais complexas ao longo de vias hierárquicas, como demonstrado para o córtex visual por Hubel e Wiesel e para o córtex somatossensorial por Mountcastle. As funções motoras e límbicas dependem, em parte, de alças paralelas e parcialmente segregadas através dos gânglios da base e do tálamo, descritas por Alexander e colegas. Na maior escala, esses circuitos formam redes estruturais e funcionais cuja organização pode ser analisada com métodos da teoria dos grafos, conforme resumido por Bullmore e Sporns.
Clinical relevance
Os sistemas aqui descritos sustentam a neurologia e a psiquiatria clínicas: distúrbios da visão, movimento, sensação, emoção e estado de alerta mapeiam-se para a disfunção de circuitos específicos. Esta entrada explica a organização normal desses sistemas como pano de fundo para a compreensão da doença; é material de referência educacional e não uma base para diagnóstico ou tratamento individual.
Evidence & guidelines
A base de conhecimento da neurociência de sistemas repousa em evidências convergentes de eletrofisiologia de unidade única, rastreamento de tratos anatômicos, estudos de lesão e neuroimagem humana, em vez de ensaios clínicos. Estudos primários fundamentais (por exemplo, Mountcastle e Hubel e Wiesel) estabeleceram a organização colunar e topográfica do córtex, e análises de rede modernas integram-nas em explicações de nível de sistema; tratamentos de referência padrão são encontrados em livros didáticos abrangentes de neurociência.
History
A neurociência de sistemas surgiu dos esforços dos séculos XIX e XX para localizar funções no cérebro e mapear vias sensoriais e motoras. As gravações de unidade única de meados do século XX de Mountcastle no córtex somatossensorial e de Hubel e Wiesel no córtex visual revelaram a organização colunar e hierárquica do córtex sensorial, enquanto trabalhos posteriores sobre alças dos gânglios da base e, mais recentemente, sobre conectômica em larga escala estenderam o campo de circuitos individuais para redes de todo o cérebro.
Key figures
- Vernon Mountcastle
- David Hubel
- Torsten Wiesel
- Garrett Alexander
- Olaf Sporns
Related topics
Seminal works
- mountcastle-1957
- hubel-wiesel-1968
- alexander-1990
Frequently asked questions
- Como a neurociência de sistemas difere da neurociência celular ou molecular?
- A neurociência celular e molecular estuda neurônios individuais, sinapses e os genes e moléculas dentro deles, enquanto a neurociência de sistemas e circuitos estuda como grupos de neurônios são conectados em circuitos e sistemas que realizam funções como ver, mover-se ou regular a emoção.
- O que conta como um 'sistema' no sistema nervoso?
- Um sistema neural é um conjunto de estruturas interconectadas que, juntas, servem a uma função coerente, como o sistema visual, o sistema motor ou o sistema límbico; cada um é estudado como uma via organizada com entradas, transformações e saídas características.