Neurofisiologia - Processos de Aprendizagem e Memória

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Curso de Fisiologia 2007 Ciclo de Neurofisiologia 
Departamento de Fisiologia, IB Unesp-Botucatu Profa. Silvia M. Nishida
 
 
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PROCESSOS DE APRENDIZAGEM E MEMÓRIA 
 
 
 
As plantas guardam as informações exclusivamente no código genético. Os animais 
metazoários, além de guardar informações nos genes, usam o sistema nervoso para armazenar 
(memorizar), requisitar (lembrar) e usar as informações (aprender). Quando uma informação não 
é relevante, simplesmente a esquecemos. É justamente o que não queremos que ocorra durante 
as provas e, principalmente, durante o exercício da profissão, certo? Mesmo em nossas relações 
sociais é constrangedor não reconhecer nomes ou rostos ou, simplesmente, nos esquecermos de 
uma data ou de um encontro.... 
Eric Kandell, iminente neurobiologista escreveu: “Somos quem somos, em grande parte, 
devido ao que aprendemos e do que lembramos” 
O ambiente em que vivemos está o tempo todo em mutação e o nosso comportamento 
sofre mudanças de processos que denominamos aprendizagem (processo pelo qual adquirimos 
conhecimento sobre o mundo) e memória (processo pelo qual o conhecimento é codificado, retiro 
e posteriormente recuperado). 
 
Apesar do sistema nervoso apresentar peculiaridades típicas de cada espécie quanto aos 
circuitos neurais básicos, a neurotransmissão sináptica é bastante flexível e passível de 
modelação. Mudanças na nossa forma de perceber, executar um comportamento, de pensar ou de 
planejar está associado ao aprendizado e resulta em mudanças nos circuitos nervosos que, ao 
contrário do que se pensava, estão em constante reorganização. A vivência particular de cada um 
de nós faz com que cada cérebro seja funcionalmente exclusivo. 
O ser humano possui, entre todos os mamíferos, a maior e a mais complexa capacidade 
de processar, armazenar e utilizar informações. Dominamos o meio ambiente explorando os seus 
recursos pelo uso de ferramentas e somos os únicos a usar uma linguagem através dos qual nos 
comunicamos uns com os outros, expressando o que queremos e ensinamos uns aos outros. 
Nenhuma outra espécie foi capaz de combinar os processos de aprendizagem e memória e gerar 
o patrimônio cultural da humanidade. Dessa maneira criamos um acervo de informações que 
transcendem as gerações e somos capazes de realizar várias simulações de eventos usando as 
informações e prever eventuais possibilidades (por exemplo, fazer política ou ciência...). 
Sob o ponto de vista prático, incorporamos novos comportamentos continuamente. 
Aprender a falar, ler, escrever, cantar, dançar, pintar, cozinhar, jogar futebol, andar de bicicleta, 
tocar violão, dialogar, examinar um paciente, fazer uma cirurgia, etc são comportamentos 
“adquiridos” e o aperfeiçoamento das tarefas se dá por meio da repetição (por isso tem mesmo 
sentido dizer: “a prática faz a perfeição”). 
 
Um eminente neurologista, autor livro recomendado para leitura chamado Antonio R 
Damasio, disse que “... a evolução produziu um cérebro cuja função é representar diretamente o 
organismo e indiretamente tudo aquilo com que o organismo interage”. É como se as células 
nervosas fossem “cartógrafas da geografia de um organismo”! Aquilo que chamamos de “mente” 
corresponderia aos diferentes níveis de processamento da representação do “eu” e do que 
acontece a sua volta. 
O sistema nervoso possui dispositivos projetados para a detecção de objetos (pessoas, 
coisas, animais, etc.), representá-los, atribuir-lhes significado, arquiva-los e depois recuperá-los 
conforme a necessidade. Além de objetos, as células nervosas podem representar eventos 
associados a esses objetos, ou seja, não só sobre o que como é, mas para que serve e quando... 
A representação de um objeto pode ser feita de várias maneiras: através da imagem visual, um 
conjunto de palavras faladas ou escritas, ou uma sensação tátil. Uma face, por exemplo, pode ser 
basicamente representada com dois olhos, um nariz e uma boca. Há células nervosas que 
detectam o rosto como um todo, os seus movimentos e partes específicas, independentemente do 
conjunto. As implicações desse rosto, ou seja, seu sexo, se é familiar ou não, e que expressão 
apresenta estão associadas a vários neurônios disparando em vários locais do cérebro ao mesmo 
tempo e numa determinada ordem temporal. 
Hoje essas afirmações são possíveis, pois há técnicas que possibilitam avaliar as funções 
cerebrais enquanto essas tarefas mentais são solicitadas, por meio da tomografia 
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Extensão da remoção cirúrgica 
computadorizada que geram imagens como o tomografia de emissão positrônica (PET scan), a 
tomografia por ressonância magnética nuclear (RMN). 
 
Mas como e o que aprendemos? O que torna eficaz o armazenamento de uma dada 
informação? Como estudar para que o aprendizado acadêmico seja significativo para o meu futuro 
profissional? Os educadores têm dado um duro danado testando métodos eficazes de ensino-
aprendizagem. Há um consenso de que uma aprendizagem ativa é mais eficaz do que um 
processo passivo: por exemplo, procure aprender não apenas lendo esta apostila grifando 
passivamente os assuntos que achou importante. Questione as colocações feitas; reorganize as 
informações sob o seu ponto de vista, fazendo o seu próprio guia de estudo através de consultas 
nos livros-textos e sites indicados para estudo. 
 
Vamos tentar entender um caso clássico de Neurologia. 
 
 
Estudo de um caso e a elucidação sobre o processo de formação da memória 
 
W. Penfield (1950) teve uma contribuição inestimável para o progresso das neurociências. 
Entre as suas investigações estão a produção do homúnculo sensorial e motor e pesquisas e 
tratamento cirúrgico da epilepsia focal do lobo temporal. Como a manipulação do tecido nervoso é 
indolor, os pacientes sob cirurgia podem ficar acordados e em condições de falar. Assim, ao ser 
estimulado seletivamente nas regiões especificas do córtex o paciente pode contar as respectivas 
sensações. 
Numa dessas pesquisas, a estimulação do lobo temporal produzia relatos vivenciais 
(flashback), ou seja, coerentes de experiências passadas. Como os seus pacientes tinham 
epilepsia temporal, seus dados não foram considerados convincentes. 
Os pacientes com sintomas intratáveis da epilepsia eram submetidos à remoção bilateral 
da formação hipocampal, amígdala e partes associativas do córtex temporal. Uma das descrições 
clássicas é do paciente H.S. (27 anos) que já era epiléptico há uns 10 anos e se encontrava 
impossibilitado de trabalhar. Após a cirurgia, as crises foram tratadas, mas passou a apresentar 
amnésia
 e déficits de aprendizagem. Mais especificamente ele apresentava: 
�� Preservação da memória de curto prazo (de 
segundos a minutos) 
�� Preservação da memória de longo prazo antes da 
cirurgia 
�� Não conseguia transformar a memória de curto para 
de longo prazo (não havia consolidação da 
memória). Conseguia repetir um numero de 07 
dígitos por vários minutos, mas se fosse distraído 
não conseguia mais; simplesmente não se 
lembrava. 
�� Apresentava dificuldade de orientação espacial 
�� Aprendia apenas determinadas tarefas após a 
cirurgia; 
�� Normalidade do QI 
 
 
 
Todos os fatos recentes pós-ciúrgicos que acabara de vivenciar como conhecer pessoas e 
lugares novos não podiam mais ser lembrados posteriormente. Entretanto, se tivesse incorporado 
uma tarefa nova através da repetição, conseguia repeti-la tempos depois. Mas se perguntado por 
que ele está fazendo aquela tarefa aprendida, não conseguia responder coerentemente 
(Respondia: “Sobre o que você está falando? Nunca fiz isso antes!’)”. 
O caso desse paciente nos leva a crer que temos dois tipos de memória:a) Memória Explícita (ou declarativa): que depende de esforço consciente, deliberado. Trata-se 
de uma forma de memória flexível e envolve a associação de vários pedaços e pecas de 
informação 
 
b) Memória implícita (memória não-declarativa): que é recordada inconscientemente 
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A memória explicita decodifica aspectos autobiográficos (No carnaval, irei a Porto Seguro 
e visitarei uma grande amiga com quem estudei no ensino fundamental) e o conhecimento factual 
(A água é menos densa do que o chumbo) e depende de processos cognitivos mais complexos 
como comparação, avaliação e inferência. Durante este processo, recrutamos voluntariamente 
ou deliberadamente os dados que já estavam armazenados em nosso cérebro. No caso do nosso 
paciente, ele é incapaz de consolidar memória do tipo explicita. Por isso, apesar de aprender 
inconscientemente a tarefa motora via repetição, ele não é capaz de contar o motivo porque 
aprendeu e executa a tarefa, pois as estruturas responsáveis pelo mecanismo de consolidação 
foram removidas. Que estruturas são essas? 
 
Ambos os tipos de memória possuem escalas temporais de durabilidade variadas: 
 
1) Memória imediata que dura apenas alguns segundos 
 
2) Memória de curto prazo
 dura minutos (=memória de trabalho). É o tipo de memorização 
que fazemos quando tentamos guardar o número de telefone pela primeira vez. Essa 
memória tem por características: 
• pequena capacidade de retenção (no máximo, 5 a 9 itens de cada vez); 
• labilidade (facilmente esquecida quando a nossa atenção é desviada); 
• fugacidade (automaticamente eliminada em 1 a 2 minutos, caso não haja reverberação 
voluntária da informação. 
 
3) Memória de longo prazo
 (ou de referência) que dura horas, semanas, meses a anos. Ela 
depende de reverberação voluntária. Postula-se que as informações sensoriais primeiro são 
memórias de curto prazo e a que a repetição da estimulação consolida (estoca) a 
informação. Segundo essa idéia, a memória de curto prazo estaria relacionada com a 
atividade neural propriamente dita enquanto que a de longo prazo envolveria alterações 
sinapticas. 
 
Assim como precisamos lembrar, também esquecemos. O “esquecimento” serve para 
dar espaço a novas informações, especialmente aquelas que operam rapidamente. Já a amnésia 
é um processo patológico no qual o paciente não consegue armazenar novas informações 
(amnésia anterógrada) ou, não consegue se lembrar de fatos passados (amnésia retrógrada). Há 
um famoso caso de um paciente que nunca se esquecia das coisas que aprendia...Lembrar-se de 
todas as informações ou não conseguir esquecer seria patológico?? 
 
 
 
CATEGORIAS DE APRENDIZADO 
 
Vamos analisar os paradigmas da Psicologia relacionados ao aprendizado do tipo não 
declarativo (ou implícito). 
 
 
 
 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Habituação: redução de resposta motora mediante estímulos repetitivos não nociceptivos 
 
Sensitização
 (pseudocondicionamento): exacerbação de uma tarefa motora mediante estímulos 
repetitivos nociceptivos. 
Aprendizagem 
Não declarativa
 
Aprendizagem 
Não-associativa 
Aprendizagem 
Associativa
 
Habituação 
 
 
Sensibilização 
Condicionamento clássico (pavloviano) 
 
 
Condicionamento operante (instrumental) 
 
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Condicionamento clássico:
 comportamento aprendido decorrente da associação entre dois 
estímulos. 
Exemplo: A salivação é uma resposta reflexa (inata) que ocorre quando o alimento é visualizado. 
O som de uma sineta não evoca essa resposta (estímulo não condicionado=US), mas se a cada 
refeição uma sineta é tocada juntamente com a apresentação do estimulo visual, o som sozinho 
passará a causar salivação. Assim, o som da sineta se tornará um estímulo condicionado (CS) e 
a salivação, uma resposta condicionada. Se a sineta não for mais tocada, a resposta condicionada 
vai se extinguir. Neste caso, repare, não é o mesmo que esquecer: é um novo aprendizado, o de 
que o som não está mais associado à refeição. Esse tipo de aprendizado tem alto valor preditivo, 
capacitando-nos a associar os estímulos relevantes que estão a nossa volta. 
 
Condicionamento operante (ou aprendizado por tentativa-e-erro) comportamento aprendido 
decorrente da associação entre a resposta e a sua conseqüência. O significado das conseqüência 
é descoberto sem querer, por acaso. Imagine um rato privado de alimento em uma gaiola. Ao 
explorar a gaiola, sem querer pressiona uma alavanca que lhe fornece pelotas de ração. Logo ele 
associará que a pressão sobre a alavanca (comportamento) fornece a ração (conseqüência). 
Logo, a taxa com que a alavanca será pressionada aumentará rapidamente e o animal aprende 
que, entre várias atividades motoras que ele pode realizar, esta fornece alimento que evitará o seu 
jejum. Suponha que há duas alavancas, uma quadrada e a outra triangular e que, esse mesmo 
rato, leva um choque (estímulo nociceptivo) todas as vezes que aperta a quadrada. Rapidamente, 
ele apertará apenas a alavanca triangular, mesmo que a quadrada não seja mais eletrificada. 
Através da associação entre a resposta e a sua conseqüência, aprendemos a reforçar o 
comportamento (que traz recompensa) ou a evitá-lo (que causa punição), ou seja, esse tipo de 
aprendizado também é preditivo. 
 
 Em ambos tipos de aprendizagem o tempo de associação entre os estímulos ou, entre o 
estimulo e a resposta são críticos. Assim, se o som da sineta for apresentado muito tempo depois 
da visualização do alimento a eficácia da aprendizagem é torna-se menor. Sob o ponto de vista 
adaptativo, esses processos de aprendizagem nos permitem filtrar que estímulos e atitudes são 
relevantes. O sistema nervoso dessa maneira, não é uma tabula rasa: não é passível de ser 
estimulado arbitrariamente com qualquer evento, mas está adaptado a detectar e associar certos 
estímulos e respostas e não outros. 
Por exemplo, quando ratos são alimentados com ração acrescida de baunilha + veneno 
ocorre náusea e vômito. A associação estabelecida entre os dois estímulos e a resposta faz com 
que ele evite mesmo a ração flavorizada apenas com baunilha. 
 
 
 
O processo de memorização tem dois estágios 
 
Quando uma pessoa sofre um desmaio, sofre de amnésia retrógrada e anterógrada em 
relação aos eventos recentes ao trauma sem que haja qualquer comprometimento da memória 
antiga (estamos agora nos referindo a pessoas com o lobo temporal intacto). O esquema abaixo 
ilustra como funciona o processo: 
A memória de curto prazo estaria relacionada com o processo de entrada das 
informações, um processo lábil e que dura pouco tempo (alguns minutos). Em seguida ela é 
convertida em memória de longo prazo (consolidação). O sistema de busca e recuperação, então, 
procura por essa informação para ser utilizada numa determinada tarefa. Por esse modelo 
podemos esperar que se o processo de armazenamento ou de busca for interrompido, não 
poderemos nos lembrar do que aconteceu ou armazenar novas informações, conforme o nível e o 
local de comprometimento. É estabelecido que memórias permanentemente consolidadas 
(antigas) são estáveis, mas aquelas que ainda não o foram, são mais passíveis de sofrerem 
déficits. 
Ao mesmo tempo, com a idade, o SNC vai sofrendo déficits no processo de memorização 
e aprendizado. Repare que pessoas mais idosas expressam com extrema clareza ao relatarem 
fatos antigos, mas apresentam dificuldade para recordar de fatos e tarefas recentes. Já uma 
criança em desenvolvimento, ao contrário, possui uma imensa capacidade de aprender.Curso de Fisiologia 2007 Ciclo de Neurofisiologia 
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MECANISMOS DA MEMÓRIA DECLARATIVA 
 
Hipocampo 
 
 O hipocampo parece ser o sítio depositário, 
mas temporário, da memória declarativa e de longo 
prazo. Ele transfere a informação aprendida 
conscientemente para outras áreas, provavelmente 
para o córtex cerebral, onde é armazenado 
permanentemente. O seu papel no processamento da 
memória explicita envolve não só o hipocampo como 
córtex entorrinal
 (eferente importante para o 
hipocampo), o subculum (para onde o hipocampo se 
projeta), e o córtex parahipocampal. 
O reconhecimento facial ocorre no córtex 
associativo parieto-temporo-ociciptal, mais 
especificamente relacionado à área visual associativa 
no córtex ínfero-temporal. Informações provenientes 
destas áreas seguem para o hipocampo, via córtex 
entorrinal. Assim, quando conhecemos uma nova 
pessoa, a informação sobre a face fica armazenada no hipocampo temporariamente e só depois, é 
repassada para a área cortical de associação, permanentemente. 
O nosso paciente tinha a incapacidade de lembrar-se das pessoas novas que conhecia, 
mas as que conhecia antes da cirurgia, lembrava-se perfeitamente, pois estas faces já estava 
consolidadas definitivamente na memória. 
Estimulações de altas freqüências no hipocampo causam um fenômeno chamado 
potenciação de longo prazo ou LPT. 
Sugere-se também que o hipocampo apresenta dominância funcional: lesões do lado 
dominante (geralmente o esquerdo em pessoas destras) causam dificuldade de memorização de 
informações auditivas e de leitura; já a lesão do lado oposto causa dificuldade de memorizar 
rostos, padrões espaciais e melodias musicais. 
 
 
MECANISMOS DA MEMÓRIA NÃO-DECLARATIVA 
 
A memória implícita, diferente da memória explicita, não requer aprendizado ou resgate 
consciente 
 
 O paciente com epilepsia era capaz de aprender determinadas tarefas motoras mesmo 
sem as estruturas hipocampais. Tal aprendizado é possível porque as tarefas motoras repetitivas 
promovem um tipo de memorização lenta e inconsciente. É parecido como andar de bicicleta ou 
dançar. Quando aprendemos a dançar, primeiro passamos por uma experiência consciente 
planejando a seqüência de movimentos que deverão ser executados. Repetimos a seqüência de 
movimentos várias vezes e, finalmente, os incorporamos (aprendizagem motora). Logo, estaremos 
dançando harmonicamente com o ritmo da musica (ou andando de bicicleta) automaticamente. E 
nem será necessário uma recordação consciente para executar essas tarefas ... 
 Esses fatos fortalecem a hipótese de que a repetição de uma determinada tarefa motora e 
sensorial é aprendida inconscientemente e incorporada ao circuito neural que o executa. Esta é 
uma provável razão porque o nosso paciente, mesmo sem as áreas hipocampais era capaz de 
aprender tarefas através da repetição. 
 
 
Amigdala 
 
 A amigdala também tem importante papel no processo de memorização afetiva 
(emocional). Ela recebe fibras corticais sensoriais, talâmicas e hipotalâmicas. Nela ocorrem 
processos em que ao ouvir uma voz, associa-se com a fisionomia da pessoa; ao ver uma fruta 
lembra-se do seu sabor, etc. Além disso, a amigdala parece conferir qualidades emocionais às 
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sensações servindo de um filtro que limita a atenção e aprendizagem sobre determinado processo 
de consolidação e de recuperação. 
 
 
Relação entre os dois tipos de memória 
 
 Se levarmos um choque ao colocar a mão numa chapa eletrificada, imediatamente, 
retiramos a mão. Não precisamos aprender para manifestar este reflexo. Suponha que todas as 
vezes que levamos um choque, uma lâmpada se acenda. Logo, a luz se tornará um estimulo 
condicionado
 (aprendido) e, sozinha, será capaz de evocar a resposta. A pergunta é: o que 
exatamente foi condicionado? 
 A luz parece desencadear o recrutamento das mesmas unidades motoras que realizam a 
tarefa retirar a mão devido ao estimulo natural, ou seja, dor. Mas para que um estímulo inócuo 
(luz) pudesse realizar tal tarefa, foi necessário que as conseqüências da resposta inicial (dor) se 
tornassem conscientes, já durante o “treinamento”, o automatismo da resposta motora associada à 
luz, já não depende de mecanismo consciente. 
Aprender envolve os dois tipos de memória (explícita e implícita), sendo que a constante 
repetição converte a memória explicita em memória implícita. O hipocampo estaria então 
associado com o processo de memorização explicita e o cerebelo, com os mecanismos motores 
da memória implícita (como veremos mais tarde). 
 
 
 
 
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Mecanismos celulares de aprendizado e memória 
 
Ao lidarmos com modelos de sistema nervoso complexo (mamíferos) temos dificuldades 
de interpretar os dados experimentais. Mas, se os modelos mais simples apresentam padrões de 
aprendizado universais, podemos equacionar os dois problemas e tentar compreender as bases 
celulares envolvidas no processo. 
De fato, invertebrados como a aplísia (molusco) é um ótimo modelo experimental, pois 
possuem todos os seus 20.000 neurônios mapeados e identificados e apresentam tanto 
comportamento de não-associativo como associativo que já estudamos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quando um estímulo mecânico é aplicado no sifão da aplísia ela recolhe reflexamente as 
brânquias. Mas se estes estímulos inócuos são sistematicamente aplicados no sifão, a resposta 
de recolher a brânquia diminui, ou seja, ela se habitua. O mecanismo envolvido é devido à 
depressão na transmissão sináptica, mais especificamente devido ao esgotamento de NT (glu) 
excitatórios sobre os interneurônios e neurônios motores. A figura acima, `a direita, mostra que a 
aplísia é capaz de reter a resposta aprendida a longo prazo: veja que depois de 1 semana, os 
neurônios motores ficam “silentes”, mesmo que as células sensoriais estejam funcionando 
normalmente. A consolidação da resposta aprendida parece dever-se a mecanismos relacionados 
com modificação morfológica e regulação da expressão gênica. 
Também a aplísia é capaz de manifestar o 
comportamento de sensitização, ou seja, exacerbar 
a resposta de recolher as brânquias, se um estímulo 
doloroso for aplicado na cauda e reapresentado 
novamente. Neste caso, o que ocorre é a facilitação 
da estimulação dos neurônios motores que causam o 
recolhimento da brânquia. Os neurônios sensoriais 
nociceptivos recrutam interneurônios facilitatórios que 
secretam neuromoduladores (5-HT). (Figura seguinte) 
O 5-HT liberado por estes interneurônios age 
pré-sinapticamente sobre os neurônios sensoriais que 
secretam normalmente o Glu e causam: 
 
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1) estimulação da neurossecreção de Glu; 
2) fechamento dos canais de K, dificultando 
a repolarização. 
 
Repare que a 5-HT age tanto pelo sistema da 
adenilciclase como do fosfaditil inositol. 
Também neste caso, a aplísia é capaz de 
aprender e reter esta informação a longo prazo. 
Para explicar o mecanismo de retenção de 
memória a longo prazo, tem sido proposto que neste 
tipo de aprendizado, a 5HT recruta mecanismos de 
regulação da expressão genética e crescimento 
celular (figura abaixo, a esquerda). 
Dados quantitativos sobre o número de 
sinapses tem sido obtidos e revelam que na aplísia, o 
seu“simples” sistema nervoso apresenta plasticidade 
diante das circunstâncias que a rodeia e ajusta suas 
respostas através destes processos simples de 
aprendizado conforme ilustrado no esquema abaixo.