Sistema nervoso e a geração do EEG

O sistema nervoso central divide-se em medula e encéfalo [19]. Este último pesa aproximadamente 1400 gramas e subdivide-se em telencéfalo (ou cérebro), diencéfalo (tálamo e hipotálamo), cerebelo e tronco cefálico. Além do couro cabeludo, o encéfalo é protegido pela caixa craniana e por três membranas denominadas meninges: a dura-máter é a mais externa, a aracnóide é a central e a pia-máter a mais interna. A Figura 10 ilustra essa proteção física do encéfalo.

O cérebro é dividido em hemisférios, sendo que um é a imagem física espelhada do outro [19]. A informação que chega para um hemisfério está quase instantaneamente disponível para o outro, e seus processos são tão harmonizados que isso produz a sensação de que o órgão é um corpo maciço. Entretanto, cada parte possui funções distintas, habilidades únicas e um modo próprio de interpretar os sinais externos, embora em alguns casos um hemisfério possa assumir as funções do outro, quando este é perdido nos primeiros anos de vida.

Figura 10 – Proteção do encéfalo pela caixa craniana e pelas meninges [41].

Os hemisférios cerebrais são divididos em quatro lobos: frontal, parietal, occipital e temporal, que por sua vez são subdivididos em sub-áreas, conforme ilustrado na Figura 11, cada uma responsável por uma determinada função [34]: • córtex de associação auditivo: processamento de informação auditiva;

• córtex auditivo primário: detecção da qualidade sonora; • área de Broca: articulação da voz;

• córtex pré-frontal: solução de problemas, emoções e pensamentos complexos; • córtex de associação motora: coordenação de movimentos complexos;

• córtex motor primário: iniciação de movimento voluntário; • córtex sômato-sensorial: processa informações táteis do corpo;

• área de associação sensorial: processamento de informação multisensorial; • córtex de associação visual: processamento de informação visual;

• córtex visual primário: detecta estímulos visuais simples; • área de Wernicke: compreensão de linguagem.

2. Sinais biológicos 47

O EEG representa nada mais que a atividade elétrica de um grupo seleto de neurônios [42]. O sinal resultante é extremamente complexo, pois representa a superposição de sistemas de ação dinâmicos e simultâneos. Estima-se que haja no cérebro humano aproximadamente 100 bilhões de neurônios, de diversos tipos e funções. No entanto, essas células são constituídas basicamente pelos mesmos três componentes (Figura 12):

• corpo celular: é onde se encontra o núcleo da célula do neurônio. É capaz de receber estímulos externos e fornece suporte metabólico para toda a célula;

• axônio: prolongamento único em cada neurônio responsável pela condução dos impulsos nervosos. O axônio é envolvido por células denominadas de Schwann. Essas células determinam a formação de um invólucro lipídico – a bainha de mielina – que atua como isolante térmico e auxilia na propagação do impulso nervoso. A bainha de mielina apresenta regiões descontínuas, onde há presença de um estrangulamento denominado Nodo de Ranvier. O núcleo e o citoplasma da célula de Schwann encontram-se na bainha de mielina em uma região denominada neurilema;

• dendritos: prolongamentos geralmente ramificados atuando como receptores de estímulos, geralmente com a função de comunicação entre os neurônios.

A origem da formação do sinal EEG tem como fundamento a transmissão de impulsos nervosos entre os neurônios [42]. Segundo indicado na Figura 13, o impulso nervoso segue sempre um mesmo trajeto: dendrito, corpo celular e axônio. Eventos elétricos são responsáveis pela propagação desse impulso no interior do neurônio, enquanto fenômenos químicos transmitem o sinal de uma célula a outra.

Figura 13 – Trajeto do impulso nervoso em um neurônio [42].

O potencial elétrico no interior de um neurônio em repouso é negativo em relação ao meio extracelular [34]. Essa diferença é decorrente do transporte de íons seletivo através da membrana celular. Ela transporta íons ativamente, principalmente de sódio e potássio, do meio intracelular para o extracelular e vice-versa. Para cada três íons de sódio bombeados para o meio extracelular, dois de potássios são bombeados para o meio intracelular. Assim, a quantidade de cargas positivas diminui no interior da célula, aumentando seu potencial negativo. Canais especiais de potássio, ou canal de repouso, permitem que os íons de sódio e potássio passem por difusão simples (passiva) através da membrana. Todavia, o canal é cem vezes mais permeável ao potássio que ao sódio. Assim, o resultado de todo o processo é a presença de um potencial negativo no interior do neurônio, o potencial de repouso, de aproximadamente -65mV.

O impulso nervoso transmitido pelo neurônio, ou potencial de ação, se propaga pelo axônio somente se a membrana celular, que está com o potencial de repouso, for excitada por um valor acima de um limiar [34]. Essa excitação ocorre por meio das sinapses, a região por onde passam os impulsos nervosos entre os neurônios, sem que haja contato físico entre as terminações nervosas. O estímulo é transmitido da seguinte forma: ao chegar ao fim do axônio, esse estímulo promove a liberação de vesículas, que contêm neurotransmissores. Essas vesículas fundem-se aos dendritos da próxima célula nervosa, liberando esses neurotransmissores, cuja natureza determinará o efeito que causa no elemento pós-sináptico: excitatório ou inibidor. No primeiro caso, há diminuição na negatividade da membrana por meio da alteração de sua permeabilidade aos íons de sódio. Essa despolarização altera seu potencial para um valor mais próximo do limiar que dispara um potencial de ação. No segundo caso, os neurotransmissores alteram a permeabilidade aos íons de potássio, o que promove o aumento da negatividade da membrana e, conseqüentemente, um efeito inibidor.

2. Sinais biológicos 49

Um neurônio recebe centenas ou milhares de estímulos nervosos através de sinapses excitatórias ou inibitórias, que chegam através de seus dendritos ou do corpo celular. Se o estímulo resultante for superior ao potencial limiar, que é de aproximadamente -45mV, o impulso será transmitido com amplitude e duração fixas. Para codificar a intensidade do estímulo, os neurônios variam o intervalo de tempo dos disparos desses impulsos [34].

Imediatamente após a condução do impulso nervoso, o interior do axônio encontra-se carregado positivamente, devido à presença dos íons de sódio. Isso faz com que seja cessado o fluxo de íons positivos para o interior da célula e a membrana se torne novamente impermeável a esses íons. Por outro lado, a membrana torna-se mais permeável aos íons de potássio, o que acarreta em um fluxo desses íons para o meio intracelular. O resultado desses fluxos é que o meio intracelular retorna ao seu valor de repouso. O processo é conhecido por repolarização da membrana, ou potencial pós-sináptico [42].

No córtex cerebral, as atividades elétricas são geradas principalmente por dois fatores: pela transmissão de potencial de ação ou pelo potencial pós-sináptico. A transmissão dos impulsos nervosos é um evento de curta duração e aleatório e, portanto, pouco influencia na geração do eletroencefalograma. Já no caso da repolarização, conforme as sinapses alcançam os dendritos de cada neurônio, percebe-se um fluxo de corrente para o corpo celular através desses dendritos, definindo dipolos elétricos. A ocorrência de fluxos síncronos de corrente, produzidos pelos potenciais de ação e pós-sináptico, geram potenciais corticais. Esses potenciais, em conjunto com os dipolos, formam o sinal EEG, captado finalmente por eletrodos na superfície da cabeça [34, 42].