Uma colaboração internacional que reuniu ao menos 200 pesquisadores, quatro deles brasileiros, obteve o roteiro mais preciso e detalhado até o momento de como o cérebro humano saudável evolui durante a vida. A equipe liderada pelos neurocientistas Richard Bethlehem, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e Jakob Seidlitz, da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, usou 123.984 imagens de ressonância nuclear magnética de 101.457 indivíduos para construir gráficos mostrando como o volume do cérebro todo – e de alguns de seus componentes – varia de tamanho de acordo com o sexo e a faixa etária. Esses diagramas são um estágio inicial para se chegar, no futuro, a uma ferramenta simples que permita aos médicos saber se o cérebro de uma criança está tendo um bom desenvolvimento e se a redução no volume cerebral apresentada pelos adultos e idosos é compatível com a idade ou se indica alguma doença neurodegenerativa.
Apresentados em 6 de abril em um artigo na revista Nature, os novos gráficos têm aparência simples: uma linha de traçado curvo – ora mais, ora menos inclinado – marcando a área, o volume ou a espessura esperada para o cérebro todo (ou para diferentes componentes cerebrais) em cada idade. O aspecto é semelhante ao das curvas de crescimento infantil, que indicam a faixa de peso e altura adequada para cada período da vida e são usadas por pediatras para saber se o desenvolvimento de uma criança segue o ritmo considerado ideal.
Marcos do desenvolvimento
Os gráficos da evolução cerebral permitiram aos pesquisadores confirmar a existência de alguns marcos do desenvolvimento antes considerados apenas hipotéticos, como o momento em que os principais componentes do cérebro atingem o volume máximo e quando regiões específicas alcançam a maturidade. “Uma das coisas que conseguimos fazer, por meio de um esforço global muito concentrado, foi reunir dados do desenvolvimento cerebral de toda a vida”, contou Bethlehem em um comunicado à imprensa. “Isso nos permitiu medir as mudanças muito precoces e rápidas que ocorrem no cérebro e o declínio longo e lento observado à medida que se envelhece.”
O ritmo de crescimento do cérebro nos primeiros anos de vida é impressionante e até mesmo superior ao imaginado anteriormente pelos especialistas. Por volta da metade da gestação, o órgão só tem 10% do volume máximo que alcançará no adulto jovem, quando atinge seu ápice. Apenas três anos após o nascimento, porém, ele já está com 80% da maior dimensão que terá em vida. “Essa informação é importante por dar mais sustentação à ideia de que os primeiros mil dias de um indivíduo, da gestação ao segundo ano pós-nascimento, são os que mais influenciam a capacidade de alcançar integridade física e mental duradoura”, afirma o neurologista Ricardo Nitrini, da Universidade de São Paulo (USP), que não participou da pesquisa.
Ritmo não homogêneo
O cérebro como um todo aumenta de tamanho até por volta dos 30 anos, quando, então, começa a perder volume muito suavemente – a tendência de encolhimento se acentua a partir dos 60 anos. O ritmo de crescimento e redução, no entanto, não é homogêneo. Ele varia entre os três principais componentes em que os especialistas costumam dividir o cérebro: a substância cinzenta cortical (também conhecida como córtex cerebral), a substância cinzenta subcortical e a substância branca. Esse padrão já era imaginado e até bem conhecido pelos especialistas, uma vez que as substâncias branca e cinzenta têm natureza e tempo de evolução distintos. O que não se sabia com muita precisão era quando cada uma delas atingia o seu maior tamanho e grau de desenvolvimento.
A substância cinzenta cortical e a subcortical são formadas essencialmente por neurônios e outras células do sistema nervoso central. Sua cor róseo-acinzentada é decorrente da parte dos neurônios que abriga: o corpo celular, região aproximadamente esférica que contém tanto o núcleo (onde estão os genes) como a maquinaria responsável por manter a célula funcionando. Na substância cinzenta encontram-se ainda pequenas ramificações chamadas dendritos, responsáveis por conectar o neurônio a seus vizinhos. Já a substância branca é composta por axônios, o prolongamento mais extenso do neurônio, que funciona como um cabo de eletricidade. Ele é recoberto por uma camada de gordura que lhe dá um tom amarelo descorado – daí o nome de substância branca – e transporta o sinal elétrico disparado pelo corpo celular de um neurônio até o de outro. Os feixes de axônio põem em contato áreas próximas ou distantes do córtex, a camada mais externa do cérebro, e das estruturas profundas formadas pela substância cinzenta subcortical.
Pico por volta de 6 anos
A compilação das imagens de ressonância magnética mostrou que o volume do córtex aumenta rapidamente a partir da segunda metade da gestação e atinge seu pico por volta dos 6 anos, antes de iniciar um moroso declínio (ver gráfico acima). “Esse máximo ocorre ao menos dois anos antes do que sugeriam trabalhos anteriores, realizados com número bem menor de participantes”, conta a neurocientista Andrea Jackowski, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), coautora do estudo.
O córtex é considerado o principal responsável por funções cognitivas como atenção, memória, linguagem e planejamento, além de contribuir para o controle dos movimentos e a percepção do ambiente. Seu ritmo de desenvolvimento também não é único – algumas regiões alcançam seu maior volume antes de outras. Na fase de expansão acelerada, o córtex fica mais vulnerável a interferências externas, sejam químicas ou emocionais. “Isso significa que está mais suscetível a efeitos danosos, mas também que pode estar mais maleável a intervenções terapêuticas”, explica o psiquiatra Pedro Pan, também da Unifesp, outro coautor do trabalho. O estudo contou ainda com a participação dos psiquiatras André Zugman, da Unifesp, e Giovanni Salum, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).
Redução mais evidente a partir dos 40 anos
A substância cinzenta subcortical é o segundo componente a crescer mais rapidamente. Ela chega ao seu volume culminante por volta dos 14 anos, pouco após o início da adolescência. Formada por agrupamentos de neurônios situados em regiões mais internas do cérebro, a substância cinzenta subcortical atua no controle das emoções, além de desempenhar uma série de funções essenciais à manutenção do organismo, como a regulagem da temperatura, da fome, da motivação e do ciclo de sono e vigília. Já a substância branca ganha volume um pouco mais lentamente. Ela alcança seu máximo perto dos 29 anos e começa a decair com mais intensidade a partir dos 50. O espaço deixado por esses componentes no interior do crânio passa a ser ocupado pelo líquido cefalorraquidiano, que banha o cérebro e outras estruturas do sistema nervoso, protegendo-os de impactos e infecções.
“Todos esses componentes começam a diminuir de volume a partir do ponto máximo. Os gráficos indicam, porém, que a redução se torna mais evidente depois dos 40 anos. Para o volume total do cérebro e da substância cinzenta subcortical, ela fica ainda mais acentuada a partir dos 60”, comenta Nitrini, da USP.
No estudo, os pesquisadores também analisaram o ritmo de declínio do volume dos diferentes componentes do cérebro em transtornos psiquiátricos e algumas doenças neurológicas. Com os dados disponíveis até o momento, foi possível observar que o encolhimento é maior no declínio cognitivo leve, que causa uma discreta perda da memória, e, como já se esperava, na doença de Alzheimer. “Nos transtornos mentais, a diferença no ritmo de redução também existe, mas foi muito pequena se comparada à das doenças neurodegenerativas”, relata Pan.
Primeiro passo
As curvas de desenvolvimento do cérebro apresentadas na Nature foram construídas com base na avaliação de quase 1 petabyte de dados (1 milhão de gigabytes). Elas traçam a faixa de volumes esperados para o cérebro em cada idade ao longo da vida – é a chamada trajetória normativa do desenvolvimento cerebral – que refletem a variabilidade encontrada na população. Esses gráficos, no entanto, ainda não permitiram estabelecer marcos suficientemente claros que tornem possível aos médicos verificar se, baseado nos volumes registrados nesses diagramas, o cérebro de um paciente está seguindo o padrão esperado de evolução para um órgão saudável, assim como as curvas de desenvolvimento infantil fazem para o peso e a altura. Hoje a constatação de que algo pode andar mal com o cérebro a partir dos exames de ressonância magnética depende da habilidade de neurologistas e radiologistas interpretarem as informações, se possível, comparando-as com as de exames anteriores.
Para que o uso individualizado se torne realidade, será preciso aumentar a quantidade de informações usadas na elaboração das curvas, incluindo dados de um número maior de indivíduos de diferentes etnias, níveis culturais e socioeconômicos e regiões do planeta. O trabalho atual se baseou principalmente em informações de populações europeias e norte-americanas. Da América do Sul, foram incluídos apenas dados do Chile e de cerca de 700 crianças e adolescentes de São Paulo e Porto Alegre acompanhados desde 2009 pelos pesquisadores do Instituto Nacional de Psiquiatria do Desenvolvimento para Crianças e Adolescentes (INPD), do qual fazem parte Jackowski, Pan e Salum. “A criação dessas curvas foi o primeiro passo”, diz Pan. “Estamos chegando perto de poder testá-las na prática clínica.”
PROJETO
O Instituto Nacional de Psiquiatria do Desenvolvimento: uma nova abordagem para a psiquiatria tendo como foco as nossas crianças e o seu futuro (nº 2008/57896-8); Modalidade Projeto Temático – INCT; Pesquisador responsável Euripedes Constantino Miguel Filho (FM-USP); Investimento R$6.018.389,69 (FAPESP e CNPq).
ARTIGO CIENTÍFICO
BETHLEHEM, R. A. I.; et al. Brain charts for the human lifespan. Nature. v. 604, n. 7906, p. 525-33. 6 abr. 2022.
* Este artigo Revista Pesquisa Fapesp. Leia o artigo original e ouça a entrevista com neurocientista Andrea Jackowski, da Unifesp, aqui.