Andrey Andreev, Thai Truong, Scott Fraser; Centro de Imagens Translacionais, USC
Enquanto observam uma memória assustadora tomar forma no cérebro de um peixe vivo, os neurocientistas veem um nível inesperado de religação ocorrer nas conexões sinápticas.
Imagine que enquanto você está desfrutando de sua tigela matinal de Cheerios, uma aranha cai do teto e cai no leite. Anos depois, você ainda não consegue chegar perto de uma tigela de cereal sem sentir nojo.
Os pesquisadores agora observaram diretamente o que acontece dentro de um cérebro aprendendo esse tipo de resposta emocionalmente carregada. Em um novo estudo publicado em janeiro no Proceedings of the National Academy of Sciences, uma equipe da Universidade do Sul da Califórnia conseguiu visualizar memórias se formando nos cérebros de peixes de laboratório, visualizando-os sob o microscópio enquanto floresciam em belos verdes fluorescentes. . Em trabalhos anteriores, eles esperavam que o cérebro codificasse a memória ajustando levemente sua arquitetura neural. Em vez disso, os pesquisadores ficaram surpresos ao encontrar uma grande revisão nas conexões.
O que eles viram reforça a visão de que a memória é um fenômeno complexo envolvendo uma miscelânea de caminhos de codificação. Mas sugere ainda que o tipo de memória pode ser fundamental para como o cérebro escolhe codificá-la – uma conclusão que pode sugerir por que alguns tipos de respostas traumáticas profundamente condicionadas são tão persistentes e tão difíceis de desaprender.
“Pode ser que o que estamos vendo seja o equivalente a uma unidade de estado sólido” no cérebro, disse o coautor Scott Fraser, biólogo quantitativo da USC. Embora o cérebro registre alguns tipos de memórias de forma volátil e facilmente apagável, as memórias do medo podem ser armazenadas de forma mais robusta, o que pode ajudar a explicar por que, anos depois, algumas pessoas podem se lembrar de uma memória como se a estivessem revivendo, disse ele.
A memória tem sido frequentemente estudada no córtex, que cobre a parte superior do cérebro dos mamíferos, e no hipocampo, na base. Mas tem sido examinado com menos frequência em estruturas mais profundas, como a amígdala, o centro de regulação do medo do cérebro. A amígdala é particularmente responsável pelas memórias associativas, uma importante classe de memórias emocionalmente carregadas que ligam coisas díspares – como aquela aranha em seu cereal. Embora esse tipo de memória seja muito comum, como ela se forma não é bem compreendida, em parte porque ocorre em uma área relativamente inacessível do cérebro.
Fraser e seus colegas viram uma oportunidade de contornar essa limitação anatômica e aprender mais sobre a formação de memória associativa usando peixes-zebra. Os peixes não têm amígdala como os mamíferos, mas têm uma região análoga chamada pálio, onde se formam as memórias associativas. O pálio é muito mais acessível para estudo, explicou Fraser: Enquanto um cérebro de mamífero em desenvolvimento cresce apenas ficando maior – “inflando como se fosse um balão” – o cérebro do peixe-zebra quase se vira do avesso “como um grão de pipoca, então esses centros profundos estão perto da superfície onde podemos imaginá-los.” Além disso, as larvas do peixe-zebra são transparentes, para que os pesquisadores possam espiar diretamente em seus cérebros.
Os neurocientistas geralmente concordam que o cérebro forma memórias modificando suas sinapses – as pequenas junções onde os neurônios se encontram. Mas a maioria acredita que isso ocorre principalmente ajustando a força das conexões, ou a força com que um neurônio estimula o próximo, disse Fraser.
Então, para tornar esse processo visível, Fraser e sua equipe criaram peixes-zebra geneticamente modificados para produzir neurônios com um marcador de proteína fluorescente ligado às suas sinapses. A proteína marcadora, criada no laboratório de Don Arnold, professor de ciências biológicas e engenharia biológica da USC, fluoresceu sob a luz fraca do laser de um microscópio personalizado: O desafio era “ser capaz de espionar algo enquanto ele ocorre,” mas use o mínimo de luz possível para evitar queimar as criaturas, disse Fraser. Os pesquisadores puderam então ver não apenas a localização das sinapses individuais, mas também sua força – quanto mais brilhante a luz, mais forte a conexão.
Cortesia de Scott Fraser
Para induzir uma memória, Fraser e sua equipe condicionaram as larvas do peixe-zebra a associar uma luz a um aquecimento desconfortavelmente, assim como o fisiologista russo do século 19 Ivan Pavlov condicionou seus cães a salivar na expectativa de um deleite quando ouviram o som de uma Sino. As larvas do peixe-zebra aprenderam a tentar nadar para longe sempre que viam a luz. (No experimento, as cabeças das larvas foram imobilizadas, mas suas caudas ficaram livres para balançar como um indicador do comportamento aprendido).
Ao contrário da expectativa, as forças sinápticas no pálio permaneceram as mesmas, independentemente de o peixe ter aprendido alguma coisa. Em vez disso, nos peixes que aprenderam, as sinapses foram podadas de algumas áreas do pálio – produzindo um efeito “como cortar um bonsai”, disse Fraser – e replantadas em outras.
Estudos anteriores às vezes sugeriram que as memórias podem se formar através da adição e exclusão de sinapses – mas essa visualização em tempo real e em larga escala do cérebro sugere que esse método de formação de memória pode ser muito mais significativo do que os pesquisadores imaginavam. Embora não seja uma prova definitiva, “acho que fornece evidências convincentes” de que essa pode ser uma das principais maneiras pelas quais o cérebro forma memórias, disse Tomás Ryan, neurocientista do Trinity College Dublin que não esteve envolvido no estudo.
“Acho que todo mundo já pensou que há uma série de maneiras pelas quais um cérebro pode armazenar memórias. A beleza disso é que aposto que todos eles estão certos.”Scott Fraser, Universidade do Sul da Califórnia
Para reconciliar os resultados de seu novo estudo com suas expectativas iniciais de formação de memória, Fraser, Arnold e sua equipe levantam a hipótese de que o tipo de memória pode direcionar como o cérebro escolhe codificá-la. Esses “eventos associativos que analisamos podem ser o tipo mais forte de memórias”, disse Fraser. Para os peixes, eles são do tipo “faça ou morra”, então “não é muito surpreendente que você possa codificar essas memórias fortes de uma maneira muito forte”.
Mas o que é apropriado para bloquear memórias cheias de medo pode não ser o melhor para tipos mais mundanos de memórias. Ao aprender a pronunciar o nome de alguém, você provavelmente “não gostaria de arrancar sinapses do seu cérebro e adicionar novas”, disse Fraser.
Fraser e sua equipe esperam que esse modelo possa eventualmente ajudá-los a examinar os mecanismos envolvidos nas memórias que desencadeiam o transtorno de estresse pós-traumático e que possa até levar a estratégias potenciais para moderar essa condição.
Mas é possível que as descobertas tenham mais a ver com a idade do peixe-zebra do que com o tipo de memória formada, disse Cliff Abraham, professor de psicologia da Universidade de Otago, na Nova Zelândia, que também não fez parte do estudo. “Sabemos que há muita poda e reorganização sináptica como resultado da experiência durante o desenvolvimento em diferentes partes do cérebro”, disse Abraham. Se os pesquisadores observarem os peixes-zebra adultos – o que é mais difícil de fazer porque são menos transparentes e têm cérebros maiores – eles podem obter resultados diferentes.
O artigo é um “tour de force técnico”, acrescentou, mas é apenas uma peça do quebra-cabeça de como as memórias se formam, e ainda há muitas perguntas sem resposta, como por quanto tempo essas memórias e mudanças sinápticas persistem no peixe-zebra. .
Os pesquisadores esperam ver se as descobertas se traduzem em animais com cérebros maiores e até em mamíferos, e examinar como esses peixes-zebra e outros animais formam memórias menos carregadas emocionalmente ou traumáticas.
“Acho que todo mundo pensou que há uma série de maneiras pelas quais um cérebro pode armazenar memórias”, disse Fraser. “A beleza disso é que aposto que todos estão certos. E a pergunta será: como tudo isso funciona em conjunto?”
Publicado em 06/03/2022 12h01
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