Ainda há muito que não entendemos sobre o cérebro. Crédito da imagem: CC BY 2.0 Allan Ajifo
O professor Don Arnold e seus colegas têm tentado resolver o mistério de longa data de onde nossas memórias são armazenadas.
Desde então, os neurocientistas tentaram entender as mudanças físicas associadas à formação da memória. Mas visualizar e mapear sinapses é um desafio. Por um lado, as sinapses são muito pequenas e bem agrupadas. Eles são aproximadamente 10 bilhões de vezes menores do que o menor objeto que uma ressonância magnética clínica padrão pode visualizar. Além disso, existem aproximadamente 1 bilhão de sinapses nos cérebros de camundongos que os pesquisadores costumam usar para estudar a função cerebral, e todas são da mesma cor opaca a translúcida que o tecido que os cerca.
Uma nova técnica de imagem que meus colegas e eu desenvolvemos nos permitiu mapear as sinapses durante a formação da memória. Descobrimos que o processo de formação de novas memórias muda a forma como as células cerebrais estão conectadas umas às outras. Enquanto algumas áreas do cérebro criam mais conexões, outras as perdem.
Mapeando novas memórias em peixes
Anteriormente, os pesquisadores se concentravam em registrar os sinais elétricos produzidos pelos neurônios. Embora esses estudos tenham confirmado que os neurônios alteram sua resposta a estímulos específicos após a formação de uma memória, eles não conseguiram identificar o que impulsiona essas mudanças.
Para estudar como o cérebro muda fisicamente quando forma uma nova memória, criamos mapas 3D das sinapses do peixe-zebra antes e depois da formação da memória. Escolhemos o peixe-zebra como cobaia porque eles são grandes o suficiente para ter cérebros que funcionam como os das pessoas, mas pequenos e transparentes o suficiente para oferecer uma janela para o cérebro vivo.
Para induzir uma nova memória nos peixes, usamos um tipo de processo de aprendizado chamado condicionamento clássico. Isso envolve expor um animal a dois tipos diferentes de estímulos simultaneamente: um neutro que não provoca reação e um desagradável que o animal tenta evitar. Quando esses dois estímulos são emparelhados o suficiente, o animal responde ao estímulo neutro como se fosse o estímulo desagradável, indicando que ele fez uma memória associativa ligando esses estímulos.
Como estímulo desagradável, aquecemos suavemente a cabeça do peixe com um laser infravermelho. Quando o peixe sacudiu o rabo, tomamos isso como uma indicação de que ele queria escapar. Quando o peixe é então exposto a um estímulo neutro, uma luz acendendo, o movimento da cauda significava que ele estava lembrando o que aconteceu quando encontrou anteriormente o estímulo desagradável.
Para criar os mapas, projetamos geneticamente o peixe-zebra com neurônios que produzem proteínas fluorescentes que se ligam às sinapses e as tornam visíveis. Em seguida, visualizamos as sinapses com um microscópio personalizado que usa uma dose muito menor de luz laser do que os dispositivos padrão que também usam fluorescência para gerar imagens. Como nosso microscópio causou menos danos aos neurônios, conseguimos visualizar as sinapses sem perder sua estrutura e função.
Quando comparamos os mapas de sinapses 3D antes e depois da formação da memória, descobrimos que neurônios em uma região do cérebro, o pálio dorsal anterolateral, desenvolveram novas sinapses, enquanto os neurônios predominantemente em uma segunda região, o pálio dorsal anteromedial, perderam sinapses. Isso significava que novos neurônios estavam se emparelhando, enquanto outros destruíam suas conexões. Experimentos anteriores sugeriram que o pálio dorsal dos peixes pode ser análogo à amígdala dos mamíferos, onde as memórias do medo são armazenadas.
Surpreendentemente, as mudanças na força das conexões existentes entre os neurônios que ocorreram com a formação da memória foram pequenas e indistinguíveis das mudanças nos peixes de controle que não formaram novas memórias. Isso significava que formar uma memória associativa envolve formação e perda de sinapses, mas não necessariamente mudanças na força das sinapses existentes, como se pensava anteriormente.
A remoção de sinapses poderia remover memórias?
Nosso novo método de observar a função das células cerebrais pode abrir as portas não apenas para uma compreensão mais profunda de como a memória realmente funciona, mas também para possíveis caminhos para o tratamento de condições neuropsiquiátricas como TEPT e dependência.
Memórias associativas tendem a ser muito mais fortes do que outros tipos de memórias, como memórias conscientes sobre o que você almoçou ontem. Além disso, as memórias associativas induzidas pelo condicionamento clássico são consideradas análogas às memórias traumáticas que causam TEPT. Estímulos inofensivos semelhantes ao que alguém experimentou no momento do trauma podem desencadear a lembrança de memórias dolorosas. Por exemplo, uma luz forte ou um barulho alto podem trazer de volta memórias de combate. Nosso estudo revela o papel que as conexões sinápticas podem desempenhar na memória e pode explicar por que as memórias associativas podem durar mais e ser lembradas de forma mais vívida do que outros tipos de memórias.
Atualmente, o tratamento mais comum para o TEPT, a terapia de exposição, envolve a exposição repetida do paciente a um estímulo inofensivo, mas desencadeante, a fim de suprimir a lembrança do evento traumático. Em teoria, isso indiretamente remodela as sinapses do cérebro para tornar a memória menos dolorosa. Embora tenha havido algum sucesso com a terapia de exposição, os pacientes são propensos a recaídas. Isso sugere que a memória subjacente que causa a resposta traumática não foi eliminada.
Ainda não se sabe se a geração e a perda de sinapses realmente impulsionam a formação da memória. Meu laboratório desenvolveu uma tecnologia que pode remover sinapses com rapidez e precisão sem danificar os neurônios. Planejamos usar métodos semelhantes para remover sinapses em peixes-zebra ou camundongos para ver se isso altera as memórias associativas.
Pode ser possível apagar fisicamente as memórias associativas subjacentes a condições devastadoras como TEPT e dependência com esses métodos. Antes que tal tratamento possa ser contemplado, no entanto, as mudanças sinápticas que codificam memórias associativas precisam ser definidas com mais precisão. E obviamente há sérios obstáculos éticos e técnicos que precisam ser resolvidos. No entanto, é tentador imaginar um futuro distante em que a cirurgia sináptica possa remover memórias ruins.
A remoção de sinapses poderia remover memórias?
Nosso novo método de observar a função das células cerebrais pode abrir as portas não apenas para uma compreensão mais profunda de como a memória realmente funciona, mas também para possíveis caminhos para o tratamento de condições neuropsiquiátricas como TEPT e dependência.
Memórias associativas tendem a ser muito mais fortes do que outros tipos de memórias, como memórias conscientes sobre o que você almoçou ontem. Além disso, as memórias associativas induzidas pelo condicionamento clássico são consideradas análogas às memórias traumáticas que causam TEPT. Estímulos inofensivos semelhantes ao que alguém experimentou no momento do trauma podem desencadear a lembrança de memórias dolorosas. Por exemplo, uma luz forte ou um barulho alto podem trazer de volta memórias de combate. Nosso estudo revela o papel que as conexões sinápticas podem desempenhar na memória e pode explicar por que as memórias associativas podem durar mais e ser lembradas de forma mais vívida do que outros tipos de memórias.
Atualmente, o tratamento mais comum para o TEPT, a terapia de exposição, envolve a exposição repetida do paciente a um estímulo inofensivo, mas desencadeante, a fim de suprimir a lembrança do evento traumático. Em teoria, isso indiretamente remodela as sinapses do cérebro para tornar a memória menos dolorosa. Embora tenha havido algum sucesso com a terapia de exposição, os pacientes são propensos a recaídas. Isso sugere que a memória subjacente que causa a resposta traumática não foi eliminada.
Ainda não se sabe se a geração e a perda de sinapses realmente impulsionam a formação da memória. Meu laboratório desenvolveu uma tecnologia que pode remover sinapses com rapidez e precisão sem danificar os neurônios. Planejamos usar métodos semelhantes para remover sinapses em peixes-zebra ou camundongos para ver se isso altera as memórias associativas.
Pode ser possível apagar fisicamente as memórias associativas subjacentes a condições devastadoras como TEPT e dependência com esses métodos. Antes que tal tratamento possa ser contemplado, no entanto, as mudanças sinápticas que codificam memórias associativas precisam ser definidas com mais precisão. E obviamente há sérios obstáculos éticos e técnicos que precisam ser resolvidos. No entanto, é tentador imaginar um futuro distante em que a cirurgia sináptica possa remover memórias ruins.