Cientistas da Salk descobrem requisitos anteriormente desconhecidos para o desenvolvimento do cérebro

Cientistas da Salk descobrem requisitos anteriormente desconhecidos para o desenvolvimento do cérebro

O cérebro requer entrada talâmica, bem como genética, para estabelecer adequadamente áreas essenciais para a visão e outros sentidos

LA JOLLA - Cientistas do Salk Institute for Biological Studies demonstraram que as regiões sensoriais do cérebro se desenvolvem de maneira fundamentalmente diferente do que se pensava anteriormente, uma descoberta que pode gerar novos insights sobre distúrbios visuais e neurais.

Em artigo publicado em 7 de junho de 2013, no Ciência, pesquisador de Salk Dennis O'Leary e seus colegas mostraram que os genes sozinhos não determinam como o córtex cerebral cresce em áreas funcionais separadas. Em vez disso, eles mostram que a entrada do tálamo, a principal estação de comutação no cérebro para informações sensoriais, é crucialmente necessária.

O'Leary realizou estudos pioneiros sobre "arealização", a maneira pela qual o neocórtex, a principal região do córtex cerebral, desenvolve áreas específicas dedicadas a determinadas funções. Em um artigo histórico publicado em Ciência em 2000, ele mostrou que dois genes reguladores eram criticamente responsáveis ​​pelo padrão geral do neocórtex e, desde então, mostrou papéis distintos para outros genes nesse processo. Neste novo conjunto de experimentos com ratos, seu laboratório concentrou-se no sistema visual e descobriu uma nova e inesperada reviravolta na história.

“Para funcionar adequadamente, é essencial que as áreas corticais sejam mapeadas corretamente, e é essa arquitetura que foi considerada geneticamente pré-programada”, diz O'Leary, titular da Cátedra Vincent J. Coates em Neurobiologia Molecular em Salk. “Para nossa surpresa, descobrimos que a entrada talâmica desempenha um papel essencial muito mais cedo no desenvolvimento do cérebro.”

Visão é retransmitida do mundo exterior para áreas de processamento dentro do cérebro. O relé começa quando a luz atinge a retina, uma fina faixa de células na parte de trás do olho que detecta os níveis de cor e luz e codifica as informações como sinais elétricos e químicos. Através das células ganglionares da retina, esses sinais são enviados para o Núcleo Geniculado Lateral (LGN), uma estrutura no tálamo.

Na próxima etapa importante do relé, o LGN direciona os sinais para a área visual primária (V1) no neocórtex, uma estrutura multicamadas que é dividida em áreas funcional e anatomicamente distintas. V1 inicia o processo de extração de informações visuais, que é posteriormente realizado por áreas visuais de “ordem superior” no neocórtex que são de vital importância para a percepção visual. Como as peças de uma máquina, as funções dessas áreas são individuais e integradas. Danos em uma pequena área podem levar a distúrbios visuais estranhos nos quais uma pessoa pode ver uma bola em movimento, mas não perceber que ela está em movimento.

O dogma atual sustenta que esta arquitetura básica é inteiramente determinada geneticamente, com a entrada ambiental apenas desempenhando um papel mais tarde no desenvolvimento. Um dos exemplos mais famosos dessa ideia é o trabalho vencedor do Prêmio Nobel dos neurocientistas visuais David Hubel e Torsten Wiesel, que mostrou que há um “período crítico” de sensibilidade na visão. Sua descoberta foi comumente interpretada como um aviso de que, sem exposição a estímulos visuais básicos no início da vida, mesmo um indivíduo com um cérebro saudável será incapaz de enxergar corretamente.

Descobertas posteriores em plasticidade neural sugeriram de forma mais otimista que a privação precoce pode ser superada, e o cérebro pode até mesmo gerar novos neurônios em áreas específicas. No entanto, isso ainda reforçou a ideia de que as influências ambientais podem modificar a arquitetura neural, mas apenas a genética poderia estabelecer como as áreas corticais seriam dispostas.

Em seu novo estudo, no entanto, O'Leary e os co-primeiros autores do artigo, Shen-Ju Chou e Zoila Babot, pesquisadores de pós-doutorado no laboratório de O'Leary, mostram que a genética fornece apenas um amplo campo no neocórtex para áreas visuais.

Quando eles criaram camundongos mutantes que desconectavam a ligação entre o tálamo e o córtex, mas somente depois que o desenvolvimento cortical inicial estava completo, eles descobriram que as áreas visuais de ordem primária e superior falhavam em se diferenciar umas das outras como deveriam.

“Nossa nova compreensão é que os genes apenas criam um layout grosseiro das áreas corticais”, explica O'Leary. “Deve haver entrada talâmica para desenvolver a diferenciação fina necessária para o processamento sensorial adequado.”

Essencialmente, se o cérebro fosse uma casa, os genes determinariam quais áreas seriam os quartos. A entrada talâmica fornece os detalhes, distinguindo o que será o quarto principal, um quarto de criança, um quarto de hóspedes e assim por diante. “O tamanho e a localização das áreas dentro do córtex geral não mudam, mas sem a entrada talâmica do LGN, o processo crítico de diferenciação que cria áreas visuais primárias e de ordem superior não acontece”, diz O'Leary.

Dado que a maioria das modalidades sensoriais – visão, audição, tato – passam pelo tálamo até o córtex, esse experimento pode sugerir por que, quando alguém não possui uma modalidade sensorial desde o nascimento, esse indivíduo tem mais dificuldade em processar informações sensoriais restauradas do que alguém que perdeu o sentido mais tarde Em vida. Mas, além disso, como diz O'Leary, “mudanças mais sutis na entrada talâmica em humanos provavelmente também resultariam em mudanças no neocórtex que poderiam ter um impacto substancial na capacidade de processar a visão, ou outros sentidos, e levar a comportamentos anormais”.

O'Leary diz que seu laboratório planeja continuar a explorar as ligações entre como as áreas corticais do cérebro são estabelecidas e vários distúrbios do desenvolvimento, como autismo.

Outros pesquisadores do estudo foram Axel Leingärtner e Yasushi Nakagawa, do Salk Institute, e Michele Studer, do Instituto de Biologia Valrose, INSERM na França.

Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health, Agence National de la Recherche 2009 Programa Chaires dâ Excellence, Ministério da Educação e Ciência da Espanha e Generalitat de Catalunya.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.