Danos à substância branca estão ligados a piores resultados cognitivos após lesão cerebral



Os achados sugerem que os danos a regiões altamente conectadas da substância branca são mais preditivos de comprometimento cognitivo do que danos a centros de substância cinzenta altamente conectados.

Danos em regiões altamente conectadas de substância branca no cérebro após lesão é mais preditivo de comprometimento cognitivo do que danos a centros de substância cinzenta altamente conectados.

Um novo estudo da Universidade de Iowa desafia a ideia de que a substância cinzenta (os neurônios que formam o córtex cerebral) é mais importante do que a substância branca (os axônios cobertos de mielina que conectam fisicamente regiões neuronais) quando se trata de saúde cognitiva e função. As descobertas podem ajudar os neurologistas a prever melhor os efeitos a longo prazo dos derrames e outras formas de lesão cerebral traumática.

"O aspecto mais inesperado de nossas descobertas foi que os danos aos centros de substância cinzenta do cérebro que estão realmente interconectados com outras regiões realmente não nos dizem muito sobre o quão mal as pessoas fariam em testes cognitivos após danos cerebrais. Por outro lado, pessoas com danos às mais densas conexões de substância branca fizeram muito pior nesses testes", explica Justin Reber, PhD, pesquisador de pós-doutorado em psicologia da UI e primeiro autor do estudo.

"Isso é importante porque tanto cientistas quanto médicos muitas vezes se concentram quase exclusivamente no papel da substância cinzenta. Este estudo é um lembrete de que as conexões entre as regiões cerebrais podem importar tanto quanto as próprias regiões, se não mais."

O novo estudo, publicado na PNAS, analisa exames cerebrais e testes de função cognitiva de mais de 500 pessoas com áreas localizadas de danos cerebrais causados por derrames ou outras formas de lesão cerebral. Olhando para a localização dos danos cerebrais, também conhecidos como lesões, a equipe de interface do usuário liderada por Reber e Aaron Boes, MD, PhD, correlacionou o nível de conectividade das áreas danificadas com o nível de incapacidade cognitiva que o paciente experimentou.

Os achados sugerem que os danos a regiões altamente conectadas da substância branca são mais preditivos de comprometimento cognitivo do que danos a centros de substância cinzenta altamente conectados.

Hubs de rede e função cerebral

Pesquisas sobre cognição muitas vezes se concentram em redes dentro do cérebro, e como diferentes configurações de rede contribuem para diferentes aspectos da cognição. Vários modelos matemáticos foram desenvolvidos para medir a conectividade das redes e identificar hubs, ou regiões cerebrais altamente conectadas, que parecem ser importantes na coordenação do processamento em redes cerebrais.

A equipe de interface do usuário usou esses modelos matemáticos bem aceitos para identificar a localização de hubs dentro da substância cinza e branca a partir de imagens cerebrais de indivíduos saudáveis normais. Os pesquisadores então usaram exames cerebrais de pacientes com lesões cerebrais para encontrar casos em que áreas de dano coincidiram com hubs.

Usando dados de múltiplos testes cognitivos para esses pacientes, eles também foram capazes de medir o efeito que o dano do hub teve nos desfechos cognitivos. Surpreendentemente, os danos aos centros de substância cinzenta altamente conectados não apresentaram forte associação com resultados cognitivos ruins. Em contraste, os danos aos centros de substância branca densa estavam fortemente ligados à cognição prejudicada.

"O cérebro não é uma tela em branco onde todas as regiões são equivalentes; uma pequena lesão em uma região do cérebro pode ter um impacto muito mínimo na cognição, enquanto outra pode ter um enorme impacto. Essas descobertas podem nos ajudar a prever melhor, com base na localização dos danos, quais pacientes estão em risco de comprometimento cognitivo após o derrame ou outra lesão cerebral", diz Boes, professor de pediatria, neurologia e psiquiatria da UI e membro do Iowa Neuroscience Institute.

"É melhor conhecer essas coisas com antecedência, pois dá aos pacientes e familiares um prognóstico mais realista e ajuda a direcionar a reabilitação de forma mais eficaz."

O registro de interface do usuário é um recurso único para neurocientistas

É importante ressaltar que os novos achados foram baseados em dados de mais de 500 pacientes individuais, o que é um grande número em comparação com estudos anteriores e sugere que os achados são robustos. Os dados vieram de dois registros; um da Universidade de Washington, em St. Louis, que forneceu dados de 102 pacientes, e do Registro Neurológico de Iowa baseado na UI, que forneceu dados de 402 pacientes.

O registro de Iowa tem mais de 40 anos e é um dos registros de pacientes mais caracterizados do mundo, com cerca de 1000 indivíduos com cognição bem caracterizada derivada de horas de testes neuropsicológicos de papel e lápis, e imagens cerebrais detalhadas para mapear lesões cerebrais. O registro é dirigido por Daniel Tranel, PhD, professor de neurologia de UI e um dos autores do estudo.

Reber observa que o estudo também ilustra o valor de trabalhar com pacientes clínicos, bem como indivíduos saudáveis em termos de compreensão das relações entre estrutura cerebral e função.

"Há muitas pesquisas realmente excelentes usando imagens cerebrais funcionais com participantes saudáveis ou simulações de computador que nos dizem que esses hubs de matéria cinzenta são fundamentais para como o cérebro funciona, e que você pode usá-los para prever o quão bem as pessoas saudáveis irão se sair em testes cognitivos. Mas quando olhamos como os derrames e outros danos cerebrais realmente afetam as pessoas, acontece que você pode prever muito mais de danos à substância branca", diz ele.

"A pesquisa com pessoas que sobreviveram a derrames ou outros danos cerebrais é confusa, complicada e absolutamente essencial, porque constrói uma ponte entre a teoria científica básica e a prática clínica, e pode melhorar ambos.

Não posso enfatizar o suficiente o quanto somos gratos por esses pacientes terem se voluntariado para nos ajudar; sem eles, muita pesquisa importante seria impossível", acrescenta.

Além de Reber, Boes e Tranel, a equipe de pesquisa incluiu os pesquisadores kai Hwang, PhD, Mark Bowren e Joel Bruss, bem como Pratik Mukherjee, MD, PhD, na Universidade da Califórnia, São Francisco.

“Cognitive impairment after focal brain lesions is better predicted by damage to structural than functional network hubs” by Justin Reber et al. PNAS


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