Neurônios demais estragar a memória

Too Many Neurons Spoil the Memory

Nova pesquisa revela os mecanismos celulares pelos quais as redes neuronais que codificam memória emergem


Alimentado por Guardian.co.ukEste artigo intitulado “Neurônios demais estragar a memória” foi escrito por Mo Costandi, para theguardian.com na sexta-feira 12 de fevereiro 2016 15.15 Tempo Universal Coordenado (Universal Time Coordinated

Diga-me onde habitam os pensamentos, esquecido, até que a chamá-los? Diga-me onde habitam as alegrias de idade, e onde os antigos amores, E quando eles vão renovar novamente, e na noite do esquecimento passado, Que eu possa atravessar tempos e espaços muito remota, e trazer Comforts em um presente tristeza e uma noite de dor? Onde vais tu, O pensamento? Para que terra remota é o teu voo? Se tu regressas ao momento presente da aflição, Queres trazer conforto em tuas asas, e orvalho e mel e bálsamo, Ou veneno das selvas do deserto, a partir dos olhos do invejoso?

Em seu poema épico, Visões das Filhas de Albion, William Blake interroga-se sobre a natureza da memória, sua capacidade de nos transportar mentalmente para tempos distantes e lugares, e as poderosas emoções, tanto positivas como negativas, que nossas lembranças podem evocar. O poema contém questões que permanecem altamente pertinente hoje, tais como o que acontece com nossas memórias há muito perdidos, e como podemos recuperá-los?

Mais de dois séculos depois, os mecanismos de armazenamento de memória e recuperação são os fenómenos mais intensamente estudados nas ciências do cérebro. Acredita-se que a formação da memória envolve o reforço das ligações entre as redes escassamente distribuídos de neurônios em uma estrutura do cérebro chamada hipocampo, e que a recuperação subsequente envolve a reactivação dos mesmos conjuntos neuronais. E ainda, neurocientistas ainda lutam para responder a perguntas de Blake definitivamente.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Genebra, fez outro avanço importante na nossa compreensão dos mecanismos neurais subjacentes a formação da memória. Usando um método state-of-the-art chamada optogenética, eles mostram como os conjuntos neuronais que codificam memórias emergem, revelando que conjuntos contendo neurônios demais - ou muito poucos - prejudicar a recuperação da memória.

optogenética é uma técnica extremamente poderosa que envolve proteínas de algas introduzindo chamados channelrhodopsins (chrs) em neurônios. Isto torna as células sensíveis à luz, de tal forma que grupos específicos deles pode ser ligado ou desligado, usando pulsos de luz laser emitido para o cérebro através das fibras ópticas, em uma escala de tempo de milissegundos.

Nos últimos anos, pesquisadores usaram optogenética para rotular os neurônios do hipocampo que se tornam ativas durante a formação da memória no cérebro do rato, e manipular os conjuntos marcados de várias maneiras. Nesse caminho, eles podem reativar os mesmos conjuntos para induzir a recuperação da memória; alternar memórias terríveis ligado ou desligado; converter memórias negativas em positivas, ou vice-versa; e até mesmo implantar inteiramente falsas memórias no cérebro de ratos.

A nova pesquisa, liderado por Pablo Mendez eo falecido Dominique Muller, que tragicamente morreu em um acidente de deslizamento em abril do ano passado, baseia-se em trabalhos anteriores. Eles criaram ratinhos geneticamente modificados que expressam ChR em células de grânulos de um lado do cérebro, no região denteado do hipocampo. as células granulares são os principais neurônios na região do hipocampo, que se pensa ser crítico para as funções do hipocampo como memória e navegação espacial. Eles colocaram os animais em grandes gaiolas, permitindo que alguns deles para explorar seu novo ambiente. enquanto isso, eles optogenetically activado células granulares aleatórios em alguns dos murganhos, mas não outros.

células granulares do hipocampo expressando channelrodopsina (em vermelho).
células granulares do hipocampo expressando channelrodopsina (em vermelho). Imagem: Pablo Mendez

Quando eles dissecados e examinados cérebros dos animais 45 minutos depois, os pesquisadores descobriram a atividade evocada exploração espacial em conjuntos de neurônios do hipocampo, tal como determinado pelos níveis de cFos, um chamado gene 'precoce imediato' que é ligado rapidamente quando neurónios começar a disparar. É importante salientar, ratinhos permitiu explorar suas gaiolas tinham números mais elevados de cFos-expressing granule cells than those left in their home cages for the duration of the experiment, and those that received optogenetic stimulation during the exploration had significantly higher numbers of cFos–positive neurons than those that did not.

This showed that spatial exploration evokes activity in ensembles of dentate granule cells, and that randomly altering the activity of these networks with optogenetic stimulation increases the size of the ensembles, or the number of cells within them.

But does manipulating the size of the ensembles have any effect on behaviour? To find out, Mendez and his colleagues placed mice expressing ChR in their hippocampi into another cage, and gave them several mild electric shocks. With repetition of this treatment, the mice quickly learn to fear the cage, and quickly freeze up when returned into it, even when they are not given more shocks.

Desta vez, the researchers optogenetically stimulated random granule cells in some of the mice, mas não outros, during the training, in order to increase the size of the neuronal ensemble that encodes the fearful memory. These mice exhibited less freezing behaviour when returned to the same cage than others who received no stimulation. But the stimulation also created artificial fear memories, such that the animals froze up in other situations, também.

Inhibition of random granule cells had the same effect, suggesting that merely altering the number of neurons in the ensemble interfered with the animals’ ability to recall the fearful memories. These findings are consistent with those of an earlier study, which also showed that inhibiting or stimulating granule cell activity impairs contextual learning.

To understand why this might be, the researchers performed another series of experiments, using microelectrodes to record the activity of neurons in slices of hippocampal tissue. These experiments showed that optogenetic stimulation of granule cells produces a robust response in neighbouring interneurons, which release the inhibitory neurotransmitter GABA.

Assim, the firing of granule cells leads inhibitory interneurons, which dampen adjacent granule cells and prevent them from entering the ensemble. Nesse caminho, interneurons appear to stabilize newly-formed memories by regulating the number and distribution of granule cells involved in encoding memories. Activating or silencing random granule cells upsets this process and alters the number of granule cells, which may make the new memories unstable.

“In this study, we used a simple form of memory, the memory of a spatial context, but the challenge is studying how more complex experiences are memorized, and how the brain deals with the storage of multiple experiences,” says Mendez. “Understanding these questions could help us to understand the limits of the brain’s storage capacity.”

Reference

Stefanelli, T., et al. (2016). Hippocampal Somatostatin Interneurons Control the Size of Neuronal Memory Ensembles. Neurônio, 89: 1-12. DOI: 10.1016/j.neuron.2016.01.024 [Abstract]

guardian.co.uk © Guardian News & Media Limited 2010