Memórias traumáticas podem religar o cérebro

Em um estudo publicado recentemente na Nature Communications, a equipe de pesquisa conseguiu detectar as redes neuronais cerebrais envolvidas na memória de trauma usando um novo método que combina abordagens ópticas e baseadas em aprendizado de máquina, capturando as mudanças complexas que ocorrem durante a formação da memória e descobrindo os mecanismos pelos quais as memórias de trauma são criadas.

Os animais aprendem a se adaptar às mudanças de ambientes para sobreviver. A aprendizagem associativa, que inclui o condicionamento clássico, é um dos tipos mais simples de aprendizagem e tem sido estudada intensamente ao longo do último século. Durante as últimas duas décadas, os desenvolvimentos técnicos em métodos moleculares, genéticos e optogenéticos tornaram possível identificar regiões cerebrais e populações específicas de neurônios que controlam a formação e recuperação de novas memórias associativas. Por exemplo, a parte dorsal do córtex pré-frontal medial (dmPFC) é crítica para a recuperação da memória associativa de medo em roedores. No entanto, a maneira pela qual os neurônios dessa região codificam e recuperam a memória associativa não é bem compreendida, o que a equipe de pesquisa pretendia abordar.

“O dmPFC mostra ativação neural específica e sincronia durante a recuperação da memória do medo e respostas de medo evocadas, como congelamento e desaceleração da frequência cardíaca”, explica o autor principal Masakazu Agetsuma. “O silenciamento artificial do dmPFC em camundongos suprimiu as respostas de medo, indicando que essa região é necessária para recordar a memória associativa do medo. Porque está ligado com sistemas cerebrais implicados na aprendizagem e doenças psiquiátricas associadas, nós queríamos explorar como as mudanças no dmPFC regulam especificamente a informação nova da memória associativa.”

A equipe de pesquisa usou imagens longitudinais de dois fótons e várias técnicas de neurociência computacional para determinar como a atividade neural muda no córtex pré-frontal do camundongo após aprender em um paradigma de condicionamento do medo. Os neurônios pré-frontais se comportam de maneira altamente complexa, e cada neurônio responde a vários eventos sensoriais e motores. Para lidar com essa complexidade, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo método analítico baseado na “rede elástica”, um algoritmo de aprendizado de máquina, para identificar quais neurônios específicos codificam a memória do medo. Eles ainda analisaram o arranjo espacial e a conectividade funcional dos neurônios usando modelagem gráfica.

“Detectamos com sucesso uma população neural que codifica a memória do medo”, diz Agetsuma. “Nossas análises nos mostraram que o condicionamento do medo induziu a formação de uma rede neural de memória do medo com neurônios ‘hub’ que conectavam funcionalmente os neurônios de memória.”

É importante ressaltar que os pesquisadores descobriram evidências diretas de que a formação da memória associativa foi acompanhada por uma nova conexão associativa entre redes originalmente distintas, ou seja, a rede de estímulo condicionado (CS, por exemplo, tom) e a rede de estímulo incondicionado (US, por exemplo, experiência de medo). “Propomos que essa conexão recém-descoberta pode facilitar o processamento de informações, desencadeando uma resposta de medo (CR) a um CS (ou seja, uma rede neural para transformação de CS-para-CR).”

Há muito se pensa que as memórias são formadas pelo aprimoramento das conexões neurais, que são fortalecidas pela ativação repetida de grupos de neurônios. Os achados do presente estudo, que foram baseados tanto em observações da vida real quanto em análises baseadas em modelos, corroboram isso. Além disso, o estudo demonstra como métodos combinados (óptica e aprendizado de máquina) podem ser usados para visualizar a dinâmica de redes neurais em grande detalhe. Essas técnicas poderiam ser usadas para descobrir informações adicionais sobre as alterações neurológicas associadas à aprendizagem e memória.