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Diferentes tipos dessas projeções semelhantes a ramificações processam as informações recebidas de maneiras diferentes antes de enviá-las ao corpo do neurônio.
Dentro do cérebro humano, os neurônios realizam cálculos complexos com base nas informações que recebem. Pesquisadores do MIT já demonstraram como os dendritos – extensões semelhantes a ramificações que se projetam dos neurônios – ajudam a realizar esses cálculos.
Os pesquisadores descobriram que dentro de um único neurônio, diferentes tipos de dendritos recebem informações de partes distintas do cérebro e as processam de maneiras diferentes. Essas diferenças podem ajudar os neurônios a integrar uma variedade de entradas e gerar uma resposta apropriada, dizem os pesquisadores.
Nos neurônios que os pesquisadores examinaram neste estudo, parece que esse processamento dendrítico ajuda as células a receber informações visuais e combiná-las com feedback motor, em um circuito envolvido na navegação e no planejamento do movimento.
?Nossa hipótese é que esses neurônios têm a capacidade de identificar características e pontos de referência específicos no ambiente visual e combiná-los com informações sobre velocidade de corrida, para onde estou indo e quando vou começar, para me mover em direção a um posição de objetivo?, diz Mark Harnett, professor associado de ciências do cérebro e cognitivas, membro do Instituto McGovern de Pesquisa do Cérebro do MIT e autor sênior do estudo.
Mathieu Lafourcade, ex-pós-doc do MIT, é o principal autor do artigo, que aparece hoje na Neuron.
Cálculos complexos
Qualquer neurônio pode ter dezenas de dendritos, que recebem informações sinápticas de outros neurônios. Os neurocientistas levantaram a hipótese de que esses dendritos podem atuar como compartimentos que realizam seus próprios cálculos nas informações recebidas antes de enviar os resultados para o corpo do neurônio, que integra todos esses sinais para gerar uma saída.
Pesquisas anteriores mostraram que os dendritos podem amplificar os sinais de entrada usando proteínas especializadas chamadas receptores NMDA. Estes são receptores de neurotransmissores sensíveis à voltagem que são dependentes da atividade de outros receptores chamados receptores AMPA. Quando um dendrito recebe muitos sinais de entrada através dos receptores AMPA ao mesmo tempo, o limiar para ativar os receptores NMDA próximos é atingido, criando uma explosão extra de corrente.
Acredita-se que esse fenômeno, conhecido como supralinearidade, ajude os neurônios a distinguir entre entradas que chegam próximas ou mais distantes no tempo ou no espaço, diz Harnett.
No novo estudo, os pesquisadores do MIT queriam determinar se diferentes tipos de entradas são direcionados especificamente para diferentes tipos de dendritos e, em caso afirmativo, como isso afetaria os cálculos realizados por esses neurônios. Eles se concentraram em uma população de neurônios chamados células piramidais, os principais neurônios de saída do córtex, que possuem vários tipos diferentes de dendritos. Os dendritos basais se estendem abaixo do corpo do neurônio, os dendritos oblíquos apicais se estendem a partir de um tronco que sobe do corpo e os dendritos em tufo estão localizados na parte superior do tronco.
Harnett e seus colegas escolheram uma parte do cérebro chamada córtex retroesplenial (RSC) para seus estudos porque é um bom modelo para o córtex de associação – o tipo de córtex cerebral usado para funções complexas, como planejamento, comunicação e cognição social. O RSC integra informações de muitas partes do cérebro para orientar a navegação, e os neurônios piramidais desempenham um papel fundamental nessa função.
Em um estudo com camundongos, os pesquisadores mostraram pela primeira vez que três tipos diferentes de entrada entram em neurônios piramidais do RSC: do córtex visual em dendritos basais, do córtex motor em dendritos oblíquos apicais e dos núcleos laterais do tálamo. uma área de processamento visual, em dendritos de tufos.
?Até agora, não havia muito mapeamento de quais entradas estão indo para esses dendritos?, diz Harnett. ?Descobrimos que existem algumas regras de fiação sofisticadas aqui, com diferentes entradas indo para diferentes dendritos.?
Uma série de respostas
Os pesquisadores então mediram a atividade elétrica em cada um desses compartimentos. Eles esperavam que os receptores NMDA mostrassem atividade supralinear, porque esse comportamento já foi demonstrado antes em dendritos de neurônios piramidais tanto no córtex sensorial primário quanto no hipocampo.
Nos dendritos basais, os pesquisadores viram exatamente o que esperavam: a entrada vinda do córtex visual provocou picos elétricos supralineares, gerados pelos receptores NMDA. No entanto, a apenas 50 mícrons de distância, nos dendritos oblíquos apicais das mesmas células, os pesquisadores não encontraram sinais de atividade supralinear. Em vez disso, a entrada para esses dendritos gera uma resposta linear constante. Esses dendritos também têm uma densidade muito menor de receptores NMDA.
?Isso foi chocante, porque ninguém nunca relatou isso antes?, diz Harnett. ?O que isso significa é que os oblíquos apicais não se importam com o padrão de entrada. As entradas podem ser separadas no tempo, ou juntas no tempo, e isso não importa. É apenas um integrador linear que informa à célula quanta entrada ela está recebendo, sem fazer nenhum cálculo sobre ela.?
Essas entradas lineares provavelmente representam informações como velocidade de corrida ou destino, diz Harnett, enquanto as informações visuais que chegam aos dendritos basais representam pontos de referência ou outras características do ambiente. A supralinearidade dos dendritos basais permite que eles realizem tipos mais sofisticados de computação nessa entrada visual, que os pesquisadores supõem permitir que o RSC se adapte de maneira flexível às mudanças no ambiente visual.
Nos dendritos de tufos, que recebem entrada do tálamo, parece que os picos de NMDA podem ser gerados, mas não com muita facilidade. Como os dendritos oblíquos apicais, os dendritos de tufo têm uma baixa densidade de receptores NMDA. O laboratório de Harnett agora está estudando o que acontece em todos esses diferentes tipos de dendritos à medida que os ratos realizam tarefas de navegação.
A pesquisa foi financiada por uma bolsa de doutorado da Boehringer Ingelheim Fonds, os Institutos Nacionais de Saúde, o Fundo James W. e Patricia T. Poitras, o Programa de Bolsas Klingenstein-Simons, um prêmio Vallee Scholar e um McKnight Scholar Award.
Publicado em 19/02/2022 06h09
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