Principios de Neurociências Cap 2

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O sistema nervoso possui dois tipos de células
As células nervosas são as unidades sinalizadoras do 
sistema nervoso
Células gliais dão suporte às células nervosas
Cada célula nervosa é parte de um circuito que tem uma ou 
mais funções comportamentais específicas
A sinalização é organizada da mesma forma em todas as 
células nervosas
O componente aferente produz sinais locais graduados
A zona de gatilho é decisiva na geração do potencial de 
ação
O componente condutivo propaga um potencial de ação 
tudo-ou-nada
O componente eferente libera neurotransmissores
A transformação do sinal neuronal de sensorial para 
motor é ilustrada pela via do reflexo patelar
Células nervosas diferem principalmente em nível 
molecular
Modelos de redes neurais simulam o processamento em 
paralelo da informação no encéfalo
Conexões neurais podem ser modificadas pela experiência
A 
IMPRESSIONANTE VARIEDADE DO COMPORTAMENTO HU-
MANO depende de uma gama sofisticada de recep-
tores sensoriais conectados a um órgão neural alta-
mente flexível – o encéfalo – que seleciona, dentre o fluxo 
de sinais sensoriais, aqueles eventos ambientais que são 
importantes para o indivíduo. Em outras palavras, o en-
céfalo organiza ativamente a percepção, parte da qual é ar-
mazenada na memória para referência futura, e outra parte 
é transformada em respostas comportamentais imediatas. 
Tudo isso é realizado por células nervosas interconectadas.
Células nervosas individuais, ou neurônios, são as uni-
dades básicas do encéfalo. O encéfalo humano possui um 
enorme número dessas células, da ordem de 1011 neurônios, 
que podem ser classificadas em, no mínimo, mil diferentes 
tipos. Mesmo assim, a complexidade do comportamento 
humano depende mais da organização dos neurônios em 
circuitos anatômicos com funções precisas do que de sua 
variedade. Um princípio organizacional fundamental do 
encéfalo, portanto, é que as células nervosas com proprie-
dades similares podem produzir ações diferentes de acor-
do com a maneira como se interconectam.
Uma vez que relativamente poucos princípios de or-
ganização podem gerar uma complexidade considerável, 
é possível entender muito sobre como o sistema nervoso 
gera um comportamento com foco em cinco características 
básicas do sistema nervoso:
 1. os componentes estruturais das células nervosas indi-
viduais;
 2. os mecanismos pelos quais os neurônios produzem si-
nais dentro e entre eles;
 3. os padrões de conexões das células nervosas entre si e 
com seus alvos, como músculos e glândulas;
 4. a relação de diferentes padrões de interconexão com 
diferentes tipos de comportamento;
 5. as formas de modificação, pela experiência, de neurô-
nios e suas conexões.
As várias partes deste livro são organizadas de 
acordo com os cinco tópicos principais, acima referidos. 
Neste capítulo, oferecemos uma visão geral do controle 
neural do comportamento, introduzindo tais tópicos em 
conjunto. Primeiramente, consideraremos a estrutura e a 
função dos neurônios e das células gliais que os cercam 
e sustentam. Depois, examinaremos como as células in-
dividuais organizam e transmitem sinais e como a sina-
lização entre algumas células nervosas interconectadas 
produz um comportamento simples, o reflexo patelar. 
Finalmente, consideraremos como as mudanças na sina-
lização por células específicas podem modificar o com-
portamento.
2
As células nervosas, os circuitos neurais 
e o comportamento
20 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
O sistema nervoso possui dois tipos de células
Há duas classes principais de células no sistema nervoso: 
células nervosas, ou neurônios, e células gliais, ou glia.
As células nervosas são as unidades sinalizadoras do 
sistema nervoso
Um neurônio típico tem quatro regiões morfologicamente 
definidas: (1) o corpo celular, (2) os dendritos, (3) o axônio e 
(4) os terminais pré-sinápticos (Figura 2-1). Como veremos 
adiante, cada região tem um papel distinto na geração de 
sinais e na comunicação com outras células nervosas.
O corpo celular, ou soma, é o centro metabólico da cé-
lula. Contém o núcleo, que possui os genes da célula, e o 
retículo endoplasmático, uma extensão do núcleo onde 
proteínas celulares são sintetizadas. O corpo celular geral-
mente origina dois tipos de processos: vários dendritos cur-
tos e um axônio longo e tubular. Os dendritos ramificam-se 
de forma semelhante a uma árvore e são o principal apara-
to para recepção de sinais aferentes de outras células ner-
vosas. O axônio tipicamente estende-se até certa distância 
do corpo celular e carrega sinais a outros neurônios. Um 
axônio pode transportar sinais elétricos por longas distân-
cias, de 0,1 mm a 2 m. Esses sinais elétricos, chamados po-
tenciais de ação, são iniciados em uma zona especializada 
de disparo (zona de gatilho) próxima à origem do axônio, 
chamada segmento inicial, a partir da qual esses potenciais 
se propagam através do axônio sem falhas ou distorções, 
a velocidades de 1 a 100 m/s. A amplitude de um poten-
cial de ação viajando pelo axônio se mantém constante a 
100 mV porque o potencial de ação é um impulso tudo-ou-
-nada que se regenera a intervalos regulares ao longo do 
axônio (Figura 2-2).
Potenciais de ação são os sinais pelos quais o encéfalo 
recebe, analisa e transmite a informação. Esses sinais são 
altamente estereotipados em todo o sistema nervoso, mes-
mo que iniciados por uma grande variedade de eventos 
ambientais que nos atingem – da luz ao contato mecânico, 
de odores a ondas de pressão. Os sinais que transmitem 
informação sobre visão são idênticos aos que carregam in-
formação sobre odores. Eis um princípio básico da função 
cerebral: a informação transmitida por um potencial de 
ação é determinada não pela forma do sinal, mas pela via 
trafegada pelo sinal no encéfalo. O encéfalo analisa e inter-
preta os padrões de sinais elétricos aferentes e suas vias, 
criando nossas sensações de visão, tato, olfato e audição.
Para aumentar a velocidade de condução dos poten-
ciais de ação, grandes axônios são enrolados em uma subs-
tância lipídica isolante, a mielina. A bainha de mielina é in-
terrompida a intervalos regulares pelos nodos de Ranvier, 
Figura 2-1 A estrutura do neurônio. A maioria dos neurônios 
no sistema nervoso dos vertebrados tem várias características 
principais em comum. O corpo celular contém o núcleo, o depó-
sito da informação genética, e origina dois tipos de processos ce-
lulares: axônios e dendritos. Os axônios são o elemento transmis-
sor dos neurônios; variam bastante em comprimento, e alguns se 
estendem por mais de 2 metros dentro do corpo. A maioria dos 
axônios no sistema nervoso central é muito fina (entre 0,2 mm e 
20 mm de diâmetro) em comparação com o diâmetro do corpo 
celular (50 mm ou mais). Muitos axônios são isolados por uma 
bainha gordurosa de mielina, que é interrompida regularmente 
em alguns pontos chamados nodos de Ranvier. O potencial de 
ação, sinal condutor da célula, é iniciado no segmento inicial do 
axônio e propaga-se para a sinapse, local no qual os sinais se 
transmitem de um neurônio a outro. As ramificações do axônio 
do neurônio pré-sináptico transmitem sinais para a célula pós-
-sináptica. As ramificações de um único axônio podem formar 
sinapses com até mil neurônios pós-sinápticos. Os dendritos 
apicais e basais junto com o corpo celular são os elementos 
aferentes (de entrada) do neurônio, recebendo sinais de outros 
neurônios.
Dendritos apicais
Dendritos
basais
Axônio
(segmento
inicial)
Cone de
implantação
axonal
Nodo de Ranvier
Núcleo
Corpo celular
Axônio
Dendrito
pós-sináptico
Sinapse
Terminal
pré-sináptico
Célula
pré-sináptica
Células
pós-sinápticas
Bainha de mielina
Princípios de Neurociências 21
pontos do axônio não isolados pela mielina, onde o poten-
cial de ação é regenerado. Voltaremos a tratar da mielini-
zação no Capítulo 4 e de potenciais de ação no Capítulo 7.
Próximoao seu final, o axônio se divide em finas rami-
ficações que contatam outros neurônios em zonas especiali-
zadas de comunicação chamadas sinapses. A célula nervosa 
que está transmitindo o sinal é chamada célula pré-sináptica; 
a célula receptora do sinal é a célula pós-sináptica. A célula 
pré-sináptica transmite sinais por regiões especializadas di-
latadas em suas ramificações axonais, chamadas terminais 
pré-sinápticos ou terminais nervosos. As células pré-sinápticas 
e pós-sinápticas são separadas por um espaço muito estrei-
to, a fenda sináptica. A maioria dos terminais pré-sinápticos 
termina nos dendritos dos neurônios pós-sinápticos, mas 
os terminais podem também fazer contato com o corpo ce-
lular ou, menos frequentemente, no início ou extremidade 
do axônio da célula receptora (ver Figura 2-1).
Como visto no Capítulo 1, Ramón y Cajal foi o respon-
sável por grande parte das evidências iniciais da doutrina 
neuronal, o princípio de que cada neurônio é uma célula 
distinta com processos específicos que surgem de seu cor-
po celular e que os neurônios são as unidades sinalizadoras 
do sistema nervoso. Em retrospecto, é difícil avaliar como 
foi difícil persuadir os cientistas dessa ideia elementar. Di-
ferentemente de outros tecidos, nos quais as células têm 
formas simples e cabem em um único campo do micros-
cópio óptico, as células nervosas têm formas complexas. 
Os padrões elaborados de dendritos e o curso aparente-
mente infinito de alguns axônios a princípio tornou muito 
difícil estabelecer uma relação entre tais elementos. Mes-
mo depois que os anatomistas Jacob Schleiden e Theodor 
Schwann estabeleceram a teoria celular no início da década 
de 1830 – e a ideia de que as células são as unidades estru-
turais de todos os seres vivos se tornou um dogma central 
da Biologia –, a maioria dos anatomistas não aceitava que 
a teoria celular se aplicava ao encéfalo, o qual imaginavam 
ser uma estrutura reticular contínua de processos muito fi-
nos, em formato de teia.
A coerência sobre a estrutura do neurônio não se tornou 
clara até o fim do século XIX, quando Ramón y Cajal come-
çou a usar o método de coloração com prata introduzido por 
Golgi. Ainda utilizado nos dias de hoje, esse método possui 
duas vantagens. Primeiro, de uma maneira randômica que 
não é compreendida, a solução de prata cora apenas por vol-
ta de 1% das células de qualquer região cerebral específica, 
tornando possível examinar um único neurônio isolado da 
sua vizinhança. Segundo, os neurônios que são efetivamen-
te corados ficam inteiramente delineados, incluindo corpo 
celular, axônio e árvore dendrítica completa. Essa coloração 
revela que não há continuidade citoplasmática entre neurô-
nios, mesmo nas sinapses entre duas células.
Ramón y Cajal aplicou o método de Golgi para visua-
lizar o sistema nervoso embrionário de muitos animais e 
também humanos. Examinando a estrutura dos neurônios 
em quase todas as regiões do sistema nervoso, ele pode 
descrever classes de células nervosas e mapear as conexões 
precisas entre muitas delas. Assim, Ramón y Cajal adicio-
nou, além da doutrina neuronal, outros dois princípios da 
organização neural que seriam particularmente valiosos no 
estudo da comunicação no sistema nervoso.
O primeiro deles tornou-se conhecido como o princípio 
da polarização dinâmica. Estabelece que sinais elétricos den-
tro de uma célula nervosa fluem apenas em uma direção: 
dos sítios receptivos neuronais, geralmente os dendritos e o 
corpo celular, para a região da zona de gatilho (ou zona de 
disparo) do axônio. De lá, o potencial de ação propaga-se 
por toda a extensão do axônio até seus terminais. Na maio-
ria dos neurônios estudados até agora, os sinais elétricos de 
fato trafegam em um sentido. Mais adiante, neste capítulo, 
é descrita a base fisiológica de tal princípio.
O outro princípio proposto por Ramón y Cajal é o da es-
pecificidade conectiva, que postula que as células nervosas não 
fazem conexões randômicas entre si na formação das redes 
neurais. Em vez disso, cada célula faz conexões específicas – 
em pontos de contato particulares –, com certas células-alvo 
pós-sinápticas, mas não com outras. Os princípios da pola-
rização dinâmica e da especificidade conectiva são a base da 
moderna abordagem conexionista para estudo do encéfalo.
Ramón y Cajal também esteve entre os primeiros a per-
ceber que a característica que mais distingue um tipo de 
neurônio de outro é a forma, especificamente o número de 
processos que se originam do corpo celular. Os neurônios 
são, portanto, classificados em três grandes grupos: unipo-
lares, bipolares e multipolares.
Neurônios unipolares são os mais simples porque pos-
suem um único processo primário, que geralmente origina 
muitas ramificações. Uma ramificação atua como axônio, e as 
outras, como estruturas receptivas (Figura 2-3A). Essas célu-
las são predominantes no sistema nervoso de invertebrados; 
em vertebrados, fazem parte do sistema nervoso autônomo*.
Neurônios bipolares têm um corpo oval que origina dois 
processos distintos: uma estrutura dendrítica, que recebe 
sinais da periferia do organismo, e um axônio, que carre-
* N. de R.T. Diferentes termos são empregados para designar este 
sistema: sistema nervoso autônomo, sistema neurovegetativo ou 
sistema motor visceral.
+40
–70
0
Figura 2-2 Este traçado histórico foi o primeiro registro in-
tracelular de um potencial de ação publicado. Foi registrado 
em 1939, por Hodgkin e Huxley em um axônio gigante da lula, 
usando eletrodos capilares de vidro preenchidos com água do 
mar. Os pulsos temporais são separados por 2 ms. A escala ver-
tical indica o potencial do eletrodo interno em milivolts, sendo a 
água do mar externa tomada como o potencial zero. (Reproduzi-
da, com permissão, de Hodgkin e Huxley, 1939.)
22 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
ga essa informação para o sistema nervoso central (Figura 
2-3B). Muitas células sensoriais são bipolares, inclusive as 
da retina e as do epitélio olfatório nasal. Os neurônios sen-
soriais que transmitem sinais de tato, pressão e dor à me-
dula espinal são variantes das células bipolares chamadas 
de pseudounipolares. Essas células se desenvolvem inicial-
mente como bipolares, mas os dois processos celulares se 
fundem em uma estrutura única e contínua que se origina 
de um ponto único no corpo celular. O axônio divide-se 
em duas ramificações, uma se dirigindo à periferia (para 
receptores sensoriais na pele, articulações e músculos), e 
outra para a medula espinal (Figura 2-3C).
Neurônios multipolares são os predominantes no sis-
tema nervoso de vertebrados. Possuem comumente um 
único axônio e muitas estruturas dendríticas originadas de 
vários pontos ao redor do corpo celular (Figura 2-3D). Cé-
lulas multipolares variam muito na forma, especialmente 
no comprimento de seus axônios e na extensão, nas dimen-
sões e na complexidade de suas ramificações dendríticas. 
Via de regra, a extensão das ramificações correlaciona-se 
A Célula unipolar C Célula pseudounipolarB Célula bipolar
Neurônio de invertebrado Célula ganglionar da raiz dorsalCélula bipolar da retina
Axônio
central
Processo único
bifurcado
Corpo celular
Axônio periférico
para pele e
músculos
Dendritos
Dendritos
Corpo celular
Axônio
Dendritos
Corpo celular
Axônio
D Três tipos de células multipolares
Dendrito
basal
Corpo
celular
Axônio
Neurônio motor da medula espinal Célula piramidal do hipocampo Célula de Purkinje do cerebelo
Dendritos Corpo celular
Axônio
Dendrito
apical
Terminais axonais
Dendritos
Axônio
Terminais
axonais
Corpo celular
Figura 2-3 Neurônios são classificados como unipolares, 
bipolares ou multipolares, de acordo com o número de pro-
cessos que se originam do corpo celular.
A. Células unipolares têm um único processo originado da célula. 
Diferentes segmentos servem como superfícies receptoras ou 
terminais de liberação. Células unipolares sãocaracterísticas do 
sistema nervoso de invertebrados.
B. Células bipolares têm dois tipos de processos que são espe-
cializados funcionalmente. O dendrito recebe sinais elétricos, e o 
axônio os transmite para outras células.
C. Células pseudounipolares são variantes das células bipolares 
que transmitem informação somatossensorial para a medula espi-
nal. Durante o desenvolvimento, os dois processos da célula bipo-
lar embrionária se fundem e emergem do corpo celular como um 
único processo que tem dois segmentos funcionalmente distintos. 
Ambos os segmentos funcionam como axônios: um se estende 
para a periferia (pele ou músculo), e o outro, para o centro da me-
dula espinal. (Adaptada, com permissão, de Ramón y Cajal, 1933.)
D. Células multipolares têm um único axônio e muitos dendri-
tos. Elas são o tipo de neurônio mais comum no sistema nervo-
so de mamíferos. Três exemplos ilustram a grande diversidade 
dessas células: os neurônios motores espinais inervam as fibras 
dos músculos esqueléticos; as células piramidais têm um corpo 
celular aproximadamente triangular; os dendritos emergem tanto 
do ápice (dendritos apicais) quanto da base (dendritos basais). 
As células piramidais são encontradas no hipocampo e por todo 
o córtex cerebral. As células de Purkinje do cerebelo são carac-
terizadas por uma árvore dendrítica rica e extensa, que acomoda 
uma enorme aferência sináptica. (Adaptada, com permissão, de 
Ramón y Cajal, 1933.)
Princípios de Neurociências 23
com o número de contatos sinápticos feitos por outros neu-
rônios. Um neurônio motor espinal com um número relati-
vamente pequeno de dendritos recebe por volta de 10 mil 
contatos – 1 mil no corpo celular e 9 mil nos dendritos. A 
árvore dendrítica de uma célula de Purkinje no cerebelo é 
muito maior e mais ramificada, recebendo até um milhão 
de contatos.
As células nervosas são também classificadas em três 
categorias funcionais principais: neurônios sensoriais, 
neurônios motores e interneurônios. Neurônios sensoriais 
carregam a informação de sensores periféricos do organis-
mo para o sistema nervoso, objetivando tanto a percepção 
quanto a coordenação motora. Alguns neurônios sensoriais 
primários são chamados de aferentes, e as duas denomina-
ções são usadas como sinônimos. O termo aferente (trans-
mitido para o sistema nervoso) aplica-se a toda a informa-
ção que atinge o sistema nervoso central vinda da periferia, 
independentemente de essa informação levar ou não à 
sensação. O termo sensorial deveria, no seu sentido estrito, 
ser aplicado apenas às aferências que levam à percepção. 
Neurônios motores carregam comandos do encéfalo ou da 
medula espinal para os músculos e glândulas (informação 
eferente). Os interneurônios são os mais numerosos e sub-
dividem-se em duas classes: neurônios de retransmissão 
(relés) e locais. Interneurônios de retransmissão ou de pro-
jeção têm axônios longos e transmitem sinais por distâncias 
consideráveis, de uma região encefálica a outra. Interneu-
rônios locais têm axônios curtos porque formam conexões 
com neurônios próximos em circuitos locais.
Cada classificação funcional pode ser subdividida ain-
da mais. Os interneurônios sensoriais são classificados de 
acordo com o tipo de estímulo sensorial ao qual respon-
dem, e essas classificações iniciais podem ainda ser des-
membradas em muitos subgrupos de acordo com locali-
zação, densidade e tamanho. Por exemplo, interneurônios 
das células ganglionares da retina, que respondem à luz, 
são classificados em 13 tipos, com base no tamanho da ár-
vore dendrítica, na densidade das ramificações e na pro-
fundidade da sua localização em camadas específicas da 
retina (Figura 2-4).
Células gliais dão suporte às células nervosas
As células gliais são muito mais numerosas do que os 
neurônios – há 2 a 10 vezes mais glia do que neurônios no 
sistema nervoso central dos vertebrados. O nome dessas 
células deriva do grego, “cola”, mas não é comum a glia 
ligar as células nervosas uma a outra; em vez disso, essas 
células circundam os corpos celulares, axônios e dendritos 
dos neurônios. A glia difere morfologicamente dos neurô-
nios, pois não forma dendritos ou axônios. Também difere 
funcionalmente: embora originem-se das mesmas célu-
las precursoras embrionárias, as células gliais não têm as 
mesmas propriedades da membrana dos neurônios, não 
são eletricamente excitáveis e não estão diretamente en-
volvidas na sinalização elétrica, que é a função das células 
nervosas.
Há muitos tipos de células gliais. Como será discuti-
do no Capítulo 4, a diversidade na morfologia das células 
gliais sugere que a glia seja provavelmente tão heterogê-
nea quanto os neurônios. Ainda assim, a glia no sistema 
nervoso dos vertebrados pode ser dividida em duas classes 
principais: micróglia e macróglia. Micróglias são células do 
sistema imunológico, mobilizadas contra antígenos presen-
tes e que se tornam fagócitos durante trauma, infecção ou 
doenças degenerativas. Há três tipos principais de macró-
glias: oligodendrócitos, células de Schwann e astrócitos. 
No encéfalo humano, por volta de 80% de todas a células 
são macróglias. Dessas, aproximadamente metade são oli-
godendrócitos, e metade, astrócitos.
Oligodendrócitos e células de Schwann são células 
pequenas com relativamente poucos processos. Ambas 
formam a bainha de mielina que envolve e isola o axônio, 
Tamanho e
complexidade
do campo
dendrítico
Posição dos
dendritos
na camada
plexiforme
interna
Camada
de células
ganglionaresAnãs
(Midget)
Guarda-chuva
(Parasol)
Esparsa grande Esparsa gigante
Monoestratificadas Biestratificadas
Espinhosa
ampla
Espinhosa
estreita
Pequena Grande
Figura 2-4 Os neurônios sensoriais podem ser subdividi-
dos em grupos funcionalmente distintos. A coloração fotodi-
nâmica distingue 13 tipos de células ganglionares da retina com 
base na sua forma dendrítica e profundidade da posição na retina. 
(Reproduzida, com permissão, de Dacey et al., 2003.)
24 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
enrolando firmemente seus processos membranosos em 
espiral ao redor desse axônio. Oligodendrócitos são en-
contrados no sistema nervoso central: cada célula envolve 
de 1 até 30 segmentos axonais (chamados internodulares), 
dependendo do diâmetro do axônio (Figura 2-5A). Células 
de Schwann ocorrem no sistema nervoso periférico, onde 
cada uma circunda um único segmento de um axônio (Fi-
gura 2-5B). Com a mielinização, oligodendrócitos e células 
de Schwann influenciam os axônios, aumentando a con-
dução do sinal e segregando canais iônicos dependentes 
de voltagem em domínios axonais distintos (chamados 
nodos de Ranvier).
Astrócitos, a terceira das classes principais de células 
gliais, devem seu nome aos seus corpos celulares irregula-
res, semelhantes a estrelas, e grande número de processos 
(Figura 2-5C). Compreendem dois tipos principais. Astró-
citos protoplásmicos são encontrados nas substância cin-
zenta, e seus vários processos terminam em forma de folha. 
Astrócitos fibrosos são encontrados na substância branca e 
têm processos longos e finos que contêm grandes feixes de 
filamentos intermediários firmemente empacotados. Am-
bos os tipos de astrócitos possuem dilatações finais (“pés”) 
que circundam e fazem contato com capilares e arteríolas 
por todo o encéfalo (Figura 2-5C). Os processos em forma 
de folha dos astrócitos protoplásmicos circundam os cor-
pos das células nervosas e as sinapses, enquanto as termi-
nações dos astrócitos fibrosos fazem contato com os axô-
nios nos nodos de Ranvier.
As funções dos astrócitos ainda são desconhecidas. 
Acredita-se que elas não sejam essenciais para o processa-
mento de informações, mas deem suporte aos neurônios de 
quatro formas:
 1. Os astrócitos separam as células, isolando, assim, gru-
pos neuronais e conexões sinápticas umas das outras.
 2. Por serem altamente permeáveis a K1, os astrócitos 
ajudam a regular as concentraçõesde K1 no espaço 
entre neurônios. Como será visto, K1 flui para fora 
dos neurônios quando disparam. O disparo repetitivo 
pode criar um excesso de K1 extracelular que interferi-
ria na sinalização entre células vizinhas. Os astrócitos 
podem captar o excesso de K1 e, assim, manter a efi-
ciência da sinalização entre os neurônios.
 3. Os astrócitos atuam em outras tarefas de manutenção 
importantes que promovem a sinalização eficiente en-
tre os neurônios. Por exemplo, como se verá adiante, 
captam neurotransmissores das zonas sinápticas após 
a liberação.
 4. Os astrócitos ajudam a nutrir os neurônios vizinhos li-
berando fatores de crescimento.
Embora não gerem potenciais de ação, as células gliais 
recentemente foram descritas como participantes nos pro-
cessos de sinalização neurônio-gliais. O significado dessa 
sinalização ainda é pouco compreendido, mas ela pode ati-
vamente auxiliar na regulação do desenvolvimento e fun-
cionamento da sinapse (Capítulo 4).
Camadas
de mielina
Porção
interna
Núcleo
Célula de
Schwann
Axônio
Nodos de
Ranvier
A Oligodendrócito B Célula de Schwann
Capilar
Pé
Astrócito
fibroso
Neurônio
Pé
Nodos de
Ranvier
C Astrócito
Figura 2-5 Os principais tipos de células gliais são oligo-
dendrócitos e astrócitos no sistema nervoso central e célu-
las de Schwann no sistema nervoso periférico.
A. Os oligodendrócitos são células pequenas com relativamente 
poucos processos. Na substância branca encefálica, como mos-
trado aqui, fornecem a bainha de mielina que envolve os axônios. 
Um único oligodendrócito pode enrolar seus processos membra-
nosos ao redor de vários axônios. Na substância cinzenta peri-
neural, os oligodendrócitos envolvem e dão suporte aos corpos 
celulares de neurônios.
B. Células de Schwann fornecem a bainha de mielina para axô-
nios no sistema nervoso periférico. Durante o desenvolvimento, 
várias células de Schwann são posicionadas ao longo da exten-
são de um único axônio. Cada célula forma uma bainha de mie-
lina de aproximadamente 1 mm de extensão entre dois nodos 
de Ranvier. A bainha desenvolve-se conforme a porção interna 
da célula de Schwann se volta ao redor do axônio muitas vezes, 
enrolando o axônio em camadas de membrana. De fato, as ca-
madas de mielina são mais compactas do que mostrado aqui. 
(Adaptada, com permissão, de Alberts et al., 2002.)
C. Os astrócitos, a maior classe de células gliais do sistema ner-
voso central, são caracterizados por seu formato estelar e am-
plas terminações em seus processos (“pés”). Considerando que 
essas terminações colocam os astrócitos em contato tanto com 
capilares quanto com neurônios, acredita-se que os astrócitos 
tenham uma função nutritiva. Os astrócitos também têm um im-
portante papel na manutenção da barreira hematencefálica. (Ver 
Apêndice D.)
Princípios de Neurociências 25
Cada célula nervosa é parte de um circuito que 
tem uma ou mais funções comportamentais 
específicas
Cada comportamento é mediado por conjuntos específicos 
de neurônios interconectados, e a função comportamental 
de cada neurônio é determinada por suas conexões com 
outros neurônios. Esse fato é ilustrado por um compor-
tamento simples, o reflexo patelar. Tal reflexo é iniciado 
quando um desequilíbrio transitório do corpo estira os 
músculos quadríceps extensores da coxa. O estiramento 
elicita uma informação sensorial que é transmitida aos 
neurônios motores, que, por sua vez, enviam comandos 
ao músculos extensores para que se contraiam de forma 
a restaurar o equilíbrio. Esse reflexo é útil da perspectiva 
clínica, mas o mecanismo envolvido é importante porque 
mantém continuamente o tônus normal no quadríceps e 
evita que os nossos joelhos se dobrem quando levantamos 
ou caminhamos.
O tendão do quadríceps femoral, um músculo exten-
sor que movimenta a perna, está ligado à tíbia por meio 
do tendão do joelho. Estimular esse tendão logo abaixo da 
patela estira o quadríceps femoral. Esse estiramento inicia 
a contração reflexa do músculo quadríceps para produzir 
o conhecido reflexo patelar. Aumentando a tensão de um 
grupo específico de músculos, o reflexo de estiramento 
muda a posição da perna, lançando-a subitamente para a 
frente (Figura 2-6).
Os corpos celulares dos neurônios sensoriais envolvi-
dos no reflexo patelar estão agrupados próximos à medula 
espinal nos gânglios da raiz dorsal. Eles são células pseu-
dounipolares. Uma ramificação do axônio de cada célu-
la vai até o músculo quadríceps na periferia, enquanto a 
outra se direciona centralmente para a medula espinal. O 
ramo que inerva o quadríceps faz contato com receptores 
sensíveis ao estiramento (fusos musculares) e é estimulado 
quando o músculo é estirado. O ramo que atinge a medula 
espinal forma conexões excitatórias com neurônios moto-
res que inervam o quadríceps e controlam a sua contração. 
Esse ramo também faz contato com interneurônios que 
inibem os neurônios motores que controlam os músculos 
flexores opositores (Figura 2-6). Esses interneurônios locais 
não estão envolvidos na produção do reflexo patelar em si, 
mas, coordenando a ação motora, aumentam a estabilidade 
do reflexo. Assim, os sinais elétricos que produzem o refle-
xo carregam quatro tipos de informação:
 1. A informação sensorial é transmitida ao sistema nervo-
so central (medula espinal) a partir do músculo.
 2. Comandos motores do sistema nervoso central são en-
viados aos músculos responsáveis pelo reflexo patelar.
 3. Comandos inibitórios são enviados aos neurônios 
motores que inervam músculos opositores, provendo 
coordenação da ação muscular.
 4. A informação sobre a atividade neuronal local relacio-
nada ao reflexo patelar é enviada a centros superiores 
do sistema nervoso central, permitindo ao encéfalo a 
coordenação de comportamentos diferentes tanto si-
multaneamente quanto em série.
O estiramento de apenas um músculo, o quadríceps, 
ativa várias centenas de neurônios sensoriais, cada um dos 
quais faz contato direto com 45 a 50 neurônios motores. 
Esse padrão de conexão, no qual um neurônio ativa muitas 
células-alvo, é chamado divergência (Figura 2-7A). É espe-
cialmente comum nos pontos de aferência do sistema ner-
voso – pela distribuição dos sinais a muitas células-alvo, 
um único neurônio pode exercer uma influência ampla e 
diversificada. Por sua vez, uma única célula motora no cir-
cuito do reflexo patelar recebe entre 200 a 450 aferências 
de aproximadamente 130 células sensoriais. Esse padrão de 
conexão é chamado de convergência (Figura 2-7B). É comum 
em pontos de eferência do sistema nervoso – uma célula-al-
vo motora que recebe informação de muitos neurônios sen-
soriais é capaz de integrar a informação de muitas fontes. 
A convergência também garante que um neurônio motor 
seja ativado apenas se um número suficiente de neurônios 
sensoriais foi ativado simultaneamente.
Um reflexo de estiramento como o reflexo patelar é 
um comportamento simples produzido por duas classes 
de neurônios conectados em sinapses excitatórias. Contu-
do, nem todos os sinais importantes no encéfalo são ex-
citatórios. Muitos neurônios produzem sinais inibitórios 
Quadríceps
(extensor)
Estímulo
Corda
poplítea
(flexor) Interneurônio
inibitório
Medula
espinal
Neurônio
motor
extensor
(ativado)
Neurônio
motor
flexor
(inibido)
Neurônio
sensorial
Fuso
muscular
Figura 2-6 O reflexo patelar é controlado por um circuito 
simples de neurônios sensoriais e motores. O estímulo na 
patela com um martelo de reflexos puxa o tendão do quadríceps 
femoral, um músculo que estende a perna. Quando o músculo se 
estira em resposta ao estímulo do tendão, a informação referente 
a essa mudança no músculo é transmitida ao sistema nervoso 
central por neurônios sensoriais. Na medula espinal, os neurô-
nios sensoriais formam sinapses excitatórias com neurônios 
motores extensores que contraem o quadríceps, o músculo que 
havia sido estirado. Os neurônios sensoriais agem indiretamente, 
por meio de interneurônios,para inibir os neurônios motores fle-
xores que iriam, de outra forma, contrair o músculo oposto (corda 
poplítea). Essas ações são combinadas para produzir o comporta-
mento reflexo. Na figura, cada neurônio motor extensor e flexor 
representa uma população de muitas células.
26 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
que reduzem a chance de disparo. Mesmo no simples re-
flexo patelar, os neurônios sensoriais fazem conexões tanto 
excitatórias quanto inibitórias. Conexões excitatórias nos 
músculos extensores da perna levam à contração desses 
músculos, enquanto conexões com interneurônios inibitó-
rios evitam a contração nos músculos flexores antagonis-
tas. Tal característica do circuito é um exemplo de pró-ação 
inibitória (Figura 2-8A). Num reflexo patelar, essa inibição 
é recíproca, garantindo que as vias flexoras e extensoras se 
inibam mutuamente, de forma que apenas os músculos 
apropriados para o movimento (e não seus opositores) se-
jam recrutados.
Os neurônios também têm conexões que fornecem 
retroalimentação inibitória. Por exemplo, um neurônio mo-
tor pode ter conexões excitatórias tanto com um músculo 
quanto com um interneurônio inibitório que, por sua vez, 
inibe o neurônio motor. O interneurônio inibitório é, por-
tanto, capaz de limitar a capacidade do neurônio motor 
de estimular o músculo (Figura 2-8B). Serão encontrados 
muitos exemplos de inibição por pró-ação e por retroali-
mentação quando comportamentos mais complexos forem 
estudados nos capítulos seguintes.
A sinalização é organizada da mesma forma em 
todas as células nervosas
Para produzir um comportamento, como o reflexo de es-
tiramento, cada célula nervosa sensorial e motora parti-
cipante deve gerar quatro sinais diferentes em sequência, 
cada um num local diverso dentro da célula: um sinal afe-
rente, um sinal de gatilho (ou disparo), um sinal condutor 
e um sinal eferente. Independentemente do tamanho ou 
do formato celular, da bioquímica dos transmissores ou 
da função comportamental, praticamente todos os neurô-
nios podem ser descritos por um modelo neuronal que tem 
quatro componentes funcionais que geram os quatro tipos 
de sinais: um componente receptivo, um componente adi-
tivo ou integrador, um componente de sinalização de lon-
go alcance e um componente secretório (Figura 2-9). Esse 
modelo neuronal é a expressão fisiológica do princípio de 
polarização dinâmica de Ramón y Cajal.
Os diferentes tipos de sinais gerados em um neurônio 
são determinados em parte pelas propriedades elétricas da 
membrana celular. Cada célula, inclusive o neurônio, man-
tém uma certa diferença no potencial elétrico entre os dois 
lados da membrana plasmática quando a célula está em re-
pouso. Esse potencial é chamado de potencial de repouso da 
membrana. Em um neurônio típico em repouso, a voltagem 
no interior da célula é por volta de 65 mV mais negativo do 
que a voltagem no exterior da célula. Considerando que a 
voltagem na porção externa da membrana é definida como 
zero, dizemos que o potencial da membrana em repouso 
é –65 mV. O potencial de repouso em diferentes células 
nervosas varia de –40 a –80 mV; nas células musculares é 
A Divergência B Convergência
Figura 2-7 Conexões neuronais divergentes e convergentes 
são uma característica organizacional chave do encéfalo.
A. Nos sistemas sensoriais, cada neurônio receptor geralmente 
faz contato com vários neurônios, que representam o segundo 
estágio do processamento. Em estágios subsequentes de pro-
cessamento, as conexões seguintes divergem ainda mais. Isso 
permite que a informação sensorial de um único local seja distri-
buída mais amplamente na medula espinal e no encéfalo.
B. Em contraste, neurônios motores são alvos de conexões con-
vergentes progressivas. Com esse arranjo, sinais vindos de muitas 
células pré-sinápticas são requeridos para ativar o neurônio motor.
+
+
A Inibição por pró-ação
Neurônios aferentes
inervando os músculos
extensores
Neurônio motor
extensor
+
+
+
+
+
+
–
–
Neurônios aferentes
inervando músculos
flexores
Interneurônio
inibitório
Neurônio motor flexor Flexores
Extensores
Extensores
B Inibição por retroalimentação
Neurônios aferentes
inervando os músculos
extensores
Neurônio motor
extensor
Interneurônio
inibitório
Figura 2-8 Interneurônios inibitórios podem produzir inibi-
ção por pró-ação ou por retroalimentação.
A. A inibição por pró-ação amplifica o efeito da rota ativa supri-
mindo a atividade das rotas que medeiam ações opositoras. A 
inibição por pró-ação é comum em sistemas reflexos monossi-
nápticos. Por exemplo, no circuito do reflexo patelar (Figura 2-6), 
neurônios aferentes dos músculos extensores não apenas esti-
mulam os neurônios motores extensores, mas também inibem 
os interneurônios, evitando o disparo de células motoras que 
inervam os músculos flexores opositores.
B. A inibição por retroalimentação é um mecanismo de autorregu-
lação. Aqui os neurônios motores extensores agem em interneu-
rônios inibitórios que, por sua vez, atuam nos próprios neurônios 
motores extensores e, portanto, reduzem sua probabilidade de 
disparo. O efeito é de inibir a atividade da própria rota estimulada 
e evitar que o estímulo ultrapasse certo nível crítico.
Princípios de Neurociências 27
ainda maior, por volta de –90 mV. Como será visto no Ca-
pítulo 6, o potencial de repouso resulta de dois fatores: a 
distribuição desigual de íons carregados eletricamente, em 
particular os íons carregados positivamente Na1 e K1, e a 
permeabilidade seletiva da membrana plasmática.
A distribuição desigual de íons carregados positiva-
mente entre os dois lados da membrana celular é manti-
da por dois mecanismos principais. As concentrações in-
tracelulares de Na1 e K1 são controladas sobretudo por 
uma proteína da membrana que bombeia ativamente Na1 
para fora da célula e K1 para dentro da célula. Essa bomba 
Na1-K1, da qual se voltará a tratar no Capítulo 6, mantém 
a concentração de Na1 baixa dentro da célula (por volta de 
um décimo da sua concentração no exterior da célula) e a 
concentração de K1 alta (cerca de 20 vezes a mais do que a 
concentração no exterior celular). As concentrações extra-
celulares de Na1 e K1 são mantidas pelos rins.
A membrana celular é seletivamente permeável ao K1 
porque possui proteínas que formam poros chamados ca-
nais iônicos. Os canais ativos quando a célula está em repou-
so são muito permeáveis ao K1, mas consideravelmente 
menos permeáveis ao Na1. Os íons K1 tendem a vazar por 
meio desses canais abertos, a favor do gradiente de concen-
tração do íon. Conforme saem da célula, os íons K1 deixam 
uma quantidade de cargas negativas não neutralizadas na 
face interna da membrana, de forma que a carga final no 
interior da membrana é mais negativa do que no exterior.
Uma célula, como as nervosas ou musculares, é dita 
excitável quando o seu potencial de membrana pode ser rá-
pida e significativamente alterado. Essa alteração funciona 
como um mecanismo de sinalização. Em alguns neurônios, 
a redução do potencial de membrana em 10 mV (de –65 
para –55 mV) torna a membrana muito mais permeável ao 
Na1 do que ao K1. O consequente influxo de cargas positi-
vas de Na1 neutraliza a carga negativa no interior da célula 
e causa uma mudança breve e explosiva no potencial de 
membrana para 140 mV. Esse potencial de ação é conduzido 
através do axônio celular até o terminal axonal, onde inicia 
uma comunicação química elaborada com outro neurônio 
ou célula muscular. O potencial de ação é propagado ativa-
mente pelo axônio de forma que a sua amplitude não di-
minui até que ele chegue no terminal axonal. Um potencial 
de ação típico dura cerca de 1 ms, após o que a membrana 
retorna a seu estado de repouso com a separação normal de 
cargas e maior permeabilidade ao K1 do que ao Na1.
Retornar-se-á aos mecanismos responsáveis pelo po-
tencial de repouso e potencial de ação nos Capítulos 6 e 
7. Alémde sinais de longa distância representados pelo 
potencial de ação, as células nervosas também produzem 
sinais locais – potenciais receptores e potenciais sinápticos 
– que não são ativamente propagados e que, em geral, de-
caem dentro de apenas alguns milímetros.
A mudança no potencial de membrana que gera sinais 
locais e à distância pode ser tanto uma diminuição quan-
to um aumento do potencial de repouso. O potencial de 
repouso da membrana, portanto, fornece um estado basal 
sobre o qual toda a sinalização acontece. Uma redução no 
potencial de membrana é chamada despolarização. Como a 
despolarização aumenta a capacidade da célula em gerar 
um potencial de ação, ela é excitatória. Por sua vez, um au-
mento no potencial de membrana é chamado hiperpolari-
zação. A hiperpolarização torna a célula menos propensa a 
gerar um potencial de ação e é, portanto, inibitória.
O componente aferente produz sinais 
locais graduados
Na maioria dos neurônios em repouso não há fluxo de cor-
rente de uma parte da célula a outra, de forma que o po-
tencial de repouso se distribui igualmente. Em neurônios 
sensoriais, o fluxo de corrente em geral é iniciado por um 
Região:
Integrativa
Condutiva
Eferente
Neurônio
sensorial
Neurônio
motor
Interneurônio
local
Interneurônio
de projeção
Célula
neuroendócrina
Músculo
Neurônio
central
Neurônio
central
Neurônio
central
Modelo
neuronal
Capilar
Aferente
Figura 2-9 A maioria dos neurônios, independentemente 
do tipo, possui quatro regiões funcionais nas quais diferen-
tes tipos de sinais são gerados. Assim, a organização funcional 
da maioria dos neurônios pode ser representada esquematica-
mente por um modelo neuronal. Os sinais de entrada, integra-
tivos e condutivos são todos elétricos e integrais para a célula, 
enquanto o sinal de saída é uma substância química ejetada pela 
célula na fenda sináptica. Nem todos os neurônios compartilham 
essas características – por exemplo, interneurônios locais com 
frequência não possuem um componente condutivo.
28 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
estímulo físico, que ativa proteínas receptoras especializa-
das na superfície receptiva do neurônio. No exemplo do 
reflexo patelar, o estiramento do músculo ativa canais iô-
nicos específicos que se abrem em resposta ao estiramen-
to da membrana do neurônio sensorial, como veremos no 
Capítulo 5. A abertura desses canais quando a célula é es-
tirada permite o influxo rápido de íons Na1 para dentro 
da célula sensorial. A corrente iônica altera o potencial de 
membrana, produzindo um sinal local chamado potencial 
de receptor.
A amplitude e a duração de um potencial de receptor 
dependem da intensidade do estiramento muscular: quan-
to maior ou mais duradouro for o estiramento, maior ou 
mais longo será o potencial de receptor resultante (Figu-
ra 2-10A). Assim, ao contrário do potencial de ação, que é 
tudo-ou-nada, os potenciais de receptores são graduados. 
A maioria dos potenciais de receptores são despolarizantes 
(excitatórios). Entretanto, potenciais de receptores hiperpo-
larizantes (inibitórios) são encontrados na retina.
O potencial de receptor é a primeira representação do 
estiramento a ser codificada no sistema nervoso. Contudo, 
esse sinal espalha-se passivamente, e não vai muito além 
de 1 a 2 milímetros. Na verdade, após 1 milímetro, a am-
plitude do sinal é apenas um terço daquela vista no local 
onde foi gerada. Para ser carregado com sucesso ao sistema 
nervoso central, o sinal local deve ser amplificado – deve 
gerar um potencial de ação. No reflexo patelar, o potencial 
de receptor no neurônio sensorial deve atingir o primeiro 
nodo de Ranvier do axônio. Se for grande o suficiente, o 
sinal dispara um potencial de ação que então se propaga 
sem falhas aos terminais axonais na medula espinal (Fi-
gura 2-10C). Na sinapse entre o neurônio sensorial e um 
neurônio motor, o potencial de ação produz uma cadeia de 
eventos que resulta em um sinal aferente para o neurônio 
motor.
No reflexo patelar, o potencial de ação no terminal pré-
-sináptico do neurônio sensorial inicia a liberação de uma 
substância química, ou neurotransmissor, na fenda sinápti-
Tempo (s)
0 5 100 5 10 0 5 10
–80
–60
–40
–20
0
20
–80
–60
–40
–20
0
20
–80
–60
–40
–20
0
20
Limiar para o
potencial de ação
A Potencial de receptor B Ação de disparo C Potencial de ação D Sinal de saída (liberação
 de neurotransmissor)
Estímulo (estiramento)
Fuso
muscular
Axônio
mielinizado
Corpo celular do
neurônio sensorial
Terminal
sináptico
Zona de
gatilho
P
o
te
n
c
ia
l 
d
e
 m
e
m
b
ra
n
a
 (
m
V
)
Amplitude
Duração
Limiar para o
potencial de ação
Estiramento
Figura 2-10 Cada um dos quatro componentes sinaliza-
dores do neurônio produz um sinal característico. A figura 
mostra um neurônio sensorial ativado pelo estiramento de um 
músculo, que o neurônio percebe por meio de um receptor espe-
cializado, o fuso muscular.
A. O sinal aferente, chamado potencial de receptor, é graduado 
em sua amplitude e duração, proporcional à amplitude e à dura-
ção do estímulo.
B. A zona de gatilho integra a despolarização gerada pelo poten-
cial de receptor. Um potencial de ação é gerado apenas se o po-
tencial de receptor exceder um certo limiar de voltagem. Uma 
vez que esse limiar é ultrapassado, qualquer posterior aumento 
na amplitude do potencial de receptor só pode aumentar a fre-
quência com que os potenciais de ação são gerados, porque 
estes têm uma amplitude constante. A duração do potencial de 
receptor determina a duração do trem de potenciais de ação. As-
sim, a amplitude e a duração graduadas do potencial de receptor 
se transformam num código de frequência de potenciais de ação 
gerados na zona de gatilho. Todos os potenciais de ação produzi-
dos são propagados fielmente ao longo do axônio.
C. Potenciais de ação são tudo-ou-nada. Como todos os potenciais 
de ação têm amplitude e duração similares, a frequência e a dura-
ção do disparo representam a informação transmitida pelo sinal.
D. Quando atinge o terminal sináptico, o potencial de ação inicia 
a liberação de um neurotransmissor, a substância química que 
serve como sinal de saída. A frequência dos potenciais de ação 
determina exatamente a quantidade do neurotransmissor libera-
do pela célula.
Princípios de Neurociências 29
ca (Figura 2-10D). Após a difusão pela fenda, o transmissor 
liga-se a proteínas receptoras na membrana pós-sináptica 
do neurônio motor, onde abre canais iônicos direta ou indi-
retamente. O consequente fluxo de corrente altera o poten-
cial de membrana da célula motora, uma mudança chama-
da potencial sináptico.
Assim como o potencial de receptor, o potencial sináp-
tico é graduado; sua amplitude depende de quanto trans-
missor é liberado. Na mesma célula, o potencial sináptico 
pode ser tanto despolarizante quanto hiperpolarizante, 
dependendo do tipo de molécula receptora ativada. Poten-
ciais sinápticos, como potenciais de receptor, espalham-se 
passivamente e são, portanto, alterações locais de poten-
cial, a menos que o sinal atinja além do segmento inicial do 
axônio e, assim, possa originar um potencial de ação. As 
características dos potenciais de receptor e dos potenciais 
sinápticos estão sumarizadas na Tabela 2-1.
A zona de gatilho é decisiva na geração do potencial 
de ação
Sherrington foi o primeiro a observar que a função do sis-
tema nervoso é avaliar as consequências de diferentes tipos 
de informação e decidir sobre as respostas apropriadas. 
Essa função integrativa do sistema nervoso é claramente 
vista na ação da zona de gatilho do neurônio, o segmento 
inicial do axônio.
Potenciais de ação são gerados por um influxo súbito 
de Na1 por canais na membrana celular que abrem e fe-
cham em resposta a alterações no potencial de membra-
na. Quando um sinal de entrada (um potencial de recep-
tor ou um potencial sináptico) despolariza uma área da 
membrana,a mudança local no potencial de membrana 
abre canais de Na1 locais que permitem que o Na1 flua 
a favor do seu gradiente de concentração, do exterior da 
célula, onde sua concentração é maior, para o interior, 
onde é menor.
Como o segmento inicial do axônio tem a mais alta 
densidade de canais de Na1 dependente de voltagem e, 
portanto, o menor limiar para geração de um potencial de 
ação, um sinal aferente que transita passivamente ao longo 
da membrana celular tem mais chance de gerar um poten-
cial de ação no segmento inicial do que em outros locais da 
célula. Assim, essa arte do axônio é conhecida como zona de 
gatilho. É aqui que a atividade de todos os potenciais de re-
ceptor (ou potenciais sinápticos) se soma e onde, se a soma 
dos sinais aferentes atinge o limiar, o neurônio gera um po-
tencial de ação.
O componente condutivo propaga um potencial de 
ação tudo-ou-nada
O potencial de ação é um evento do tipo tudo-ou-nada: es-
tímulos abaixo do limiar não produzem um sinal, mas estí-
mulos acima do limiar produzem sempre sinais da mesma 
amplitude. Embora os estímulos variem em intensidade 
ou duração, a amplitude e a duração de cada potencial de 
ação são sempre as mesmas. Além disso, diferentemente 
dos potenciais de receptor e potenciais sinápticos, que se 
espalham de modo passivo e diminuem em amplitude, o 
potencial de ação não decai ao longo de sua transmissão no 
axônio até seu alvo – uma distância que pode atingir 2 me-
tros – porque ele é periodicamente regenerado. Esse sinal 
condutor pode se transmitir a velocidades de até 100 m/s.
Uma característica marcante dos potenciais de ação é 
que eles são bastante estereotipados, variando apenas le-
vemente (mas em algumas situações de forma importante) 
entre as células nervosas. Tal característica foi demonstrada 
na década de 1920 por Edgar Adrian, um dos primeiros a 
estudar o sistema nervoso em nível celular. Adrian descre-
veu que todos os potenciais de ação têm uma forma similar 
ou formato de curva (ver Figura 2-2). De fato, os potenciais 
de ação que chegam ao sistema nervoso por meio de um 
axônio sensorial são com frequência indistinguíveis daque-
les que saem do sistema nervoso para os músculos via axô-
nio motor.
Apenas duas características do sinal condutor transmi-
tem informação: o número de potenciais de ação e o inter-
valo de tempo entre eles (Figura 2-10C). Conforme Adrian 
descreveu em 1928, resumindo seu trabalho em fibras sen-
soriais: “todos os impulsos são muito parecidos, seja a men-
sagem destinada a estimular a sensação de luz, de tato ou 
de dor: se forem vários em conjunto, a sensação é intensa; 
se forem separados por um intervalo longo, a sensação é 
correspondentemente menor”. Assim, o que determina a 
intensidade da sensação ou a velocidade do movimento é a 
frequência dos potenciais de ação. Da mesma forma, a du-
ração da sensação ou do movimento é determinada pelo pe-
ríodo de tempo no qual os potenciais de ação são gerados.
Além da frequência dos potenciais de ação, o seu 
padrão também transmite informação importante. Por 
exemplo, alguns neurônios não são silenciosos na au-
sência da estimulação, mas sim espontaneamente ativos. 
Algumas células nervosas espontaneamente ativas (neu-
rônios pulsáteis) disparam potenciais de ação com regula-
ridade; outros neurônios (neurônios de disparo) disparam 
em breves salvas de potenciais de ação. Essas diferentes 
Tabela 2-1 Comparação de sinais locais (passivos) e propagados
Tipo de sinal Amplitude (mV) Duração Somação Efeito do sinal Tipo de propagação
Sinais locais (passivos)
Potenciais de receptor Pequena
(0,1-10)
Breve
(5-100 ms)
Graduados Hiperpolarização ou 
despolarização
Passiva
Potenciais sinápticos Pequena
(0,1-10)
Breve a longa 
(5 ms-20 min)
Graduados Hiperpolarização ou 
despolarização
Passiva
Sinais propagados (ativos)
Potenciais de ação Grande
(70-110)
Breve
(1-10 ms)
Tudo-ou-
-nada
Despolarização Ativa
30 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
células respondem de forma diversa à mesma aferência 
sináptica excitatória. Um potencial sináptico excitatório 
pode iniciar um ou mais potenciais de ação numa célula 
que não tem atividade espontânea, mas, em células es-
pontaneamente ativas, essa mesma aferência irá modular 
o ritmo, aumentando a frequência de disparo dos poten-
ciais de ação.
Vê-se uma diferença ainda mais significativa quando 
o sinal aferente é inibitório. Aferências inibitórias possuem 
pouco valor informativo em uma célula silenciosa. Em con-
traste, em células espontaneamente ativas, a inibição pode 
ter um poderoso papel modulador. Estabelecendo períodos 
de silêncio numa atividade via de regra constante, a ini-
bição pode produzir um padrão complexo de alternância 
entre disparo e silêncio, previamente inexistente. Essas 
diferenças sutis nos padrões de disparo podem ter conse-
quências funcionais importantes para a transferência de 
informação entre neurônios. Matemáticos que trabalham 
com modelos de redes neurais tentam delinear códigos 
neurais nos quais a informação também é transmitida pelo 
rico padrão de disparo – o tempo exato dos potenciais de 
ação (Figura 2-11).
Cerebelo
Córtex cerebral
D Células habenulares mediais
Disparos tônicos Disparos tônicosSalva de disparos
Disparo regular Salva de disparos Salva de disparos
B Célula cerebelar de Purkinje
HbM
C Células talâmicas de retransmissão
A Células piramidais corticais
Tálamo
Figura 2-11 Neurônios no encéfalo de mamíferos exibem 
uma grande variedade de propriedades eletrofisiológi-
cas. (Reproduzida, com permissão, de McCormick, 2004.)
A. A injeção intracelular de um pulso de corrente despolarizante 
numa célula piramidal cortical resulta num trem de potenciais de 
ação que declina em frequência. Esse padrão de atividade é co-
nhecido como disparo regular. Algumas células corticais geram 
salvas de três ou mais potenciais de ação, mesmo quando des-
polarizadas apenas por um curto período.
B. Células cerebelares de Purkinje geram trens de alta frequên-
cia de potenciais de ação nos seus corpos celulares, interrom-
pidos pela geração de potenciais de ação de Ca
21
 (retropropa-
gantes) nos seus dendritos. Tais células também podem gerar 
potenciais em platô pela ativação persistente da condutância 
de Na
1
.
C. Células talâmicas de retransmissão podem gerar potenciais 
de ação tanto em salvas quanto em trens tônicos de potenciais 
de ação devido à presença de uma grande corrente de Ca
21
 de 
baixo limiar.
D. Células habenulares mediais (HbM) geram potenciais de ação 
de uma forma contínua e lenta, em forma de marca-passo.
Princípios de Neurociências 31
Se os sinais são estereotipados e refletem apenas as 
propriedades mais elementares dos estímulos, de que for-
ma transmitem a rica variedade de informações necessárias 
para o comportamento complexo? Como é que a mensa-
gem que carrega a informação visual sobre uma abelha se 
distingue de outra que carrega a informação dolorosa so-
bre a picada da abelha, e como esses sinais sensoriais são 
distintos dos sinais motores para o movimento voluntário? 
A resposta é simples e, mesmo assim, um dos princípios 
organizacionais mais importantes do sistema nervoso: 
vias de neurônios conectados e não neurônios individuais 
transmitem a informação. Neurônios interconectados for-
mam vias anatômicas e funcionalmente distintas. As vias 
neurais ativadas pelas células receptoras da retina que res-
pondem à luz são completamente distintas das vias ativa-
das pelas células sensoriais na pele que respondem ao tato.
O componente eferente libera neurotransmissores
Quando um potencial de ação atinge um terminal neuro-
nal, há estimulação da liberação de substâncias químicas 
pelas células. Essas substâncias, chamadas neurotransmis-
sores, podem ser pequenas moléculas orgânicas, como o 
L-glutamato e a acetilcolina, ou peptídeos, como a subs-
tância P ou o LHRH (hormônio liberador do hormônio lu-
teinizante).Moléculas neurotransmissoras são mantidas em or-
ganelas subcelulares chamadas vesículas sinápticas, que se 
acumulam em locais de liberação especializados nos ter-
minais axonais chamados zonas ativas. Para liberar suas 
substâncias transmissoras na fenda sináptica, as vesículas 
se movem e se fundem com a membrana plasmática do 
neurônio e então se abrem, um processo conhecido como 
exocitose. A maquinaria molecular da liberação de neuro-
transmissores é descrita nos Capítulos 11 e 12.
Uma vez liberado, o neurotransmissor é o sinal de 
saída do neurônio. Da mesma forma que o sinal de entra-
da (aferente), ele é graduado. A quantidade de transmissor 
liberado é determinada pelo número e pela frequência dos 
potenciais de ação que atingem os terminais pré-sinápticos 
(Figura 2-10C, D). Depois da liberação, o transmissor se di-
funde através da fenda sináptica e se liga a receptores no 
neurônio pós-sináptico. Essa ligação gera um potencial si-
náptico na célula pós-sináptica. O efeito excitatório ou ini-
bitório do potencial sináptico depende do tipo de receptor 
na célula pós-sináptica e não do neurotransmissor químico 
específico. A mesma substância transmissora pode ter efei-
tos diversos em diferentes receptores.
A transformação do sinal neuronal de sensorial para 
motor é ilustrada pela via do reflexo patelar
Vimos que as propriedades de um sinal se transformam 
conforme o sinal se move de um componente do neurônio 
a outro ou entre neurônios. Essa cadeia transformadora de 
eventos pode ser vista na retransmissão dos sinais para o 
reflexo patelar.
Quando um músculo é estirado, a amplitude e a dura-
ção do estímulo são refletidas na amplitude e na duração 
do potencial de receptor gerado no neurônio sensorial (Fi-
gura 2-12A). Se o potencial de receptor excede o limiar para 
um potencial de ação naquela célula, o sinal graduado é 
transformado na zona de gatilho em um potencial de ação, 
um sinal tudo-ou-nada. Quanto mais o potencial de recep-
tor excede o limiar, maior a despolarização e consequente-
mente maior a frequência de potencias de ação no axônio. 
A duração do sinal aferente também determina a duração 
do trem de potenciais de ação.
A informação codificada pela frequência e duração de 
disparos é transmitida fielmente pelo axônio até seus ter-
minais, onde o disparo dos potenciais de ação determina a 
quantidade de transmissor liberado. Esses estágios de sina-
lização possuem seus correspondentes no neurônio motor 
(Figura 2-12B) e no músculo (Figura 2-12C).
Células nervosas diferem principalmente em 
nível molecular
O modelo de sinalização neuronal que descrevemos é uma 
simplificação que se aplica à maioria dos neurônios, porém 
há variações importantes. Por exemplo, alguns neurônios 
não geram potenciais de ação. Eles são geralmente inter-
neurônios locais sem um componente condutivo; não têm 
axônio ou possuem um tão curto que a regeneração do si-
nal não é necessária. Em tais neurônios, os sinais de entra-
da se somam e se espalham passivamente para a região do 
terminal pré-sináptico próximo, onde ocorre a liberação do 
transmissor. Neurônios espontaneamente ativos não neces-
sitam de aferências sensoriais ou sinápticas para disparar 
potenciais de ação porque possuem uma classe especial de 
canais iônicos que permitem o fluxo de Na1 mesmo na au-
sência de uma aferência excitatória sináptica.
Até células similares morfologicamente podem diferir 
de forma importante em detalhes moleculares. Por exem-
plo, elas podem ter diferentes combinações de canais iôni-
cos. Como se verá no Capítulo 7, essas distinções fornecem 
aos neurônios diferentes limiares, propriedades de excita-
bilidade e padrões de disparo (Figura 2-11). Neurônios com 
canais iônicos diferentes podem codificar potenciais sináp-
ticos em padrões de disparo diversos e, assim, transmitir 
informações distintas.
Os neurônios também diferem nas substâncias quí-
micas que usam como transmissores e nos receptores que 
recebem as substâncias transmissoras de outros neurônios. 
De fato, muitos fármacos que agem no encéfalo modificam 
as ações de transmissores químicos específicos ou de recep-
tores. Devido às diferenças fisiológicas entre os neurônios, 
uma doença pode afetar uma classe de neurônios, mas não 
outras. Certas doenças atingem apenas neurônios moto-
res (esclerose lateral amiotrófica e poliomielite), enquanto 
outras afetam principalmente neurônios sensoriais (tabes 
dorsalis, um estágio final da sífilis). A doença de Parkinson, 
uma doença do movimento voluntário, danifica uma pe-
quena população de interneurônios que usam a dopamina 
como neurotransmissor. Algumas doenças são seletivas 
mesmo dentro do neurônio, afetando apenas os elementos 
receptivos, o corpo celular ou o axônio. No Capítulo 14, 
descreve-se como o estudo da miastenia grave, uma doença 
causada pela falha do receptor para o transmissor na mem-
brana muscular, gerou importantes descobertas sobre a 
transmissão sináptica. De fato, como possui tantos tipos ce-
lulares e variações em nível molecular, o sistema nervoso é 
suscetível a mais doenças (sejam psiquiátricas ou neurológi-
cas) do que qualquer outro órgão ou sistema do organismo.
32 Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth
Apesar das diferenças entre as células nervosas, os me-
canismos básicos da sinalização elétrica são surpreenden-
temente similares. Tal simplicidade é bem-vinda, uma vez 
que a compreensão dos mecanismos moleculares de sinali-
zação em um tipo de célula nervosa auxilia no entendimen-
to desses mecanismos em muitas outras células nervosas.
Modelos de redes neurais simulam o 
processamento em paralelo da informação 
no encéfalo
O reflexo de estiramento ilustra como interações entre ape-
nas alguns tipos de células nervosas podem constituir um 
circuito funcional que produz um comportamento simples, 
mesmo que o número de neurônios envolvidos seja grande 
(o circuito do reflexo de estiramento possui provavelmente 
algumas centenas de neurônios sensoriais e uma centena 
de neurônios motores). Será possível identificar neurônios 
individuais envolvidos em um comportamento complexo 
com a mesma precisão?
Em animais invertebrados e em alguns vertebrados 
inferiores, uma única célula (chamada célula comandante) 
pode iniciar uma sequência comportamental complexa. No 
entanto, até onde se sabe, nenhum comportamento comple-
xo humano é iniciado por um único neurônio. Em vez disso, 
cada comportamento é gerado pela ação de muitas células. 
De forma geral, conforme vimos, há três componentes do 
controle neural do comportamento: aferência sensorial, 
processamento intermediário e eferência motora. Em verte-
brados, cada componente é possivelmente mediado por um 
único grupo ou vários grupos distintos de neurônios.
Além disso, cada componente pode ter múltiplas rotas 
neurais que geram simultaneamente a mesma informação, 
ou uma muito similar. O envolvimento de vários grupos 
neurais ou rotas para transmitir uma informação similar 
é chamado processamento em paralelo. O processamento em 
paralelo também ocorre em uma única via quando diferen-
tes neurônios nessa via executam ações similares simulta-
neamente. O processamento em paralelo faz muito sentido 
como estratégia evolutiva para a construção de um encéfa-
lo mais poderoso, uma vez que ele aumenta tanto a velo-
cidade quanto a confiabilidade de uma função dentro do 
sistema nervoso central.
A importância de conexões em paralelo abundantes e 
altamente específicas tem sido reconhecida por cientistas 
que tentam construir modelos teóricos do encéfalo. O cam-
po da ciência computacional conhecido como inteligência 
artificial originalmente usou o processamento serial para 
simular os processos cognitivos do encéfalo – reconheci-
mento de padrões, aprendizado, memória e desempenho 
Fuso muscular
Estiramento
Neurônio sensorial Neurônio motor
Potencial de
receptor
graduado
Potencial
de ação
Potencial
de receptor
Potencial
sináptico
graduadoPotencial
sináptico
graduadoPotencial
sináptico
Potencial
sináptico
Potencial
de ação
Potencial
de ação
Potencial
de ação
Potencial
de ação
Potencial
de ação
Potencial
de ação
Potencial
de ação
Sinal de
entrada
Estímulo Integração Condução Sinal de saída
(liberação de
neurotrans-
missor)
Sinal de
entrada
Integração Condução Sinal de saída
(liberação de
neurotrans-
missor)
Sinal de
entrada
Integração Condução Sinal de saída
(comporta-
mento)
Músculo
A Sinais sensoriais C Sinais muscularesB Sinais motores
Contração
C A
B
Figura 2-12 A sequência de sinais que produz uma ação 
reflexa.
A. O estiramento de um músculo produz um potencial de recep-
tor no receptor especializado (o fuso muscular). A amplitude do 
potencial de receptor é proporcional à intensidade do estiramen-
to. Esse potencial espalha-se passivamente para a zona integra-
tiva ou de gatilho no primeiro nodo de Ranvier. Se for suficien-
temente grande, o potencial de receptor dispara um potencial 
de ação que, então, se propaga ativamente e sem alterações ao 
longo do axônio até o terminal axonal. Em locais especializados 
do terminal, o potencial produz um sinal de saída, a liberação de 
um neurotransmissor químico. O transmissor se difunde através 
da fenda sináptica entre o terminal axonal e o neurônio motor alvo 
que inerva o músculo estirado; ele, então, se liga a moléculas 
receptoras na membrana externa do neurônio motor.
B. Essa interação começa um potencial sináptico que se espalha 
passivamente até a zona de gatilho do axônio do neurônio motor, 
onde inicia um potencial de ação que se propaga ativamente até 
o terminal do axônio do neurônio motor. O potencial de ação li-
bera o neurotransmissor onde o terminal axonal encontra a fibra 
muscular.
C. O neurotransmissor liga-se a receptores na fibra muscular, 
disparando um potencial sináptico no músculo. Se for suficiente-
mente grande, ou se combinado com sinais de outros neurônios 
motores, o potencial sináptico gerará um potencial de ação no 
músculo, causando a contração da fibra muscular.
Princípios de Neurociências 33
motor. Esses modelos seriais executavam muitas tarefas de 
forma adequada, inclusive jogar xadrez. Entretanto, eram 
muito ruins em outras tarefas que o encéfalo faz quase ins-
tantaneamente, como o reconhecimento de faces ou a com-
preensão do discurso.
Muitos neurobiólogos teóricos voltaram-se para tipos 
diferentes de modelos que incluem o processamento em 
paralelo, o que foi chamado redes neurais. Nesses modelos, 
elementos do sistema processam a informação simultanea-
mente usando conexões de pró-ação e de retroalimentação. 
É interessante observar que, em sistemas com circuitos de 
retroalimentação é a atividade dinâmica do sistema que de-
termina o desfecho do processamento, não as aferências ou 
condições iniciais.
Modelos de redes neurais capturam bem a arquitetura 
altamente recorrente da maioria dos circuitos neurais reais 
e também a capacidade do encéfalo de funcionar na ausên-
cia de uma aferência sensorial específica vinda de fora do 
corpo, como durante o pensamento, o sono e a geração de 
ritmos endógenos, algo com o que modelos determinísti-
cos tradicionais têm dificuldade. Modelos de redes neurais 
também demonstram que a análise de elementos indivi-
duais de um sistema pode não ser suficiente para decodi-
ficar a mensagem dos potenciais de ação. De acordo com tal 
visão de redes neurais, o que faz o encéfalo ser um deslum-
brante órgão que processa a informação não é a complexi-
dade de seus neurônios, mas o fato de ter muitos elementos 
interconectados de várias formas complexas. A modelagem 
de redes neurais é discutida nos Apêndice E e F.
Conexões neurais podem ser modificadas pela 
experiência
A maior parte do aprendizado resulta em alterações com-
portamentais que duram por muitos anos, porém mesmo 
reflexos simples podem ser modificados por um período 
breve. O fato de que o comportamento é aprendido des-
perta uma questão interessante: como o comportamento 
se modifica se o sistema nervoso é conectado de forma tão 
precisa? Como podem ocorrer mudanças no controle neu-
ral do comportamento quando as conexões entre as suas 
unidades sinalizadoras, os neurônios, são determinadas no 
início da vida?
Várias soluções para esse dilema têm sido propostas. A 
proposta que tem se mostrado mais adequada é a hipótese 
da plasticidade, introduzida na virada do século XX por Ra-
món y Cajal. Uma versão moderna dessa hipótese foi suge-
rida pelo psicólogo polonês Jerzy Konorski em 1948:
A aplicação de um estímulo leva a mudanças de duas formas 
no sistema nervoso [...] À primeira propriedade, pela qual as 
células nervosas reagem ao impulso aferente [...] chamamos 
excitabilidade, e denominamos as alterações provenientes 
dessa propriedade de alterações relacionadas à excitabilidade. À 
segunda propriedade, pela qual certas transformações funcio-
nais permanentes surgem em sistemas de neurônios particu-
lares como resultado de estímulos apropriados ou sua combi-
nação, chamamos plasticidade, e as alterações correspondentes 
são alterações plásticas.
Há atualmente evidências consideráveis para a plasti-
cidade funcional em sinapses químicas. Essas sinapses com 
frequência possuem uma capacidade impressionante para 
alterações fisiológicas a curto prazo (durando de segundos 
até horas) que aumentam ou diminuem a efetividade si-
náptica. Alterações a longo prazo (durando dias) podem 
gerar mudanças fisiológicas novas que levam a alterações 
anatômicas, inclusive à redução de sinapses preexistentes 
ou mesmo ao crescimento de novas.
Como se verá em capítulos posteriores, as sinapses 
químicas são funcional e anatomicamente modificadas 
por meio da experiência e do aprendizado tanto quanto 
durante o desenvolvimento precoce. Alterações funcionais 
e mudanças fisiológicas são geralmente de curto prazo e 
resultam em alterações na efetividade das conexões sináp-
ticas existentes. As alterações anatômicas são, em geral, de 
longo prazo e consistem no crescimento de novas conexões 
sinápticas entre neurônios. É essa plasticidade funcional 
dos neurônios que caracteriza cada um de nós como seres 
individuais.
Eric R. Kandel
Ben A. Barres
A. J. Hudspeth
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