Hipocampo e memória: estudo em camundongos da NYU Langone revela células em dois canais

Pesquisas sobre memória já tinham um modelo funcional de como as células do cérebro dividem o trabalho.

Em geral, os sinais que chegam são processados numa parte do circuito, os sinais que saem seguem para outra, e cada célula tende a manter a sua função.

Raramente a mesma célula alterna entre essas duas tarefas.

Um novo estudo em camundongos identificou um pequeno agrupamento dessas células a fazer algo inesperado.

Uma parcela das células no principal ponto de retransmissão do hipocampo parece lidar, ao mesmo tempo, com sinais de entrada e de saída - e, de algum modo, impede que um fluxo interfira no outro.

O desafio da memória no cérebro

O seu cérebro vive uma espécie de tensão diária. Ele precisa manter flexibilidade suficiente para incorporar novas experiências e, ao mesmo tempo, estabilidade para não perder tudo o que já aprendeu.

Pesquisadores do NYU Langone Health (NYU Langone) quiseram entender como esses dois requisitos podem coexistir.

Duas regiões lideram esse processo.

O hipocampo transforma experiências do dia a dia em memórias, enquanto o neocórtex - a camada externa enrugada do cérebro - guarda o conhecimento por períodos prolongados.

Joaquín Gonzalez, PhD, pesquisador de pós-doutorado no NYU Langone e coautor líder, juntou-se a colegas para “ouvir” o diálogo entre essas regiões enquanto ele acontecia.

Eles acompanharam sinais que saíam de circuitos profundos de memória e alcançavam uma área cortical associada à navegação.

Registrando a atividade cerebral ao vivo

À primeira vista, o experimento parecia simples. Seis camundongos aprenderam a correr de um lado para o outro numa pista reta, recebendo um gole de água em cada extremidade.

Enquanto corriam, eletrodos muito finos registravam simultaneamente a atividade de centenas de células cerebrais.

Para isso, foi necessário um nível de acesso que ferramentas antigas não conseguiam oferecer.

Pela primeira vez, a equipa registrou todas as regiões-chave dessa cadeia no mesmo momento, em animais a mover-se livremente, em vez de permanecerem imobilizados.

Como também foi registada a posição de cada camundongo a cada instante, os cientistas conseguiram relacionar cada “faísca” de atividade cerebral ao comportamento do animal.

Assim, observaram como os sinais de entrada iam sendo transformados no caminho até o córtex.

Um sistema de comunicação oculto

Cerca de uma em cada quatro células de memória no principal relé do hipocampo carregava a maior parte do tráfego de entrada.

Esse tipo de roteamento concentrado é algo que estudos anteriores já tinham sugerido entre regiões. A maioria das outras células quase não participava.

Então veio a surpresa principal. Quando essas mesmas células tão ativas enviavam sinais adiante, para o córtex, elas disparavam num padrão completamente diferente - algo que, segundo os pesquisadores, cria um canal separado de saída.

“Nossas descobertas ajudam a explicar como a memória pode ser ao mesmo tempo maleável e duradoura”, disse Gonzalez.

A equipa descreveu essa organização como uma central telefônica da memória: um grupo de células a equilibrar mensagens de entrada e de saída sem permitir que elas se misturem.

O sono ajuda a fixar memórias

Com as luzes apagadas, a atividade não parou. Essas células-hub - o pequeno grupo que lida com sinais de entrada e de saída - já tinham ficado muito ativas durante o dia.

E continuaram à noite, disparando em rajadas curtas e rápidas chamadas de ondulações de onda aguda. Pesquisas anteriores do cérebro já associaram essas rajadas à memória.

Durante o sono, os padrões de corrida do dia foram reproduzidos repetidamente. Nunca exatamente do mesmo jeito.

A repetição dentro do hipocampo coincidiu com essas rajadas, enquanto a via em direção ao córtex permaneceu mais estável.

O que os registos mostram de forma direta é o tempo dos eventos, não uma relação de causa.

Ainda assim, os pesquisadores interpretaram o padrão como as mesmas células a ajudar a consolidar memórias durante a noite, ao passo que o córtex mantinha seu “mapa” mais firme. Um lado aprende; o outro protege.

Onde a memória falha

Um circuito tão específico oferece aos pesquisadores de memória um novo ponto de investigação.

Se um pequeno conjunto de células-hub impede que memórias novas e antigas colidam no cérebro, então problemas nesse ponto poderiam ajudar a explicar por que a recordação se desorganiza em certas condições.

A doença de Alzheimer é um ponto de partida evidente, já que pessoas com a condição perdem tanto a capacidade de lembrar eventos quanto a de se orientar no espaço.

Em teoria, danos a um hub partilhado poderiam embaralhar os dois aspetos ao mesmo tempo.

Este estudo envolveu poucos camundongos numa pista simples, não pessoas a viver rotinas comuns; portanto, ainda não dá para afirmar que o cérebro humano funcione da mesma forma. É uma pista forte, não um caso encerrado.

Ensinando a IA a lembrar

O mesmo problema de “apagar” conhecimento também afeta a inteligência artificial.

Quando se treina um modelo para uma nova tarefa, ele muitas vezes acaba por sobrepor o que tinha aprendido antes - uma falha que pesquisadores descrevem, num artigo bem conhecido, como esquecimento catastrófico.

György Buzsáki, MD, PhD, neurocientista do NYU Langone e coautor sênior, vê no desenho do cérebro um possível modelo para uma solução.

Um circuito que reutiliza as mesmas células em padrões novos pode indicar aos engenheiros como acrescentar conhecimento sem sobrescrever informação antiga.

O que este estudo oferece é a primeira visualização clara de um conjunto de células cerebrais a operar dois canais separados ao mesmo tempo: um para receber e outro para proteger.

Pesquisadores de memória ganham um alvo mais preciso para condições como Alzheimer. Projetistas de IA ganham um modelo funcional de aprendizagem que não exige esquecer. Dois problemas, um circuito.