A neurociência de encontrar suas chaves perdidas

A neurociência de encontrar suas chaves perdidas

Cientistas da Salk descobrem como o cérebro registra memórias semelhantes, mas distintas

LA JOLLA, CA—Já se pegou quebrando a cabeça em uma manhã de segunda-feira para lembrar onde colocou as chaves do carro?

Quando você encontra essas chaves, pode agradecer ao hipocampo, uma região do cérebro responsável por armazenar e recuperar memórias de diferentes ambientes – como aquela sala onde suas chaves estavam escondidas em um local incomum.

Agora, os cientistas ajudaram a explicar como o cérebro acompanha os ambientes incrivelmente ricos e complexos em que as pessoas navegam diariamente. Eles descobriram como o giro denteado, uma sub-região do hipocampo, ajuda a manter separadas as memórias de eventos e ambientes semelhantes, uma descoberta que relataram em 20 de março em eLife. As descobertas, que esclarecem como o cérebro armazena e distingue memórias, também podem ajudar a identificar como doenças neurodegenerativas, como Doença de Alzheimer, roubar as pessoas dessas habilidades.

Os pesquisadores do Salk descobriram como o cérebro registra memórias semelhantes, mas distintas. Esta imagem do microscópio mostra a atividade neural no giro denteado, uma subseção do hipocampo onde grupos distintos de células estavam ativos durante os episódios de aprendizado (verde) e recuperação da memória (vermelho).

Cortesia de Wei Deng, Salk Institute for Biological Studies

“Todos os dias, temos que lembrar diferenças sutis entre como as coisas são hoje e como eram ontem – desde onde estacionamos nosso carro até onde deixamos nosso celular”, diz Fred H. Gage, autor sênior do artigo e do
Vi e John Adler Presidente de Pesquisa sobre Doenças Neurodegenerativas Relacionadas à Idade no Salk. “Descobrimos como o cérebro faz essas distinções, armazenando 'gravações' separadas de cada ambiente no giro denteado.”

O processo de pegar memórias complexas e convertê-las em representações que são menos facilmente confundidas é conhecido como separação de padrões. Modelos computacionais de função cerebral sugerem que o giro denteado nos ajuda a realizar a separação de padrões de memórias ativando diferentes grupos de neurônios quando um animal está em diferentes ambientes.

No entanto, estudos de laboratório anteriores descobriram que, de fato, as mesmas populações de neurônios no giro denteado são ativas em ambientes diferentes e que a maneira como as células distinguem novos ambientes era alterando a taxa na qual enviavam impulsos elétricos. Essa discrepância entre as previsões teóricas e as descobertas de laboratório deixou os neurocientistas perplexos e obscureceu nossa compreensão da formação e recuperação da memória.

Para explorar esse mistério mais profundamente, os cientistas do Salk compararam o funcionamento do giro denteado do camundongo e outra região do hipocampo, conhecida como CA1, usando técnicas de laboratório para rastrear a atividade dos neurônios em vários pontos no tempo.

Primeiro, os pesquisadores tiraram os ratos de sua câmara original e os colocaram em uma nova câmara para aprender sobre um novo ambiente (episódio 1). Enquanto isso, eles registraram quais neurônios do hipocampo estavam ativos conforme os animais respondiam ao novo ambiente. Posteriormente, os camundongos foram devolvidos à mesma nova câmara para medir a recordação da memória ou a uma câmara ligeiramente modificada para medir a discriminação (episódio 2). Os neurônios ativos no episódio 2 também foram rotulados para determinar se os neurônios ativados no episódio 1 foram usados ​​da mesma forma para recordação e para discriminação de pequenas diferenças entre os ambientes.

Quando os pesquisadores compararam a atividade neural durante os dois episódios, descobriram que o giro denteado e as sub-regiões CA1 funcionavam de maneira diferente. No CA1, os mesmos neurônios que estavam ativos durante o episódio inicial de aprendizado também estavam ativos quando os camundongos recuperaram as memórias. No giro denteado, no entanto, grupos distintos de células estavam ativos durante os episódios de aprendizado e recuperação. Além disso, expor os camundongos a dois ambientes sutilmente diferentes ativou dois grupos distintos de células no giro denteado.

“Essa descoberta apoiou as previsões de modelos teóricos de que diferentes grupos de células são ativados durante a exposição a ambientes semelhantes, mas distintos”, diz Wei Deng, pesquisador de pós-doutorado da Salk e primeiro autor do artigo. “Isso contrasta com as descobertas de estudos de laboratório anteriores, possivelmente porque eles analisaram diferentes subpopulações de neurônios no giro denteado”.

As descobertas dos pesquisadores do Salk sugerem que recordar uma memória - como a localização de chaves perdidas - nem sempre envolve a reativação dos mesmos neurônios que estavam ativos durante a codificação. Mais importante ainda, os resultados indicam que o giro denteado realiza a separação de padrões usando populações distintas de células para representar memórias semelhantes, mas não idênticas.

As descobertas ajudam a esclarecer os mecanismos que sustentam a formação da memória e esclarecem os sistemas que são interrompidos por lesões e doenças do sistema nervoso.

Mark Mayford, do Scripps Institute Research Institute, também contribuiu para a pesquisa. O estudo foi apoiado pelo Fundação James S. McDonnell, o Fundo de Observação, o Instituto Kavli para Cérebro e Mente, e o National Institutes of Health (Concessão: MH-090258, NS-050217, AG-020938).

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.