Neurônios comunicam-se à distância por meio de campos elétricos

Nunca havia sido alcançado tal nível de resolução espacial e temporal na detecção de sinais elétricos no cérebro, o que ajudar a explicar a novidade das descobertas.
[Imagem: Anastassiou et./Nature Neuroscience]

Neurônios wireless

Você certamente já ouviu falar de neurônios e sinapses e como essas conexões fazem nosso cérebro funcionar.

Mas essa provavelmente não é a história toda.

Cientistas acabam de descobrir que os neurônios apresentam um comportamento coordenado mesmo quando não estão fisicamente conectados entre si por sinapses.

Campos elétricos no cérebro

O cérebro, estejamos acordados ou dormindo, está mergulhado em uma constante atividade elétrica - uma atividade que não se limita às conexões entre neurônios se comunicando uns com os outros.

Na verdade, o cérebro está envolvido em inúmeras camadas sobrepostas de campos elétricos, gerados pelos circuitos neurais de inúmeros neurônios que se comunicam continuamente.

Até agora, esses campos eram vistos como um "epifenômeno, uma espécie de 'bug' cerebral, que ocorrem durante a comunicação neural," conta o neurocientista Costas Anastassiou, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos.

O novo trabalho de Anastassiou e seus colegas, no entanto, sugere que os campos elétricos do cérebro fazem muito mais e podem, de fato, representar uma forma adicional de comunicação neural.

"Em outras palavras", diz Anastassiou, "enquanto os neurônios ativos dão origem aos campos elétricos extracelulares, os mesmos campos retroalimentam os neurônios e alteram seu comportamento", mesmo que os neurônios não estejam conectados fisicamente - um fenômeno conhecido como conexão ou acoplamento efático.

Novo meio de comunicação neural

"Até agora, acreditava-se que a comunicação neural ocorresse em aparelhos localizados, as sinapses. Nosso trabalho sugere um meio adicional de comunicação neural através do espaço extracelular, independente das sinapses," diz o cientista.

Os campos elétricos extracelulares existem em todo o cérebro, embora sejam particularmente fortes e robustos em regiões específicas, como no hipocampo, que está envolvido na formação da memória, e no neocórtex, que se acredita ser a área onde as memórias de longo prazo são guardadas.

"As flutuações contínuas desses domínios extracelulares são a marca registrada de um cérebro vivo e funcionando em todos os organismos, e sua ausência é um forte indicador de um cérebro em coma profundo, ou mesmo morto," explica Anastassiou.

Anteriormente, os neurobiólogos assumiam que esses campos eram capazes de afetar, e mesmo controlar, a atividade neural, somente durante condições patológicas graves, como convulsões epilépticas, as quais induzem campos muito fortes.

Poucos estudos, entretanto, tinham efetivamente avaliado o impacto dos campos não-epilépticos, muito mais fracos, mas muito mais comuns.

Eletrodos no cérebro

"A razão é simples", diz Anastassiou. "É muito difícil conduzir um experimento in vivo na ausência de campos extracelulares" para observar o que muda quando os campos não estão presentes.

Como não poderia ser de outra maneira, os experimentos foram realizados em cérebros de ratos, focando alguns campos oscilantes, chamados potenciais de campo local, que surgem a partir de poucos neurônios.

Para fazer isso, foi necessário colocar microeletrodos dentro de um volume equivalente ao de uma única célula do corpo humano - a distâncias de menos de 50 milionésimos de metro um do outro. Nunca havia sido alcançado tal nível de resolução espacial e temporal, o que ajudar a explicar a novidade das descobertas.

Campos elétricos afetam o cérebro

O achado mais inesperado e surpreendente, em relação ao saber da neurociência atual, foi que mesmo esses domínios extracelulares extremamente fracos são capazes de alterar a atividade neural.

"No cérebro dos mamíferos, nós sabemos que os campos extracelulares podem facilmente ultrapassar 2 ou 3 milivolts por milímetro. Nossos resultados sugerem que, sob tais condições, o efeito se torna significativo," diz o pesquisador.

E será que campos elétricos externos teriam efeitos similares sobre o cérebro?

"Esta é uma pergunta interessante," respondeu Anastassiou. "De fato, a física dita que qualquer campo elétrico externo terá impacto sobre a membrana neuronal. Porém, o efeito dos campos impostos externamente também vai depender do estado do cérebro. Pode-se pensar no cérebro como um computador distribuído - nem todas as áreas do cérebro mostram o mesmo nível de ativação em todos os momentos."

"Se um campo imposto externamente vai impactar o cérebro também depende a qual área do cérebro o campo é dirigido. Durante as crises epilépticas, campos patológicos podem atingir até 100 milivolts por milímetro - esses campos interferem fortemente nos disparos neurais e dão origem a estados super-sincronizados."

E isso, acrescenta o pesquisador, sugere que a atividade de um campo elétrico - mesmo de campos elétricos externos - sobre certas áreas do cérebro, durante estados cerebrais específicos, pode ter fortes efeitos cognitivos e comportamentais.

É com esses campos elétricos externos que vários outros pesquisadores vêm-se preocupando nos últimos anos:

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