As ‘células do lugar’, algo como o GPS do nosso cérebro

As 'células do lugar', algo como o GPS do nosso cérebro 1

Orientação e exploração em espaços novos ou desconhecidos é uma das faculdades cognitivas que usamos com mais frequência. Nós o usamos para nos guiar em nossa casa, em nosso bairro, para ir trabalhar.

Também dependemos disso quando viajamos para uma cidade nova e desconhecida para nós. Usamo-lo mesmo quando dirigimos e, possivelmente, o leitor já foi vítima de um descuido em sua orientação ou de um parceiro, que o condenou a perder-se sendo forçado a girar com o carro até virar. Com o caminho certo.

Não é culpa da orientação, é culpa do hipocampo

Todas essas situações tendem a nos frustrar muito e nos levam a amaldiçoar nossa orientação ou a de outros com insultos, gritos e comportamentos diversos. Bem, hoje vou dar um derrame nos mecanismos neurofisiológicos de orientação , no GPS do cérebro, para nos entender.

Começaremos a ser específicos: não devemos amaldiçoar a orientação, pois esse é apenas um produto de nossa atividade neuronal em regiões específicas. Portanto, começaremos amaldiçoando nosso hipocampo.

O hipocampo como estrutura cerebral

Evolutivamente, o hipocampo é uma estrutura antiga, faz parte do arquétipo, ou seja, aquelas estruturas filogeneticamente mais antigas em nossa espécie. Anatomicamente, faz parte do sistema límbico, no qual também são encontradas outras estruturas, como a amígdala. O sistema límbico é considerado o substrato morfológico da memória, emoções, aprendizado e motivação.

Se o leitor estiver habituado à psicologia, ele saberá que o hipocampo é uma estrutura necessária para a consolidação de memórias declarativas, ou seja, com aquelas memórias com conteúdo episódico sobre nossas experiências ou semânticas (Nadel e O’Keefe, 1972). .

Prova disso são os abundantes estudos que existem sobre o caso popular do “paciente HM”, um paciente cujos dois hemisférios temporais foram removidos, produzindo uma amnésia anterógrada devastadora, ou seja, ele não conseguiu memorizar novos fatos, embora retivesse a maioria dos casos. de suas memórias antes da operação. Para aqueles que desejam aprofundar este caso, recomendo os estudos de Scoville e Millner (1957) que estudaram minuciosamente o paciente com HM.

The Place Cells: o que são?

Até agora, não dizemos nada de novo ou surpreendente. Mas foi em 1971, quando por acaso seria descoberto um fato que gerou o início do estudo dos sistemas de navegação no cérebro. O’keefe e John Dostrovski, usando eletrodos intracranianos, foram capazes de registrar a atividade de neurônios específicos do hipocampo em ratos . Isso ofereceu a possibilidade de que, ao realizar diferentes testes comportamentais, o animal estivesse acordado, consciente e se movendo livremente.

O que eles não esperavam descobrir era que havia neurônios que respondiam seletivamente, dependendo da área em que o rato estava. Não é que houvesse neurônios específicos em cada posição (não há neurônio para o banheiro, por exemplo), mas as células que marcavam pontos de referência que poderiam se adaptar a diferentes espaços foram observadas no CA1 (uma região específica do hipocampo) .

Essas células foram chamadas células de lugar . Portanto, não é que exista um neurônio local para cada espaço específico que você frequenta, mas eles são pontos de referência que o relacionam ao seu ambiente; É assim que os sistemas de navegação egocêntricos são formados. Os neurônios de localização também formarão sistemas de navegação alocêntricos que vincularão elementos do espaço entre eles.

Programação inata vs. experiência

Essa descoberta deixou perplexos muitos neurocientistas que consideravam o hipocampo como uma estrutura declarativa de aprendizado e agora viam como ele era capaz de codificar informações espaciais. Isso deu origem à hipótese do “mapa cognitivo” que postularia que uma representação do nosso ambiente seria gerada no hipocampo.

Como o cérebro, é um excelente gerador de mapas para outras modalidades sensoriais, como codificação de sinais visuais, auditivos e somatossensoriais; Não é exagero pensar no hipocampo como uma estrutura que gera mapas de nosso entorno e garante nossa orientação neles .

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A pesquisa foi além e testou esse paradigma em situações muito diversas. Foi visto, por exemplo, que as células colocam as células em labirinto quando o animal comete erros ou quando está em uma posição em que o neurônio costuma disparar (O’keefe e Speakman, 1987). Em tarefas nas quais o animal deve se mover por diferentes espaços, foi visto que o local onde os neurônios disparam depende de onde o animal vem e para onde está indo (Frank et al., 2000).

Como os mapas espaciais são formados

Outro foco importante de interesse de pesquisa nessa área tem sido a forma como esses mapas espaciais são formados. Por um lado, podemos pensar que as células locais estabelecem sua função com base na experiência que recebemos quando exploramos um ambiente, ou podemos pensar que é um componente subjacente de nossos circuitos cerebrais, isto é, inato. A questão ainda não está clara e podemos encontrar evidências empíricas que apóiam as duas hipóteses.

Por um lado, os experimentos de Mônaco e Abbott (2014), que registraram a atividade de um grande número de células locais, observaram que, quando um animal é colocado em um novo ambiente, leva alguns minutos até que essas células comecem a disparar. normalidade Assim, mapas de lugares seriam expressos, de alguma forma, a partir do momento em que um animal entra em um novo ambiente , mas a experiência modificaria esses mapas no futuro.

Portanto, podemos pensar que a plasticidade cerebral está desempenhando um papel na formação de mapas espaciais. Então, se a plasticidade realmente tivesse um papel, esperaríamos que os camundongos fossem nocauteados no receptor NMDA do neurotransmissor glutamato – ou seja, camundongos que não expressam esse receptor – não geraram mapas espaciais porque esse receptor desempenha um papel fundamental na plasticidade cerebral e aprendendo .

A plasticidade desempenha um papel importante na manutenção de mapas espaciais

No entanto, este não é o caso, e foi observado que os ratos nocauteados no receptor NMDA ou que foram tratados farmacologicamente para bloquear esse receptor, expressam padrões semelhantes de resposta das células locais em ambientes novos ou familiares. Isso sugere que a expressão de mapas espaciais é independente da plasticidade cerebral (Kentrol et al., 1998). Esses resultados apoiariam a hipótese de que os sistemas de navegação são independentes da aprendizagem.

No entanto, usando a lógica, os mecanismos de plasticidade cerebral devem ser claramente necessários para a estabilidade da memória dos mapas recém-formados. E, se não fosse esse o caso, qual seria o uso da experiência que se formou com base nas viagens pelas ruas de sua cidade? Não teríamos sempre a sensação de que é a primeira vez que entramos em nossa casa? Acredito que, como em muitas outras ocasiões, as hipóteses são mais complementares do que parecem e, de alguma forma, apesar do funcionamento inato dessas funções, a plasticidade deve desempenhar um papel na manutenção desses mapas espaciais no memória .

Células de rede, direção e borda

É bastante abstrato falar sobre células do local e, possivelmente, mais de um leitor ficou surpreso ao saber que a mesma área do cérebro que gera memórias nos serve, por assim dizer, o GPS. Mas ainda não terminamos e o melhor ainda está por vir. Agora vamos enrolar a onda real. Inicialmente, pensava-se que a navegação espacial dependeria exclusivamente do hipocampo quando se observasse que estruturas adjacentes, como o córtex entorrinal, mostravam uma ativação muito fraca em função do espaço (Frank et al., 2000).

No entanto, nesses estudos a atividade foi registrada em áreas ventrais do córtex entorrinal e em estudos subsequentes foram registradas áreas dorsais com maior número de conexões com o hipocampo (Fyhn et al., 2004). Assim, observou-se que muitas células dessa região dispararam de acordo com a posição, semelhante ao hipocampo. Até agora, são resultados esperados, mas quando decidiram aumentar a área que registrariam no córtex entorrinal, eles tiveram uma surpresa: entre os grupos de neurônios que eram ativados dependendo do espaço ocupado pelo animal, havia áreas aparentemente silenciosas – ou seja, não eram ativado–. Quando regiões que mostraram ativação foram virtualmente unidas, foram observados padrões na forma de hexágonos ou triângulos. Esses neurônios do córtex entorrinal foram chamados de “células em rede”.

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Ao descobrir as células da rede, havia a possibilidade de resolver a questão de como as células do local se formam. Com as células ocorrendo inúmeras conexões das células da rede, não é razoável pensar que elas são formadas a partir delas. No entanto, mais uma vez, as coisas não são tão simples e as evidências experimentais não confirmaram essa hipótese. Os padrões geométricos que formam as células da rede ainda não foram interpretados.

Os sistemas de navegação não são reduzidos ao hipocampo

A complexidade não termina aqui. Ainda menos quando se vê que os sistemas de navegação não são reduzidos ao hipocampo. Isso expandiu os limites da pesquisa para outras áreas do cérebro, descobrindo, dessa maneira, outros tipos de células relacionadas à localização das células : células direcionais e células periféricas .

As células de direção codificariam a direção na qual o sujeito se move e estariam localizadas no núcleo dorsal tegmental do tronco cerebral. Por outro lado, células de fronteira são células que aumentam sua taxa de disparo quando o sujeito se aproxima dos limites de um determinado espaço e podemos encontrá-las na região específica do sub-currículo do hipocampo. Vamos oferecer um exemplo simplificado no qual tentaremos resumir a função de cada tipo de célula:

Imagine que você está na sala de jantar da sua casa e que deseja ir para a cozinha. Como você está na sala de jantar da sua casa, você terá uma célula local que disparará enquanto permanecer na sala de jantar, mas, como você quer ir para a cozinha, também terá outra célula ativada que representa a cozinha. A ativação será nítida porque sua casa é um espaço que você conhece perfeitamente e a ativação pode ser detectada nas células do local e nas células da rede.

Agora, comece a caminhar em direção à cozinha. Haverá um grupo de células de direção específicas que agora serão acionadas e não serão alteradas enquanto você mantiver uma direção específica. Agora, imagine que para ir à cozinha você deve virar à direita e atravessar um corredor estreito. Quando você ligar, as células de endereço saberão e outro conjunto de células de endereço registrará o endereço que você escolheu agora ativando, e os anteriores serão desativados.

Imagine também que o corredor é estreito e qualquer movimento falso pode fazer com que você bata na parede, para que as células da borda aumentem sua taxa de disparo. À medida que você se aproxima da parede do corredor, a maior taxa de disparo mostrada pelas células da borda. Pense nas células da borda como os sensores que alguns carros novos têm e que emitem um sinal sonoro quando você está manobrando para estacionar. As células de borda funcionam de maneira semelhante a esses sensores, quanto mais perto eles colidem, mais ruído eles produzem . Quando você chega à cozinha, as células do local indicaram que chegou satisfatoriamente e, sendo um ambiente mais amplo, as células da borda relaxam.

Vamos complicar tudo

É curioso pensar que nosso cérebro tem maneiras de conhecer nossa posição. Mas ainda há uma pergunta: como reconciliar a memória declarativa com a navegação espacial no hipocampo, ou seja, como nossas memórias influenciam esses mapas? Ou será que nossas memórias foram formadas a partir desses mapas? Para tentar responder a essa pergunta, precisamos pensar um pouco mais. Outros estudos apontaram que as mesmas células que codificam o espaço, das quais já falamos, também codificam o tempo . Assim, falamos sobre células do tempo (Eichenbaum, 2014) que codificariam a percepção do tempo.

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O surpreendente é que há evidências crescentes que sustentam a ideia de que as células do local são iguais às células do tempo . Então, o mesmo neurônio através dos mesmos impulsos elétricos é capaz de codificar espaço e tempo. A relação entre a codificação do tempo e do espaço nos mesmos potenciais de ação e sua importância na memória permanece um mistério.

Em conclusão: minha opinião pessoal

Minha opinião sobre isso? Tirando o manto do meu cientista, posso dizer que os seres humanos tendem a pensar na opção mais fácil e gostamos de pensar que o cérebro fala a mesma língua que nós . O problema é que o cérebro nos oferece uma versão simplificada da realidade que ele processa. De maneira semelhante às sombras da caverna de Platão. Assim, assim como na física quântica, as barreiras para o que entendemos como realidade são quebradas, na neurociência descobrimos que no cérebro as coisas são diferentes do mundo que percebemos conscientemente e devemos ter uma mente muito aberta de que as coisas não têm por que ser como realmente os percebemos.

A única coisa que sei é algo que Antonio Damasio costumava repetir muito em seus livros: o cérebro é um ótimo gerador de mapas . Talvez o cérebro interprete tempo e espaço da mesma maneira para mapear nossas memórias. E se você acha que é quimérico, pense que Einsten, em sua teoria da relatividade, uma das teorias que ele postulou foi que o tempo não poderia ser entendido sem espaço e vice-versa. Sem dúvida, desvendar esses mistérios é um desafio, principalmente quando são aspectos difíceis de estudar em animais.

No entanto, nenhum esforço deve ser poupado nesses assuntos. Primeiro de curiosidade. Se estudamos a expansão do universo ou as ondas gravitacionais recém-gravadas, por que não devemos estudar como nosso cérebro interpreta tempo e espaço? E, segundo, muitas das patologias neurodegenarativas, como a doença de Alzheimer, têm como primeiro sintoma a desorientação no espaço-tempo. Conhecendo os mecanismos neurofisiológicos dessa codificação, poderíamos descobrir novos aspectos que ajudarão a entender melhor o curso patológico dessas doenças e, quem sabe, descobrir novos alvos farmacológicos ou não farmacológicos.

Referências bibliográficas:

  • Eichenbaum H. 2014. Células do tempo no hipocampo: uma nova dimensão para o mapeamento de memórias. Nature 15: 732-742
  • Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajetória que codifica no hipocampo e no córtex entorrinal. Neuron 27: 169-178.
  • Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser MB. 2004. Representação espacial no córtex entorrinal. Science 305: 1258–1264
  • Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Abolição da estabilidade a longo prazo de novos mapas de células hipocampais por bloqueio do receptor NMDA. Science 280: 2121-2126.
  • Mônaco JD, Abbott LF. 2011. Realinhamento modular da atividade das células da grade entorrinal como base para o remapeamento do hipocampo. J Neurosci 31: 9414-9425.
  • O’Keefe J, Speakman A. 1987. Atividade de unidade única no hipocampo de ratos durante uma tarefa de memória espacial. Exp Brain Res 68: 1-27.
  • Scoville WB, Milner B (1957). Perda de memória recente após hipocampo bilateral. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11–21.

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