Estudo inédito sobre memória mostra que nem tudo funciona como imaginávamos

Mapa inédito da memória: Reconstrução 3D em nanoescala das sinapses neuronais.
[Imagem: Marco Uytiepo et al. - 10.1126/science.ado8316]

Engramas

Usando ferramentas genéticas de ponta, microscopia eletrônica 3D e inteligência artificial, cientistas descobriram marcas estruturais importantes da memória de longo prazo no cérebro - essas estruturas são conhecidas como engramas.

As descobertas - e foram várias - abrem caminho para avanços no tratamento da perda de memória e outros comprometimentos cognitivos associados ao envelhecimento e doenças neurodegenerativas.

"Nosso trabalho tirou proveito de desenvolvimentos tecnológicos recentes em vários campos," disse o pesquisador Marco Uytiepo, do Instituto de Pesquisas Scripps (EUA). "Nós usamos imagens 3D de alta resolução para revelar a arquitetura intrincada de circuitos cerebrais que armazenam traços de memória com detalhes sem precedentes. Como analisar essas imagens com programas de computador convencionais pode levar anos, confiamos muito em algoritmos de IA para acelerar o processamento de dados em várias ordens de magnitude."

O foco do estudo foi o hipocampo, uma região do cérebro crucial para o aprendizado e a memória em animais e humanos. Foram usados modelos de camundongos para rotular e identificar neurônios ativados durante uma tarefa de aprendizagem específica, e então foram reconstruídas as conexões sinápticas (junções onde os neurônios se comunicam) em resolução de escala nanométrica.

Os resultados não apenas são os melhores já obtidos, como também questionam o saber científico atual.

"Esperávamos descobrir algo interessante, já que nenhuma abordagem semelhante havia sido implementada antes," disse o professor Anton Maximov. "O que não esperávamos era que nossas descobertas desafiariam dois dogmas de longa data."

Os botões multissinápticos surgem agora como alvos terapêuticos promissores.
[Imagem: Marco Uytiepo et al. - 10.1126/science.ado8316]

Não era como pensávamos

Nas sinapses neuronais, os sinais químicos são normalmente transmitidos de um único terminal nervoso - uma região inchada de um axônio cheia de vesículas que secretam esses sinais - para um único local pós-sináptico no dendrito de uma célula receptora. Muitos estudos anteriores (usando métodos de imagem óptica de baixa resolução) indicaram que o aprendizado requer um aumento em massa no número de sinapses.

No entanto, o que o novo estudo revelou é que nem sempre esse é o caso - o número total e o arranjo de sinapses isoladas permaneceram inalterados após a formação da memória. Em vez disso, os neurônios alocados a um engrama expandiram sua conectividade por meio de botões multissinápticos, terminais axonais especializados que sinalizam simultaneamente para até seis dendritos diferentes, em vez de apenas um. Esses botões não apenas são mais abundantes ao longo dos axônios dos neurônios ativados, como também são estruturalmente mais complexos.

Em segundo lugar, a equipe descobriu que os neurônios do engrama em regiões hipocampais adjacentes não se conectam preferencialmente entre si, ao contrário do que é amplamente aceito pela neurociência. Em vez disso, a expansão de sua rede por meio de botões multissinápticos resultou no recrutamento de outros neurônios que não estavam envolvidos durante o aprendizado.

Além disso, os pesquisadores descobriram que os neurônios do engrama apresentam alterações em pequena escala na arquitetura de suas sinapses individuais, incluindo mudanças em organelas intracelulares, como mitocôndrias e retículo endoplasmático liso. Mais ainda, esses neurônios apresentam interações aprimoradas com astrócitos, células gliais que regulam a função sináptica e fornecem suporte metabólico.

Os pesquisadores agora pretendem determinar se mecanismos semelhantes operam em outros circuitos cerebrais e se sua disfunção contribui para a perda de memória. Enquanto isso, devido ao seu papel, os botões multissinápticos surgem agora como alvos terapêuticos promissores.