Resumo:
Dois novos estudos lançam uma nova luz sobre como o cérebro codifica o tempo e o lugar nas memórias.
As descobertas não apenas aumentam o corpo de pesquisas fundamentais sobre a memória, mas podem eventualmente fornecer a base para novos tratamentos para combater a perda de memória por doenças como lesão cerebral traumática ou doença de Alzheimer.
Dois estudos liderados por pesquisadores da UT Southwestern lançaram uma nova luz sobre como o cérebro codifica o tempo e o lugar nas memórias. As descobertas, publicadas recentemente na PNAS e na Science , não apenas adicionam ao corpo de pesquisas fundamentais sobre a memória, mas podem eventualmente fornecer a base para novos tratamentos para combater a perda de memória de condições como lesão cerebral traumática ou doença de Alzheimer.
Cerca de uma década atrás, um grupo de neurônios conhecido como "células do tempo" foi descoberto em ratos. Essas células parecem desempenhar um papel único no registro quando os eventos ocorrem, permitindo que o cérebro marque corretamente a ordem do que acontece em uma memória episódica.
Localizadas no hipocampo do cérebro, essas células mostram um padrão de atividade característico enquanto os animais codificam e relembram eventos, explica Bradley Lega, MD, professor associado de cirurgia neurológica da UTSW e autor sênior do estudo PNAS . Ao disparar em uma sequência reproduzível, eles permitem que o cérebro se organize quando os eventos acontecem, diz Lega. O momento de seu disparo é controlado por ondas cerebrais de 5 Hz, chamadas oscilações teta, em um processo conhecido como precessão.
Lega investigou se os humanos também têm células de tempo, usando uma tarefa de memória que exige muito das informações relacionadas ao tempo. Lega e seus colegas recrutaram voluntários da Unidade de Monitoramento de Epilepsia do Instituto do Cérebro Peter O'Donnell Jr. da UT Southwestern, onde pacientes com epilepsia ficam por vários dias antes da cirurgia para remover partes danificadas de seus cérebros que provocam convulsões. Eletrodos implantados nos cérebros desses pacientes ajudam seus cirurgiões a identificar com precisão os focos de convulsão e também fornecem informações valiosas sobre o funcionamento interno do cérebro, diz Lega.
Ao registrar a atividade elétrica do hipocampo em cérebros de 27 voluntários, os pesquisadores os fizeram fazer tarefas de "lembrança livre" que envolviam ler uma lista de 12 palavras por 30 segundos, fazer um pequeno problema de matemática para distraí-los de ensaiar as listas, e então recordar tantas palavras da lista quanto possível durante os próximos 30 segundos. Essa tarefa requer a associação de cada palavra a um segmento de tempo (a lista em que ela estava), o que permitiu a Lega e sua equipe procurar células de tempo. O que a equipe descobriu foi empolgante: eles não apenas identificaram uma população robusta de células de tempo, mas o disparo dessas células previu quão bem os indivíduos eram capazes de ligar palavras no tempo (um fenômeno chamado agrupamento temporal). Finalmente, essas células parecem exibir precessão de fase em humanos, como previsto.
"Durante anos, os cientistas propuseram que as células do tempo são como a cola que mantém as memórias de eventos em nossas vidas", de acordo com Lega. "Esta descoberta apóia especificamente essa ideia de uma forma elegante."
No segundo estudo da Science , Brad Pfeiffer, Ph.D., professor assistente de neurociência, liderou uma equipe que investigava células locais - uma população de células hipocampais em animais e humanos que registra onde os eventos ocorrem. Os pesquisadores sabem há muito tempo que, à medida que os animais percorrem um caminho que já percorreram antes, os neurônios que codificam diferentes locais ao longo do caminho disparam em sequência, assim como as células do tempo disparam na ordem dos eventos temporais, explica Pfeiffer. Além disso, enquanto os ratos estão explorando ativamente um ambiente, as células do local são organizadas em "mini-sequências" que representam uma varredura virtual de locais à frente do rato. Essas varreduras semelhantes a radar acontecem cerca de 8 a 10 vezes por segundo e são consideradas um mecanismo cerebral para prever eventos ou resultados imediatos.
Antes deste estudo, sabia-se que, quando os ratos paravam de correr, as células do lugar costumavam ser reativadas em longas sequências que pareciam repetir a experiência anterior do rato ao contrário. Embora esses eventos de "repetição reversa" fossem conhecidos por serem importantes para a formação da memória, não estava claro como o hipocampo era capaz de produzir tais sequências. Na verdade, um trabalho considerável havia indicado que a experiência deveria fortalecer as sequências de "olhar para frente", mas enfraquecer os eventos de repetição reversa.
Para determinar como essas memórias para trás e para a frente funcionam juntas, Pfeiffer e seus colegas colocaram eletrodos no hipocampo de ratos e, em seguida, permitiram que explorassem dois lugares diferentes: uma arena quadrada e uma pista longa e reta. Para incentivá-los a se movimentar por esses espaços, colocaram poços com leite achocolatado em vários locais. Eles então analisaram a atividade celular local dos animais para ver como ela correspondia às suas localizações.
Neurônios específicos dispararam enquanto os ratos vagavam por esses espaços, codificando informações no local. Esses mesmos neurônios dispararam na mesma sequência em que os ratos refizeram seus caminhos, e dispararam periodicamente ao contrário à medida que completavam diferentes etapas de suas viagens. No entanto, examinando os dados mais de perto, os pesquisadores descobriram algo novo: conforme os ratos se moviam por esses espaços, seus neurônios não apenas exibiam mini-sequências preditivas para a frente, mas também mini-sequências retrospectivas para trás. As sequências para frente e para trás se alternavam, cada uma levando apenas algumas dezenas de milissegundos para ser concluída.
"Enquanto esses animais avançavam, seus cérebros estavam constantemente alternando entre esperar o que aconteceria a seguir e relembrar o que acabou de acontecer, tudo em um período de fração de segundo", diz Pfeiffer.
Pfeiffer e sua equipe estão atualmente estudando quais entradas essas células estão recebendo de outras partes do cérebro que as fazem agir nesses padrões de avanço ou reverso. Em teoria, diz ele, pode ser possível sequestrar esse sistema para ajudar o cérebro a lembrar onde um evento aconteceu com mais fidelidade. Da mesma forma, acrescenta Lega, as técnicas de estimulação podem, eventualmente, ser capazes de imitar o padrão preciso das células do tempo para ajudar as pessoas a se lembrarem com mais precisão das sequências temporais de eventos. Estudos adicionais com "Nas últimas décadas, houve uma explosão de novas descobertas sobre a memória", acrescenta. "A distância entre as descobertas fundamentais em animais e como eles podem ajudar as pessoas está se tornando muito menor agora."
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo UT Southwestern Medical Center . Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referências de periódicos :
Mengni Wang, David J. Foster, Brad E. Pfeiffer. Sequências alternadas de comportamento futuro e passado codificado nas oscilações teta do hipocampo . Ciência , 2020; 370 (6513): 247 DOI: 10.1126 / science.abb4151
Gray Umbach, Pranish Kantak, Joshua Jacobs, Michael Kahana, Brad E. Pfeiffer, Michael Sperling, Bradley Lega. As células do tempo no hipocampo humano e no córtex entorrinal suportam a memória episódica . Proceedings of the National Academy of Sciences , 2020; 117 (45): 28463 DOI: 10.1073 / pnas.2013250117
