25/08/2021, por Joshua Sariñana - Optogenética e imagens avançadas ajudaram os neurocientistas a entender como as memórias se formam e possibilitaram manipulá-las. Existem 86 bilhões de neurônios no cérebro humano, cada um com milhares de conexões, dando origem a centenas de trilhões de sinapses. As sinapses – os pontos de conexão entre os neurônios – armazenam memórias. O número esmagador de neurônios e sinapses em nossos cérebros torna a localização precisa de uma memória específica um desafio científico formidável.
Descobrir como as memórias se formam pode nos ajudar a aprender mais sobre nós mesmos e manter nossa acuidade mental intacta. A memória ajuda a moldar nossas identidades, e o comprometimento da memória pode indicar um distúrbio cerebral. A doença de Alzheimer rouba as memórias dos indivíduos ao destruir as sinapses; o vício sequestra os centros de aprendizado e memória do cérebro; e algumas condições de saúde mental, como a depressão, estão associadas ao comprometimento da memória. De muitas maneiras, a neurociência revelou a natureza das memórias, mas também derrubou a própria noção do que são memórias. As cinco perguntas abaixo falam sobre o quanto aprendemos e quais mistérios permanecem.
Podemos ver memórias no cérebro?
Os neurocientistas observaram o esboço básico das memórias no cérebro por décadas. No entanto, só recentemente eles puderam ver a representação física duradoura de uma memória, que é chamada de engrama de memória. Um engrama é armazenado dentro de uma rede de neurônios conectados, e os neurônios que contêm o engrama podem brilhar para que sejam visíveis através de microscópios especiais. Hoje, os neurocientistas podem manipular engramas de memória ativando artificialmente suas redes subjacentes e inserindo novas informações. Essas técnicas também estão esclarecendo como os diferentes tipos de memória funcionam e onde cada um é registrado no cérebro.
A memória autobiográfica episódica lida com o que aconteceu, onde e quando. Baseia-se no hipocampo, uma estrutura em forma de cavalo-marinho. As memórias processuais, apoiadas pelos gânglios da base, permitem-nos recordar como realizar comportamentos habituais como andar de bicicleta. Esta região funciona mal naqueles com vício. Nossa capacidade de recordar fatos, como capitais de estado, é graças à memória semântica, que é armazenada no córtex.
Que ferramentas nos permitem ver memórias?
No final do século 19, microscópios de mesa tornaram possível identificar neurônios individuais, permitindo aos cientistas desenhar representações incrivelmente detalhadas do cérebro. Em meados do século 20, poderosos microscópios eletrônicos podiam mostrar estruturas sinápticas com apenas dezenas de nanômetros de largura (aproximadamente a largura de uma partícula de vírus). Na virada do século 21, neurocientistas usaram microscópios de dois fótons para observar a formação de sinapses em tempo real enquanto os ratos aprendiam.
Avanços incríveis na genética também possibilitaram a troca de genes dentro e fora do cérebro para vinculá-los à função da memória. Os cientistas usaram vírus para inserir uma proteína fluorescente verde encontrada em águas-vivas no cérebro de camundongos, fazendo com que os neurônios se iluminem durante o aprendizado. Eles também usaram uma proteína de algas chamada channelrodopsina (ChR2) para ativar artificialmente os neurônios. A proteína é sensível à luz azul, então, quando inserida nos neurônios, os neurônios podem ser ligados e desligados com um laser azul – uma técnica conhecida como optogenética. Com essa tecnologia, que foi pioneira por pesquisadores de Stanford há quase duas décadas, neurocientistas podem ativar artificialmente células de engramas de memória em animais de laboratório.
Novas técnicas também possibilitam estudar como os impulsos nervosos traduzem informações externas para nossos mundos internos. Para observar esse processo no cérebro, os neurocientistas usam minúsculos eletrodos para registrar os impulsos, que duram apenas alguns milissegundos. Ferramentas analíticas, como algoritmos de decodificação neural, podem eliminar ruídos para revelar padrões que indicam um centro de memória no cérebro. Os kits de software de código aberto permitem que mais laboratórios de neurociência conduzam essas pesquisas.
O que essas ferramentas nos dizem sobre como as memórias são criadas e armazenadas?
Como os neurônios se tornam parte de um engrama de memória permaneceu um mistério até recentemente. Quando os neurocientistas olharam mais de perto, ficaram surpresos ao ver que os neurônios competem uns com os outros para armazenar memórias. Ao inserir genes no cérebro para aumentar ou diminuir a excitabilidade dos neurônios, os pesquisadores descobriram que os neurônios mais excitados da área se tornarão parte do engrama. Esses neurônios também inibirão ativamente seus vizinhos de se tornarem parte de outro engrama por um curto período de tempo. Essa competição provavelmente ajuda a formar memórias e mostra que onde as memórias são alocadas no cérebro não é aleatória.
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Em outros experimentos, os pesquisadores descobriram que as redes neurais guardam memórias esquecidas. Ratos injetados com um coquetel de inibidores de proteínas desenvolvem amnésia, provavelmente esquecendo informações porque suas sinapses desaparecem. Mas os pesquisadores descobriram que essas memórias não foram perdidas para sempre – os neurônios ainda mantinham as informações, embora sem sinapses, não pudessem ser recuperadas (pelo menos não sem estimulação optogenética). Ratos com doença de Alzheimer mostraram perda de memória semelhante.
Outra descoberta tem a ver com como o sonho fortalece nossas memórias. Os neurocientistas há muito pensavam que, à medida que as experiências do dia se repetiam na forma de impulsos nervosos durante o sono, essas memórias se transferiam lentamente para fora do hipocampo e para o córtex, para que o cérebro pudesse extrair informações para criar regras sobre o mundo. Eles também sabiam que algumas regras eram sintetizadas pelo córtex mais rapidamente, mas os modelos existentes não conseguiam explicar como isso acontecia. Recentemente, porém, os pesquisadores usaram ferramentas optogenéticas em estudos com animais para mostrar que o hipocampo também funciona para estabelecer essas memórias corticais de rápida formação.
“O hipocampo ajuda a criar rapidamente engramas de memória imaturos no córtex”, diz Takashi Kitamura, professor assistente do Centro Médico Sudoeste da Universidade do Texas. “O hipocampo ainda ensina o córtex, mas sem ferramentas optogenéticas poderíamos não ter observado os engramas imaturos.”
As memórias podem ser manipuladas?
As memórias não são tão estáveis quanto podem parecer. Por sua própria natureza, eles devem ser passíveis de mudança, ou o aprendizado seria impossível. Quase uma década atrás, pesquisadores do MIT alteraram geneticamente camundongos para que, quando seus neurônios estivessem ativos durante o aprendizado, essa atividade ativasse o gene ChR2, que estava ligado a uma proteína verde fluorescente. Ao ver quais neurônios fluoresceram, os neurocientistas puderam identificar quais estavam envolvidos no aprendizado. E eles poderiam reativar memórias específicas iluminando os genes ChR2 associados a esses neurônios. Com essa habilidade, os pesquisadores do MIT inseriram uma memória falsa em cérebros de camundongos. Primeiro, eles colocaram os camundongos em uma caixa triangular, que ativou genes e neurônios específicos do ChR2. Em seguida, eles colocaram os camundongos em uma caixa quadrada e administraram choques em seus pés enquanto iluminavam os neurônios ChR2 associados ao primeiro ambiente.
Eventualmente, os camundongos associaram a memória da caixa triangular com os choques, embora tenham sido chocados apenas enquanto estavam na caixa quadrada. “Os animais tinham medo de um ambiente que, tecnicamente falando, nunca teve nada de ‘ruim’ acontecendo nele”, diz Steve Ramirez, coautor do estudo que agora é professor assistente de neurociência na Universidade de Boston. Não é viável usar essas técnicas envolvendo cabos de fibra óptica e lasers para fazer experimentos no cérebro humano, mas os resultados nos cérebros de camundongos sugerem a facilidade com que as memórias podem ser manipuladas.
Podemos ver memórias fora do cérebro?
As memórias humanas podem ser reconstruídas visualmente usando scanners cerebrais. Em uma pesquisa conduzida por Brice Kuhl, que agora é professor assistente de neurociência cognitiva na Universidade de Oregon, as pessoas receberam imagens para ver e seus cérebros foram escaneados com uma máquina de ressonância magnética para medir quais regiões estavam ativas. Um algoritmo foi então treinado para adivinhar o que a pessoa estava visualizando e reconstruir uma imagem com base nessa atividade. O algoritmo também reconstruiu imagens de participantes que foram solicitados a manter uma das imagens que visualizaram em suas mentes.
Há muito espaço para melhorias nessas imagens reconstruídas, mas este trabalho mostrou que os algoritmos de neuroimagem e reconstrução podem de fato mostrar o conteúdo das memórias humanas para outros verem. A tecnologia permitiu que os neurocientistas espiassem o cérebro e vissem os minúsculos traços brilhantes da memória. No entanto, a descoberta de que experiências e conhecimentos podem ser implantados ou externalizados também deu à memória um significado diferente. O que isso significa para o nosso senso de quem somos?
Joshua Sariñana é neurocientista, escritor e fotógrafo de belas artes.
Fonte: https://www.technologyreview.com/