O cérebro na infância e na adolescência: trajetórias do neurodesenvolvimento
À medida que nos aprofundamos na neurociência, uma verdade se torna clara: o cérebro está em constante evolução ao longo de toda a vida. Seu desenvolvimento não se limita ao período que precede o nascimento: em vez disso, estende-se por todas as fases da vida. Envolvido neste fenômeno complexo está a capacidade do cérebro de formar novas conexões, uma característica que não reside apenas na plasticidade que frequentemente destacamos.
Este texto é um vislumbre das fases do desenvolvimento cerebral, que se dividem em três estágios essenciais: pré-natal, peri-natal e pós-natal. Cada uma dessas etapas oferece informações sobre processos de como o cérebro humano se molda e se adapta ao longo do tempo. Do início da concepção na junção dos gametas, passando pelos estágios de formação e desenvolvimento do sistema nervoso até a consolidação das funções executivas na adolescência, iremos abordar como o desenvolvimento do cérebro molda a capacidade de aprendizado dos indivíduos.
Além disso, também traçaremos paralelos entre as fases do desenvolvimento cerebral e as fases estabelecidas pela Base Nacional Comum Curricular (BNCC), explorando a conexão entre o desenvolvimento cerebral e o conceito dos “1000 primeiros dias de vida,” que desempenham um papel crítico no crescimento e bem-estar de uma criança.
Fase Pré-Natal
O desenvolvimento pré-natal é uma fase crucial na formação do sistema nervoso e, surprendentemente, em como os processos neurológicos se relacionam com a educação e a aprendizagem de indivíduos. Nesta primeira parte, iremos explorar o período que vai desde a junção dos gametas até a formação do sistema nervoso, destacando os principais eventos que moldam o cenário inicial da neurociência do desenvolvimento.
Explorando conceitos iniciais: fusão dos gametas
Tudo começa com a junção de dois gametas, o óvulo e o espermatozoide, que trazem consigo informações genéticas da geração parental. Essa fusão de material genético dá início ao processo de desenvolvimento que resultará em um novo ser humano. Aqui, a influência genética desempenha um papel fundamental na determinação das características e potenciais de aprendizagem de um indivíduo, embora não devamos esquecer a interação com fatores ambientais. Isso quer dizer que existem características intrínsecas do material genético que são capazes de determinar o desenvolvimento educacional da prole, mas não algo como um “gene da inteligência” ou que irá determinar um conjunto de habilidades específicas, como por exemplo ótimo desempenho em exatas.
Neste momento, quando falamos que a composição genética é crucial para a formação educacional, nos referimos em como a fusão dos gametas irá trazer informações dos pais que determinam o curso do neurodesenvolvimento. Além disso, as interações ambientais podem determinar se este percurso se dará de forma adequada, sem intervenções que podem atraplhar em qualquer uma das fases conseguintes.
Formação dos folhetos embrionários: destaque para o ectoderma
Durante as primeiras etapas do desenvolvimento, os embriões passam por uma diferenciação em camadas de células chamadas folhetos embrionários, sendo eles nomeados de acordo com a posição que se encontram no aglomerado celular: o endoderma é o folheto mais interno, o ectoderma o mais externo, e o mesoderma se situa entre os dois. O ectoderma é particularmente relevante para a neurociência do desenvolvimento, pois é a partir desse folheto que o sistema nervoso se origina. As células ectodérmicas darão origem ao tecido neural, incluindo o cérebro e a medula espinhal.
Por exemplo, genes específicos determinarão a diferenciação de neurônios motores ou neurônios sensoriais. No entanto, os fatores ambientais também podem influenciar esse processo. Por exemplo, a exposição a substâncias químicas tóxicas durante a gravidez pode afetar a formação do sistema nervoso, causando problemas de desenvolvimento.
Neurulação: da notocorda à formação do tubo neural
A notocorda é outra característica fundamental durante o desenvolvimento pré-natal. Ela serve como uma espécie de esqueleto temporário comum à todos vertebrados e exerce influência sobre a formação do sistema nervoso, no estabelecimento do eixo dorsal-ventral do embrião, um aspecto crucial na organização do sistema nervoso. Novamente, a interação da genética com o ambiente é um fator crucial, pois um conjunto de genes específicos atua na formação deste eixo, mas neste caso não é necessariamente uma característica passada entre as gerações, pois se esta formação se der de forma errada, o embrião não vem a termo. Podemos ter a influência de genes específicos, como mutações no gene SHH (Sonic Hedgehog), que podem levar a defeitos congênitos do sistema nervoso, como a holoprosencefalia.
Entretanto, o que pode ocorrer é a interação dos componentes genéticos com o ambiente, através de possíveis mutações nos gametas ou então por interferência nos fatores de crescimento, que direcionam a formação em sentidos contrários à vida. E esta formação não é binária, estando completamente certa ou completamente errada, podendo haver pequenos erros que não inviabilizam a vida, mas que podem causar grandes prejuízos para o indivíduo.
O processo de neurulação
Já a neurulação é um processo crítico em que o ectoderma se transforma em uma estrutura tubular conhecida como o tubo neural, precursor do sistema nervoso central. Durante este processo, podem ocorrer erros de formação, sendo um dos mais conhecidos as falhas no fechamento do tubo neural, que podem levar a condições como espina bífida e hidrocefalia. Além disso, fatores ambientais, como a falta de ácido fólico na dieta da mãe, foram associados a um risco aumentado de defeitos do tubo neural em bebês. Ainda, o uso de certos medicamentos ou exposição a toxinas ambientais, podem prejudicar a neurulação e aumentar o risco de defeitos no tubo neural.
Isso destaca a importância de exames pré-natais para identificar e abordar quaisquer problemas precocemente, pois apesar de acontecerem cedo durante o desenvolvimento, procedimentos são eficientes em corrigir o processo com minimização de danos para o bebê.
Fase de vesículas e classificação anatômica ontogenética
À medida que o tubo neural se forma, ele se desenvolve em três vesículas primárias ao redor de bolsões que permitirão a circulação de líquidos de nutrição (o liquor) que serão os ventrículos: o prosencéfalo, o mesencéfalo e o rombencéfalo. Cada uma dessas vesículas é responsável por diferentes partes do sistema nervoso, e o desenvolvimento adequado delas é crucial para o funcionamento neurológico. O processo de dilatação do tubo neural e a subsequente formação dessas vesículas são eventos essenciais que moldarão a estrutura do cérebro. O prosencéfalo dará origem ao telencéfalo e diencéfalo, e o rombencéfalo ao metencéfalo e mielencéfalo, que virão a se tornar o ponte, cerebelo e bulbo, estruturas que conhecemos os nomes, já na fase perinatal.
Nesse contexto, é importante que educadores compreendam como fatores genéticos e ambientais podem influenciar o desenvolvimento do sistema nervoso de seus alunos antes mesmo de se tornarem seus alunos, destacando uma abordagem integrada e comunicação aberta com os responsáveis. A identificação precoce de possíveis desafios neurológicos e o apoio adequado podem ser determinantes na qualidade da aprendizagem e no desenvolvimento educacional das crianças. Além disso, podem desempenhar um papel vital na conscientização sobre os riscos e na promoção de comportamentos saudáveis durante a gravidez para toda a comunidade envolvida na gestação.
Fase Peri-Natal
A fase peri-natal nos levará a uma viagem pelo processo de diferenciação neural após o fechamento do tubo, com foco na diferenciação de neurônios e glias, migração neuronal e formação de camadas corticais, bem como a mielinização. Aqui, o destaque educacional começa a tomar uma forma mais clara e mais direta, uma vez que estes processos estão diretamente relacionados com a forma como nosso cérebro se organiza funcionalmente. Além disso, ao final desta etapa, os indivíduos já começam a viver suas vidas fora do útero, sendo as primeiras semanas dos chamados primeiros 1000 dias fundamentais para o desenvolvimento.
Transitando entre fases
O desenvolvimento peri-natal se refere ao período que engloba as últimas fases do desenvolvimento embrionário e as primeiras fases do desenvolvimento pós-natal, aproximadamente desde a 20ª semana de gestação até as primeiras semanas de vida após o nascimento. É um período de transição crítica em que o feto se prepara para a vida fora do útero, e os recém-nascidos começam a se adaptar ao ambiente externo.
Do ponto de vista educacional, o desenvolvimento peri-natal é relevante para professores devido ao seu impacto na saúde e no bem-estar das crianças. Entender como essa transição ocorre e as mudanças neurobiológicas associadas pode ajudar os educadores a apoiar os alunos, tanto no período pré-natal, por meio de informações sobre cuidados pré-natais adequados, quanto no período pós-natal, quando a atenção à saúde do recém-nascido é crítica.
Diferenciação celular e classes funcionais dos neurônios
Nesta fase, o cérebro humano passa por um processo de diferenciação, no qual as células precursoras neurais se transformam em neurônios e células gliais. Essa é uma parte crucial da construção do sistema nervoso, pois os neurônios são as unidades de processamento de informações e as células gliais desempenham, além de um papel de suporte vital, funções importantes na imunidade cerebral, sustentação, nutrição e interação com os neurônios. A diferenciação de neurônios e glias é um processo altamente regulado pela genética, onde diversos genes influenciam a identidade das células nervosas. No entanto, fatores ambientais, como exposição a toxinas durante a gravidez, podem interferir nesse processo.
Os neurônios não são todos iguais; eles desempenham funções específicas no cérebro. Esse fenômeno é determinado, em parte, por sinais locais no ambiente onde os neurônios se encontram. Esses sinais indicam aos neurônios que conexões específicas devem ser formadas e qual será sua função. A genética fornece o “plano mestre” para essas interações, mas os fatores ambientais, como a exposição a estímulos sensoriais, são críticos para a formação de subclasses funcionais de neurônios. Para os professores, isso significa que o ambiente de aprendizado desempenha um papel fundamental na moldagem das capacidades cognitivas de seus alunos.
Plasticidade do fenótipo do neurotransmissor
Os neurotransmissores são moléculas que permitem a comunicação entre neurônios e desempenham um papel vital nas funções cerebrais. No desenvolvimento peri-natal, a identidade dos neurotransmissores que um neurônio produz pode ser influenciada pela interação de fatores genéticos e ambientais. A plasticidade do fenótipo do neurotransmissor significa que a função de um neurônio pode ser adaptada para atender às demandas do ambiente. Por exemplo, em uma criança que cresce em um ambiente de estresse crônico, a regulação dos neurotransmissores relacionados ao estresse pode ser afetada. Isso destaca a importância do ambiente educacional em fornecer um contexto de apoio e estimulação adequada para o desenvolvimento neurológico saudável.
Migração neuronal
Após a diferenciação, os neurônios precisam migrar para seus locais de destino no cérebro. Esse é um processo complexo e altamente orquestrado que envolve a movimentação das células nervosas por trilhas específicas, direcionadas pela liberação de fatores específicos e comunicação entre as células para direcionar o crescimento axonal. Neste momento, os neurônios estão em constante comunicação com seu ambiente extracelular, e essa comunicação desempenha um papel fundamental na determinação de seu destino. Os sinais secretados, que incluem moléculas de sinalização como os fatores de crescimento, são como mensagens que influenciam a diferenciação e a sobrevivência das células neurais.
A genética desempenha um papel importante na regulação desses sinais, mas fatores ambientais, como a exposição a substâncias tóxicas ou a carência de nutrientes essenciais, podem interferir nessa comunicação. Essa interação entre fatores genéticos e ambientais tem implicações significativas no desenvolvimento cognitivo e emocional das crianças, algo que os educadores podem usar para entender as diferenças individuais durante o desenvolvimento.
Formação das camadas corticais
A formação de camadas corticais é um evento crítico na construção funcional do telencéfalo, a parte do cérebro responsável por funções cognitivas superiores, como pensamento, linguagem e percepção. A genética desempenha um papel importante na determinação da estrutura das camadas corticais, mas fatores ambientais, como nutrição adequada durante a gravidez, são igualmente cruciais. Devido a relevância das funções cognitivas relacionadas a esta formação, nota-se a importância de uma migração e diferenciação adequada, uma vez que o córtex é composto por diferentes camadas, sendo grande parte da superfície cerebral composta por seis camadas bem marcadas e distintas, cada uma com interações distintas com outras estruturas encefálicas. Assim, um córtex bem organizado é fundamental para o sucesso escolar, uma vez que este depende das funções que emergem dessa intrincada organização.
Sinaptogênese: crescimento axonal e arborização dendrítica
Com todo esse processo de formação específica de células e migração das mesmas, o cérebro passa por uma fase intensiva de formação de novas conexões sinápticas, um processo conhecido como sinaptogênese. Esse período é marcado pelo crescimento axonal e pela arborização dendrítica, que desempenham papeis cruciais na expansão da rede neural. Esses eventos, determinados em parte pela genética, são influenciados por fatores ambientais, como estímulos sensoriais e interações sociais. Compreender esses processos é essencial para os professores, pois eles têm implicações diretas na plasticidade cerebral e na aprendizagem de seus alunos.
O crescimento axonal é um processo no qual os prolongamentos das células nervosas, chamados axônios, se estendem para formar conexões com outros neurônios, sejam axônios curtos com conexões locais ou prolongações longas e inter-hemisféricas, como as que compõe o corpo caloso e suas comissuras. Aqui, já sabemos que os hemisférios desempenham funções que podem ser distintas, e assim, esses axônios promovem uma integração significativa entre eles. A genética desempenha um papel fundamental na determinação dos padrões de crescimento axonal, pela liberação de fatores que guiam o cruzamento das fibras neurais que inervam o olho, por exemplo. Entretanto, o ambiente pode influenciar significativamente esse processo, a exemplo de como a estimulação sensorial, como o toque e a exploração do ambiente, são importantes na promoção do crescimento axonal saudável.
A arborização dendrítica é o processo pelo qual os dendritos, os prolongamentos que recebem informações dos axônios de outros neurônios, se ramificam e se expandem. As crianças que têm a oportunidade de interagir com colegas e receber estímulos cognitivos em ambiente escolar podem apresentar uma arborização dendrítica mais rica e complexa. Isso está diretamente relacionado à capacidade de aprendizado e ao desenvolvimento cognitivo dos alunos.
Fase Pós-Natal inicial
À medida que avançamos no desenvolvimento, iniciamos a talvez mais relevante etapa do desenvolvimento no quesito educacional, na qual a maioria das abordagens se direcionam: a fase pós-natal. Essas etapas são caracterizadas por mudanças significativas no desenvolvimento cerebral e têm implicações diretas na educação, alinhando-se de forma notável com as diretrizes da Base Nacional Comum Curricular (BNCC). A fase pós-natal compreende todo o período de vida do indivíduo a partir de seu nascimento, e por isso ela é subdividida em diferentes etapas pautadas no quesito educacional: fase de primeira infância, pré-escolar, período de latência e adolescência.
Primeira infância e fase pré-escolar
Na primeira infância, ocorrem avanços notáveis na formação de circuitos cerebrais. Durante esse período, as crianças desenvolvem habilidades fundamentais, como a aquisição da linguagem, habilidades motoras e capacidades sociais. Essas conquistas refletem as metas da BNCC para a Educação Infantil, que enfatiza o desenvolvimento integral das crianças. O desenvolvimento do cérebro é fortemente influenciado pelas experiências iniciais. Portanto, proporcionar um ambiente enriquecedor e estimulante é essencial para promover o desenvolvimento cognitivo e emocional das crianças nessa fase, dentro de um ambiente que fomente a curiosidade, a exploração e a interação social.
A fase pré-escolar, por sua vez, é um período em que as crianças continuam a refinar suas habilidades cognitivas e sociais. Elas exploram conceitos básicos, desenvolvem habilidades de resolução de problemas e aprendem a interagir com seus colegas. Esses marcos refletem a ênfase da BNCC no desenvolvimento de competências, habilidades e valores ao longo da Educação Infantil. Nesse estágio, o desenvolvimento de áreas cerebrais secundárias e terciárias desempenha um papel essencial no crescimento das funções mentais. Os educadores podem aproveitar essa fase para cultivar a curiosidade intelectual, a criatividade e o pensamento crítico nas crianças. Eles têm a oportunidade de criar um ambiente de aprendizado que prepara os alunos para a próxima fase educacional, incorporando habilidades de alfabetização e numeracia de maneira lúdica e atraente.
A fase da primeira infância e a pré-escolar são janelas críticas para o desenvolvimento humano dentro do período pós-natal. Os educadores que entendem como o desenvolvimento cerebral se alinha com as diretrizes da BNCC estão bem posicionados para apoiar o crescimento integral de seus alunos e prepará-los para o sucesso educacional contínuo. Isso requer uma abordagem holística que valorize não apenas o desenvolvimento acadêmico, mas também o desenvolvimento emocional, social e cognitivo das crianças.
Formação de circuitos e refinamento das conexões
Durante essas fases, o cérebro passa por um processo complexo de formação de circuitos e refinamento. Na primeira infância, o cérebro está em constante expansão, formando uma rede complexa de circuitos neurais. As experiências sensoriais, interações sociais e estímulos cognitivos fornecem o alicerce para a construção de circuitos cerebrais saudáveis. Para os educadores, isso destaca a importância de criar um ambiente de aprendizado rico em experiências que promovam o desenvolvimento de circuitos cerebrais adequados. A formação de circuitos cerebrais específicos está diretamente relacionada com o desenvolvimento das competências, habilidades e valores das crianças estabelecidos pela BNCC.
À medida que crescem, o cérebro das crianças passa por um processo de refinamento para otimizar a eficiência dos circuitos. Isso ocorre por meio da atividade neural e da poda sináptica. A atividade neural, como a estimulação cognitiva e a interação social, fortalece as conexões entre conjuntos de neurônios formando circuitos a partir da formação de novas sinapses. Por exemplo, quando uma criança pratica uma habilidade, como a leitura, os circuitos neurais relevantes se fortalecem. A poda sináptica, por sua vez, é o processo de eliminação de sinapses que não são usadas com frequência. Isso ajuda a afinar a rede neural, tornando-a mais eficiente. Este processo ocorre naturalmente por componentes fisiológicos, e as atividades ambientais que promovem o fortalecimento da atividade neural preserva conexões importantes. Assim, essa interação determina quais conexões sinápticas permanecem e quais são eliminadas.
Para os educadores, compreender como a atividade neural e a poda sináptica afetam o desenvolvimento cognitivo é fundamental. O desenvolvimento de habilidades emocionais e sociais é crucial, pois essas competências são fundamentais para o refinamento dos circuitos cerebrais relacionados à regulação emocional e à interação social.
Desenvolvimento de áreas secundárias e terciárias e de funções mentais
No desenvolvimento pós-natal, as crianças continuam a moldar seus cérebros à medida que crescem. Isso inclui o desenvolvimento de áreas secundárias e terciárias do cérebro, um processo que reflete diretamente na formação de funções mentais humanas. Esse processo ocorre à medida que as crianças exploram o mundo e interagem com seu ambiente. As áreas secundárias são áreas de processamento específicas, como processamento visual ou auditivo, enquanto as terciárias se relacionam com funções cognitivas superiores, como memória, raciocínio e tomada de decisões, uma vez que são áreas de integração multimodal.
As experiências precoces, especialmente durante a primeira infância, têm o poder de moldar o cérebro e influenciar a aprendizagem ao longo da vida, regida também pelos processos de neuroplasticidade. Educadores desempenham um papel crucial ao criar ambientes de aprendizado que promovam a exploração, a experimentação e a interação. Além disso, o apoio à regulação emocional e ao bem-estar é fundamental, uma vez que esses fatores desempenham um papel direto no desenvolvimento das funções mentais. Conectar o desenvolvimento de áreas secundárias e terciárias do cérebro ao desenvolvimento de funções mentais humanas é essencial para o processo de educação.
Fase Pós-Natal latente
Já em períodos mais avançados do desenvolvimento infantil, adentramos no período de latência, também chamado de segunda infância, e em seguida na tão conhecida por seus desafios adolescência. Essas etapas são caracterizadas por desafios e oportunidades únicas que influenciam significativamente o desenvolvimento cognitivo e emocional dos alunos.
Período de latência (segunda infância) e adolescência
Durante a segunda infância, as crianças entram em um período de latência em que consolidam e expandem suas habilidades cognitivas. Isso reflete diretamente a ênfase da BNCC na consolidação das competências desenvolvidas na primeira infância. Neste estágio, o cérebro continua a se adaptar com base nas experiências e estímulos, com a plasticidade cerebral desempenhando um papel importante. A adolescência, por sua vez, é um período de transformação cerebral significativa, que também se alinha com as diretrizes da BNCC para o Ensino Médio. Durante essa fase, o cérebro passa por uma reorganização neural, que afeta a tomada de decisões, a autoconsciência e o desenvolvimento da identidade.
É neste período que ocorre grande parte do desenvolvimento cognitivo e emocional, e por isso as práticas educacionais voltadas para este momento focam na importância de promover o desenvolvimento integral dos alunos, o que inclui um ambiente de aprendizado que promova a regulação emocional, o pensamento crítico e a autorreflexão.
O papel crucial do córtex pré-frontal e das funções executivas na maturação cerebral
Um dos aspectos mais significativos do desenvolvimento é o amadurecimento do córtex pré-frontal, uma área que desempenha um papel fundamental nas funções executivas. O córtex pré-frontal é parte fundamental do cérebro no desempenho das funções executivas, como o pensamento crítico, o planejamento, a tomada de decisões, o autocontrole e a autorregulação emocional. À medida que as crianças e adolescentes crescem, o córtex pré-frontal passa por um processo de amadurecimento gradual.
Este desenvolvimento está intimamente ligado ao desenvolvimento psicológico. À medida que o cérebro amadurece, as habilidades cognitivas, emocionais e sociais dos alunos também se desenvolvem. Essa relação é especialmente evidente durante a adolescência, quando o amadurecimento do cérebro se alinha com questões de identidade, tomada de decisões e regulação emocional.
Todo este processo inclui períodos críticos em que o cérebro é especialmente sensível a influências genéticas e ambientais. Isso tem implicações importantes para a educação, uma vez que os educadores podem aproveitar esses momentos sensíveis para promover o aprendizado e o desenvolvimento dos alunos.
Evolução dos conectomas ao longo da vida
À medida que avançamos na compreensão do desenvolvimento cerebral, a pesquisa revela um aspecto fascinante: a evolução dos conectomas, que são mapas das conexões cerebrais, ao longo da vida. Essas descobertas têm implicações significativas para educadores, pois destacam a importância de considerar a plasticidade cerebral e as influências genéticas e ambientais ao projetar ambientes de aprendizado enriquecedores.
Os conectomas são como mapas que mostram como as diferentes áreas do cérebro se comunicam e se conectam. À medida que as crianças crescem, esses mapas também evoluem, e o desenvolvimento do cérebro é sensível a influências genéticas e ambientais. Isso significa que a educação desempenha um papel crucial no moldar dessas conexões cerebrais.
A evolução dos conectomas ao longo da vida é um campo de pesquisa em constante expansão. Para obter imagens e informações atualizadas sobre conectomas em diferentes idades, os educadores podem explorar bancos de dados e recursos online de instituições de pesquisa em neurociência. Nos links deixados em materiais complementares é possível ver uma gama de artigos que exploram como os conectomas evoluem ao longo da vida, em especial durante as fases do desenvolvimento infantil.
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Referências
Base Nacional Comum Curricular – Educação é a Base. basenacionalcomum.mec.gov.br. Disponível em: <http://basenacionalcomum.mec.gov.br/abase/>.
KANDEL, Eric R.; KOESTER, John D.; MACK, Sarah H.; et al. Princípios de Neurociências. Grupo A, 2023. E-book. ISBN 9786558040255.
LENT, R. Cem Bilhões de Neurônios: Conceitos fundamentais de neurociência. Rio de Janeiro: Atheneu, 2004.
Materiais Complementares
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