Notícia com publicação científica
Zona dedicada de sinapses permite estabilidade em cérebros adaptáveis
Novos conhecimentos sobre como o cérebro gerencia o armazenamento de memórias e conhecimentos, mesmo mantendo sua flexibilidade, pode ajudar inclusive a melhorar algoritmos de Inteligência Artificial
Getty Images
16 de setembro de 2024, 19:35

Fonte

Jennifer Michalowski, Instituto McGovern para Pesquisa Cerebral do MIT

Publicação Original

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Áreas

Biologia, Bioquímica, Biotecnologia, Fisiologia, Imagens Médicas, Neurociências

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Resumo

Uma das principais características do cérebro humano é que, ao mesmo tempo em que evolui dinamicamente durante a vida, modificando circuitos neurais e conexões, também existem partes que ficam intactas, mantendo memórias e conhecimentos adquiridos.

Recentemente, pesquisadores mostraram como neurônios individuais podem contribuir para essa dualidade cerebral. Ao estudar as sinapses de comunicação entre neurônios piramidais no córtex sensorial do cérebro de animais, eles aprenderam como as células preservam uma parte intocada, ao mesmo tempo em que mantêm a evolução e flexibilidade durante o ciclo da vida.

No futuro, os conhecimentos adquiridos na pesquisa podem ser usados até para melhorar o desempenho de algoritmos de Inteligência Artificial.

Foco do Estudo

Compreender como o cérebro se organiza entre a evolução necessária durante a vida e a manutenção das memórias e conhecimentos adquiridos.

Estudo

Pesquisadores do Instituto McGovern de Pesquisa Cerebral do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade da Califórnia em Berkeley, nos EUA, realizaram experimentos com camundongos de diferentes idades para tentar compreender a dualidade entre a flexibilidade da evolução dinâmica do cérebro e suas estruturas estáticas, que preservam memórias e conhecimentos.

A Dra. Courtney Yaeger, pós doutoranda no MIT, examinou sinapses que perdem sua flexibilidade logo no início da vida e se tornam incomumente estáveis. A pesquisadora identificou que essas sinapses se agrupam ao longo de uma região estreita das células piramidais. As imagens in vivo foram produzidas com microscopia de dois fótons.

Interessada nas conexões pelas quais as células recebem informações visuais primárias, a Dra. Courtney Yaeger traçou suas conexões com neurônios em um centro de processamento da visão do tálamo do cérebro chamado núcleo geniculado lateral dorsal (NGLd).

Em um conjunto de experimentos, a Dra. Yaeger ativou sinapses nos neurônios piramidais e mediu o efeito no potencial elétrico das células. Mudanças no potencial elétrico de um neurônio geram os impulsos que as células usam para se comunicar umas com as outras.

É comum que os efeitos elétricos de uma sinapse sejam amplificados quando sinapses próximas também são ativadas. Mas quando os sinais foram enviados ao domínio do dendrito oblíquo apical, cada sinal teve o mesmo efeito, não importando quantas sinapses fossem estimuladas, indicando que as sinapses naquela região não interagem umas com as outras.

O estudo foi publicado na revista científica Cell Reports.

Os cérebros descobriram como navegar nessa paisagem de equilíbrio entre estabilidade e flexibilidade, para que você possa ter um novo aprendizado e uma memória para toda a vida.

Dr. Mark Harnett, pesquisador do Instituto McGovern de Pesquisa Cerebral do MIT

Resultados

Ao conduzir os mesmos experimentos em camundongos de diferentes idades, os pesquisadores determinaram que as sinapses que conectam os neurônios piramidais ao tálamo se tornam estáveis ​​algumas semanas após os camundongos jovens abrirem os olhos pela primeira vez.

As longas extensões pelas quais um neurônio recebe sinais de outras células são chamadas de dendritos, que se ramificam do corpo principal da célula em uma estrutura semelhante a uma árvore. Protrusões espinhosas ao longo dos dendritos formam as sinapses, que conectam os neurônios a outras células.

Os experimentos da Dra. Courtney Yaeger mostraram que todas as conexões do NGLd levam a uma região definida das células piramidais — uma faixa estreita dentro do que ela descreve como o tronco da árvore dendrítica.

A equipe também conseguiu visualizar o conteúdo molecular de sinapses individuais. Isso revelou uma surpreendente falta de um certo tipo de receptores neurotransmissores, os chamados receptores NMDA, nos dendritos oblíquos apicais. Isso foi notável devido ao papel dos receptores NMDA na mediação de mudanças no cérebro.

Quando a Dra. Courtney Yaeger estimulou eletricamente as sinapses oblíquas apicais, gerando padrões de atividade que fortaleceriam a maioria das sinapses, a equipe descobriu uma consequência da presença limitada de receptores NMDA: a ativação das sinapses não mudou. “Não há plasticidade dependente de atividade acontecendo lá, até onde testamos”, disse a pesquisadora.

As descobertas da equipe não apenas ajudam a explicar como o cérebro se equilibra entre flexibilidade e estabilidade, mas também podem ajudar os pesquisadores a ensinar a inteligência artificial (IA) a fazer a mesma coisa.

O professor Mark Harnett disse que as redes neurais artificiais são tipicamente limitadas nisso: quando uma rede neural artificial que faz algo bem é treinada para fazer algo novo, ela quase sempre experimenta ‘esquecimento catastrófico’ e não consegue mais executar sua tarefa original. A equipe de pesquisa está explorando como eles podem usar o que aprenderam sobre cérebros reais para superar esse problema em redes artificiais.

Geralmente, quando pensamos em qualquer tipo de aprendizado, memória e plasticidade, são os receptores NMDA [um tipo de receptores neurotransmissores] que fazem isso.Esse é, de longe, o substrato mais comum de aprendizado e memória em todos os cérebros

Dr. Mark Harnett, pesquisador do Instituto McGovern de Pesquisa Cerebral do MIT

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Autores/Pesquisadores Citados

Dra. Courtney Yaeger

Pós-doutoranda no Instituto McGovern de Pesquisa Cerebral do MIT

Dr. Mark Harnett

Pesquisador do Instituto McGovern de Pesquisa Cerebral do MIT

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Cell Reports (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

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