13 de Junho de 2006
La Jolla, CA – Pela primeira vez, pesquisadores do Salk Institute for Biological Studies demonstraram que os contatos célula-célula no cérebro desempenham um papel ativo no processamento de informações: chamadas sinapses, essas interfaces agem como filtros precisos que detectam e amplificam informações, os pesquisadores da Salk relatam na edição atual da Biologia PLoS, Disponível.
Os neurônios são frequentemente considerados as unidades computacionais primárias do cérebro. Mas não estava claro se as conexões entre os neurônios participavam ativamente do processo computacional ou apenas agiam para transmitir informações.
“Nosso estudo mostra que as sinapses não apenas garantem o fluxo de informações, mas modificam ativamente suas propriedades para ajudar nos cálculos”, diz o investigador médico de Howard Hughes, Charles Stevens, professor do Laboratório de Neurobiologia Molecular e autor sênior do estudo.
O principal autor, Vitaly Klyachko, pesquisador de pós-doutorado que trabalha com Stevens, explica: “As células cerebrais produzem muita vibração de fundo. As sinapses filtram esse ruído aleatório e aprimoram as informações relevantes. Eles funcionam como filtros muito bem ajustados que fazem exatamente o que você gostaria que fizessem.”
As células cerebrais sinalizam enviando impulsos elétricos ao longo dos axônios, longas extensões semelhantes a cabelos que alcançam as células nervosas vizinhas. Eles fazem contato por meio de sinapses, da palavra grega que significa “apertar”. Quando um sinal elétrico atinge o final de um axônio, a mudança de voltagem desencadeia a liberação de neurotransmissores, os mensageiros químicos do cérebro. Essas moléculas de neurotransmissores viajam pelo espaço entre os neurônios em uma sinapse e acionam um sinal elétrico na célula adjacente.
Os cientistas postularam que as sinapses desempenham um papel importante no processamento de informações no cérebro. Mas nem todos os sinais são transmitidos. Assim como as chamadas de telefone celular são interrompidas em áreas de cobertura irregular, as sinapses reduzem até 90% de todos os sinais recebidos. “A falta de confiabilidade das conexões neuronais que presumivelmente transmitem e processam informações por todo o cérebro foi difícil de conciliar com o fato de que o cérebro como um todo é muito confiável”, diz Klyachko.
Tentando chegar ao fundo desse enigma, os pesquisadores de Salk contaram com padrões de atividade naturais que foram registrados em animais vivos de uma parte do cérebro conhecida como hipocampo – uma estrutura crítica para a formação e aprendizagem da memória. Eles usaram esses padrões gravados para estimular grupos isolados de neurônios e mediram quais sinapses de sinais foram transmitidas às células vizinhas e quais foram descartadas.
No passado, estudos semelhantes eram comumente realizados em temperatura ambiente. Como os cientistas descobriram que os resultados eram muitas vezes complexos demais para serem interpretados, os pesquisadores do Salk registraram os dados em condições mais quentes, ligeiramente abaixo da temperatura corporal. “Intuitivamente, gravei em temperaturas fisiológicas em vez da temperatura ambiente e essa acabou sendo a chave”, lembra Klyachko. “Descobri que a transmissão sináptica é altamente dependente da temperatura.”
A partir daí, foi apenas um pequeno passo para a descoberta de que os dois principais tipos de sinapses, excitatórias e inibitórias, que antes se pensava sempre trabalharem uma contra a outra, agem em conjunto para identificar padrões que transportam informações relevantes em um sinal recebido. Stevens explicou: “As sinapses reconhecem rajadas de atividade neuronal e aumentam sua força, agindo como um interruptor”. Como resultado, os padrões significativos são amplificados, enquanto o ruído disperso desaparece em algum tipo de “abismo sináptico”.
Até agora, as evidências experimentais de uma função de filtragem das sinapses eram elusivas. “Nosso trabalho é a confirmação que todos esperavam”, explica Klyachko. “São as propriedades de filtragem ajustadas com precisão dos dois principais tipos de sinapses e sua colaboração que tornam o processamento de informações confiável”.
O Salk Institute for Biological Studies em La Jolla, Califórnia, é uma organização independente sem fins lucrativos dedicada a descobertas fundamentais nas ciências da vida, à melhoria da saúde humana e ao treinamento de futuras gerações de pesquisadores. Jonas Salk, MD, cuja vacina contra a poliomielite praticamente erradicou a doença incapacitante poliomielite em 1955, abriu o Instituto em 1965 com uma doação de terras da cidade de San Diego e o apoio financeiro da March of Dimes.
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