Modelo computacional revela como o cérebro gerencia memórias de curto prazo

Modelo computacional revela como o cérebro gerencia memórias de curto prazo

Cientistas de Salk mostram como “memórias de trabalho” podem ser armazenadas por neurônios que podem manter informações por mais tempo do que a média

LA JOLLA - Se você já esqueceu algo segundos depois de ter vindo à sua mente - o nome de um prato que estava prestes a pedir em um restaurante, por exemplo - então você sabe o quão importante é a memória de trabalho. Esse tipo de recordação de curto prazo é como as pessoas retêm informações por alguns segundos ou minutos para resolver um problema ou realizar uma tarefa, como a próxima etapa de uma série de instruções. Mas, embora seja crítico em nossas vidas diárias, exatamente como o cérebro gerencia a memória de trabalho tem sido um mistério.

Agora, os cientistas do Salk desenvolveram um novo modelo computacional que mostra como o cérebro mantém as informações de curto prazo usando tipos específicos de neurônios. Suas descobertas, publicadas na Nature Neuroscience em 7 de dezembro de 2020, poderia ajudar a esclarecer por que a memória de trabalho é prejudicada em uma ampla gama de distúrbios neuropsiquiátricos, incluindo esquizofrenia, bem como no envelhecimento normal.

“A maioria das pesquisas sobre memória de trabalho concentra-se nos neurônios excitatórios do córtex, que são numerosos e amplamente conectados, em vez dos neurônios inibitórios, que são localmente conectados e mais diversos”, diz Terrence Sejnowski, chefe do Laboratório de Neurobiologia Computacional de Salk e autor sênior do novo trabalho. “No entanto, um modelo de rede neural recorrente que ensinamos a realizar uma tarefa de memória de trabalho nos surpreendeu ao usar neurônios inibitórios para tomar decisões corretas após um atraso”.

No novo artigo, Sejnowski e Robert Kim, um estudante de MD/PhD da Salk e da UC San Diego, desenvolveram um modelo de computador do córtex pré-frontal, uma área do cérebro conhecida por gerenciar a memória de trabalho. Os pesquisadores usaram algoritmos de aprendizado para ensinar seu modelo a realizar um teste normalmente usado para avaliar a memória de trabalho em primatas – os animais devem determinar se um padrão de quadrados coloridos em uma tela corresponde a um que foi visto alguns segundos antes.

Sejnowski e Kim analisaram como seu modelo foi capaz de realizar essa tarefa com alta precisão e, em seguida, compararam com os dados existentes sobre os padrões de atividade cerebral observados em macacos realizando a tarefa. Em ambos os testes, os neurônios reais e simulados envolvidos na memória de trabalho operaram em uma escala de tempo mais lenta do que outros neurônios.

Kim e Sejnowski descobriram que uma boa memória de trabalho exigia que os neurônios de longo prazo fossem predominantes e que as conexões entre os neurônios inibitórios – que suprimem a atividade cerebral – fossem fortes. Quando alteraram a força das conexões entre esses neurônios inibitórios em seu modelo, os pesquisadores puderam alterar o desempenho do modelo no teste de memória de trabalho, bem como a escala de tempo dos neurônios pertinentes.

As novas observações apontam para a importância dos neurônios inibitórios e podem inspirar pesquisas futuras sobre o papel dessas células na memória de trabalho, dizem os pesquisadores. Eles também podem informar estudos sobre por que algumas pessoas com distúrbios neuropsiquiátricos, incluindo esquizofrenia e autismo, lutam com a memória de trabalho.

“O comprometimento da memória de trabalho é comum em distúrbios neuropsiquiátricos, incluindo esquizofrenia e distúrbios do espectro do autismo”, diz Kim. “Se pudermos elucidar o mecanismo da memória de trabalho, será um passo para entender como os déficits de memória de trabalho surgem nesses distúrbios.”

O trabalho foi apoiado por uma bolsa do Instituto Nacional de Saúde Mental.

DOI: 10.1038 / s41593-020-00753-w