Efeitos na memória da diversidade de neurônios na região cerebral revelados
Os neurônios em uma área-chave do cérebro têm funções diferentes com base em sua identidade genética exata, e entender essa diversidade pode levar a uma melhor compreensão da flexibilidade computacional e da capacidade de memória do cérebro, potencialmente informando as opções de tratamento da doença, relatam os pesquisadores de Cornell em um novo estudo.
Células piramidais na região CA1 do hipocampo, antes consideradas uma coleção uniforme de neurônios, foram recentemente encontradas para ser altamente diversas. Mas o papel dessa diversidade nas funções cognitivas não havia sido examinado de perto até agora.
“A maioria dos estudos de memória assume que o hipocampo e o córtex são como caixas pretas – estruturas monolíticas, conjuntos homogêneos de neurônios”, disse o coautor sênior Antonio Fernandez-Ruiz, professor assistente de neurobiologia e comportamento, e Nancy e Peter Meinig Family Investigator in the Life Sciences, na Faculdade de Artes e Ciências (A&S). “Então, basicamente, você tem duas caixas-pretas que conversam entre si, mas você não sabe exatamente os componentes dessas duas caixas.”
“Hippocampo-Cortical Circuits for Selective Memory Encoding, Routing, and Replay” publicado em 16 de maio na revista Neuron. O autor co-sênior é Azahara Oliva, professor assistente de neurobiologia e comportamento (A&S).
O que Fernandez-Ruiz e sua equipe descobriram, em testes em ratos, foi que os neurônios CA1 codificam informações relacionadas à tarefa simultaneamente, mas depois enviam impulsos para alvos diferentes, dependendo se os neurônios estão nas profundezas do hipocampo ou na superfície.
“Descobrimos que há pelo menos duas maneiras diferentes pelas quais essas estruturas conversam entre si”, disse ele. “E há circuitos especializados integrados por diferentes tipos de células que estão codificando diferentes tipos de informações e enviando-as para diferentes partes do cérebro.”
Para seu estudo, usando ratos envolvidos em tarefas de memória e sono, o laboratório examinou um grande número de neurônios registrados simultaneamente, usando sondas de silício de alta densidade. As sondas detectam a atividade codificadora das células, coordenada por oscilações síncronas conhecidas como ondulações agudas.
Como eles descobriram em estudos anteriores, as células piramidais CA1 (nomeadas por sua forma) diferiam em algumas de suas propriedades fisiológicas, dependendo de onde estavam localizadas no hipocampo (profundo, médio ou superficial). Essa diversidade é fundamental no desenvolvimento da memória, disse Fernandez-Ruiz.
Uma descoberta chave neste trabalho: Enquanto as células piramidais CA1 profundas foram os principais contribuintes para a dinâmica de sequência e montagem, as células superficiais foram especificamente recrutadas durante a repetição de experiências novas, e impulsionaram a formação da memória.
“Quando você aprende algo novo”, disse ele, “esses aspectos da experiência podem ser segregados e codificados por populações especializadas de neurônios, depois transmitidos para diferentes áreas, que são especializadas no processamento de diferentes tipos de informação. Acreditamos que isso é importante porque proporciona um sistema com mais flexibilidade.”
Os pesquisadores também caracterizaram um circuito até então desconhecido envolvendo o hipocampo e o córtex, que desempenha um papel na consolidação da memória. Essa maior compreensão da diversidade neuronal do hipocampo pode ajudar a atingir áreas afetadas pela demência, disse Oliva.
“Uma doença como o Alzheimer é caracterizada por deficiências dessa comunicação entre o hipocampo e o córtex, mas não sabemos se todas as estruturas estão rompidas ou, mais provavelmente, alguns tipos específicos de neurônios nessas estruturas são os mais afetados.
“Se você pudesse determinar qual aspecto da memória é interrompido”, disse ela, “então talvez você pudesse rastrear isso de volta à especialização de diferentes tipos de células e, talvez, empregar novas terapias mais direcionadas”.
Os coautores incluem Ryan Harvey e Heath Robinson, pesquisadores de pós-doutorado; e Can Liu, doutorando na área de neurobiologia e comportamento. Todos os autores são membros do Brain Computation and Behavior Lab, co-liderado por Fernandez-Ruiz e Oliva.
O apoio para esta pesquisa veio dos Institutos Nacionais de Saúde, da Fundação Sloan, da Fundação Whitehall e de uma bolsa Klingenstein-Simons.
