“Gray matter” é apenas um de dois tipos de tecido cerebral; o outro “matéria branca” é raramente mencionado. No entanto, a matéria branca constitui metade do cérebro humano e não tem sido considerada importante na cognição ou aprendizagem fora do contexto da patologia. Esta visão pode mudar. As imagens e os estudos celulares e moleculares estão a revelar plasticidade da matéria branca com possíveis implicações para a função cognitiva normal e perturbações psicológicas.
A matéria branca, que se encontra por baixo do córtex de matéria cinzenta, é composta por milhões de feixes de axónios (fibras nervosas) que ligam os neurónios de diferentes regiões cerebrais em circuitos funcionais. A cor branca deriva do isolamento eléctrico (mielina) que reveste os axónios (ver a figura). É formado por células não neuronais, oligodendrócitos, que envolvem até 150 camadas de membrana celular fortemente comprimida à volta dos axónios. A mielina é essencial para a transmissão de impulsos eléctricos de alta velocidade, e os seus danos podem prejudicar a condução e, consequentemente, as funções sensoriais, motoras e cognitivas. O cérebro humano continua a sofrer mielinização até pelo menos à terceira década de idade, e as regiões frontais do córtex cerebral, que desempenham funções executivas de nível mais elevado, são as últimas a serem mielinizadas.
A mielina que reveste e isola os axónios neuronais pode controlar a propagação de impulsos eléctricos de uma forma que afecta o processamento de informação.
Aprendizagem envolve alterações na força das sinapses, as ligações entre os neurónios em matéria cinzenta. Mas a imagiologia do cérebro humano utilizando a ressonância magnética (MRI) revelou alterações estruturais na matéria branca após a aprendizagem de tarefas complexas. Isto levanta a questão de saber se a matéria branca responde à experiência de uma forma que afecta o funcionamento dos neurónios em circunstâncias normais, afectando assim o processamento e desempenho da informação. Há algumas observações intrigantes relacionadas com esta possibilidade. Por exemplo, mudanças estruturais na matéria branca correlacionam-se com o número de horas que um músico profissional pratica (1). As maiores alterações foram observadas em partes do cérebro que ainda não estavam totalmente mielinizadas. Da mesma forma, os sujeitos adultos mostraram um aumento da organização estrutural da matéria branca numa região cerebral importante para o controlo visuo-motor 6 semanas após aprenderem a fazer malabarismos (2). E num estudo de adultos a aprender a ler, o volume, a organização anatómica, e a conectividade funcional das vias de matéria branca ligando regiões corticais importantes para a leitura foram aumentadas (3). Não é claro se estas alterações na estrutura da matéria branca afectam directamente a função neuronal, alterando a transmissão da informação necessária para a aquisição de uma habilidade. Contudo, as observações mostram que a aprendizagem de uma nova habilidade está associada à alteração da estrutura da matéria branca no cérebro maduro.
Estudos histológicos em animais experimentais devem esclarecer se as alterações da matéria branca observadas pela RM após a aprendizagem são causadas pela mielinização de axónios não mielinizados, aumento da espessura da mielina em axónios já mielinizados, alterações no calibre dos axónios, ramificação, ou cruzamento, ou outras alterações celulares. As análises MRI dos macacos japoneses mostraram, por exemplo, grandes alterações estruturais em matéria branca no cerebelo depois de os treinar a utilizar um ancinho para recuperar uma recompensa alimentar (4). A extensão da mudança correlacionada com a velocidade de aprendizagem da habilidade. Estudos sobre ratos criados em ambientes enriquecidos que proporcionam interacção social e objectos novos para exploração revelaram mudanças celulares robustas em matéria cinzenta e branca que incluem tecido vascular, glia, neurónios, e mielinização aumentada (5). Se a mielina tem um papel primordial no aumento do processamento de informação em tais modelos animais deve ser mais explorado, uma vez que observações como as dos estudos sobre o ambiente de ratos podem ter implicações para a compreensão do desenvolvimento cerebral durante a experiência da primeira infância.
Não é claro se as experiências regulam a mielinização na idade adulta. O tamanho do corpo caloso da região cerebral aumentou 10% em ratos adultos que foram colocados num ambiente enriquecido durante vários meses, mas isto foi causado por um aumento do volume de outro tipo de célula glial (astrocitos), bem como axónios não mielinizados, possivelmente como resultado da brotação de axónios (6). O mesmo tratamento aumentou o volume de axónios mielinizados no corpo caloso dos animais juvenis. Assim, mais axónios parecem tornar-se mielinizados como resultado da experiência durante o período de desenvolvimento em que a mielinização é mais activa. Ainda assim, 29% dos oligodendrócitos formadores de mielina em ratos adultos desenvolvem-se a partir de células progenitoras de oligodendrócitos (OPCs) após a maturidade sexual (7). Talvez este fornecimento seja gerado para reparação ou possivelmente para mielinização associada à aprendizagem. Curiosamente, o ciclo de divisão celular dos OPCs aumenta em 8 horas por cada dia de idade desde o nascimento (8), indicando que a capacidade de formar novos oligodendrócitos diminui com a idade. Isto é paralelo ao declínio normal da cognição humana e diminuição do volume de matéria branca após a idade de 50 anos (9).
Uma das maiores categorias de genes cuja expressão muda durante o sono inclui genes que controlam o desenvolvimento de oligodendrócitos e mielinização (10). A razão para isto não é clara, mas o sono está ligado à consolidação da memória. As mutações nos genes oligodendrócitos foram identificadas como possíveis factores de risco de depressão e esquizofrenia (11), e a perturbação de genes específicos nos oligodendrócitos de rato correlaciona-se com alterações comportamentais que se assemelham à esquizofrenia nos humanos (12). As perturbações mentais são actualmente entendidas como perturbações de transmissão sináptica, mas os oligodendrócitos poderiam talvez contribuir para aberrações na transmissão.
Como é que os oligodendrócitos sabem quais os axónios que são electricamente activos? Pode a actividade de impulso afectar a mielinização? Foram identificados três mecanismos que regulam a mielinização ou o desenvolvimento da glia formadora de mielina em resposta à estimulação eléctrica dos axónios in vitro. Frequências específicas de impulsos eléctricos controlam a quantidade de L1 CAM presente nos axónios não mielinizados, uma molécula de adesão celular necessária para a mielinização (13). O neurotransmissor adenosina 5′-trifosfato (ATP) é libertado dos axónios e activa os receptores nos astrocitos, fazendo-os libertar uma citocina (factor inibidor da leucemia) que estimula a mielinização por oligodendrócitos maduros (14). A adenosina derivada da hidrólise de ATP libertada promove o desenvolvimento de OPC e assim aumenta a mielinização (15). Embora tenham sido detectadas sinapses em OPCs, levantando a especulação de que a comunicação sináptica poderia estimular a mielinização, as sinapses de neurónio-OPC perdem-se à medida que os OPCs amadurecem para uma fase de mielinização prévia (16). Também foi identificado um mecanismo não-sináptico para a libertação de ATP a partir de axónios (17).
A matéria branca é essencial para a condução de impulsos, e assim o conceito de plasticidade da matéria branca alarga o âmbito da investigação para além da sinapse ao considerar a transmissão de informação através de redes neurais que são críticas para a aprendizagem de competências complexas e funções cognitivas de nível superior na ausência de patologia. Talvez as diferenças da matéria branca que se correlacionam com a pontuação nos testes de quociente de inteligência (18) e certas condições psiquiátricas (11) possam ser atribuídas em parte a um papel directo da matéria branca na aprendizagem e função cognitiva. Mas muito trabalho precisa de ser feito para explorar estas interessantes possibilidades. Isto inclui determinar a natureza das alterações estruturais da matéria branca observadas e avaliar se estas alterações afectam a transmissão de impulsos eléctricos e/ou a sincronização do disparo neuronal de uma forma que afecta o processamento da informação.