Pesquisadores do Centro Médico da Universidade de Georgetown identificaram uma maneira pela qual o processo de aprendizagem do cérebro pode mudar dependendo da atividade de uma proteína específica. O seu trabalho mostra que a capacidade de ligar sinais a resultados gratificantes pode ser fortalecida ou enfraquecida à medida que estas proteínas se tornam mais ou menos ativas. Este processo ajuda a determinar se o cérebro responde a sinais que levam a comportamentos positivos ou a hábitos prejudiciais, incluindo aqueles envolvidos no vício do fumo.
“Nossa capacidade de associar certos sinais ou estímulos a experiências positivas ou gratificantes é um processo cerebral fundamental e é interrompido em muitas condições, como dependência, depressão e esquizofrenia”, disse Alexey Ostroumov, professor assistente de farmacologia e fisiologia na Escola de Medicina da Universidade de Georgetown. “Por exemplo, o abuso de drogas pode causar alterações na proteína KCC2 que é crucial para a aprendizagem normal. Ao interferir neste mecanismo, as substâncias viciantes podem sequestrar o processo de aprendizagem.”
O estudo, apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), foi publicado em 9 de dezembro Comunicação da natureza.
Como o KCC2 molda a atividade da dopamina e recompensa a aprendizagem
A equipe descobriu que podem ocorrer mudanças no aprendizado quando o nível da proteína KCC2 muda. Quando os níveis de KCC2 são reduzidos, os neurônios dopaminérgicos disparam mais rapidamente, o que estimula a formação de novas associações de recompensa. Esses neurônios dopaminérgicos produzem e liberam dopamina, um neurotransmissor essencial para motivação, processamento de recompensas e controle motor.
Para compreender melhor esta relação, os investigadores estudaram o tecido cerebral do rato e observaram o comportamento do rato durante um teste pavloviano de estímulo-recompensa. Nestes experimentos clássicos, um breve som alerta os ratos que um cubo de açúcar está a caminho. Além de analisar como o KCC2 afeta a velocidade de disparo dos neurônios, os investigadores descobriram que os neurônios que disparam em um padrão coordenado podem amplificar a atividade da dopamina de uma forma surpreendente. Pequenas rajadas de dopamina atuam como poderosos sinais de aprendizagem que ajudam o cérebro a atribuir significado e valor às experiências compartilhadas.
Por que dicas do dia a dia podem desencadear desejos
“Nossas descobertas ajudam a explicar por que associações fortes e indesejadas são tão facilmente formadas, como um fumante que sempre toma café da manhã com um cigarro e descobre mais tarde que apenas beber café desencadeia um forte desejo de fumar”, observa Ostroumov. “Prevenir até mesmo associações relativamente benignas induzidas por drogas com situações ou lugares, ou restaurar processos de aprendizagem saudáveis, pode ajudar a desenvolver melhores tratamentos para o vício e distúrbios relacionados”.
Como o diazepam e outras drogas afetam a coordenação neuronal
Os pesquisadores testaram se medicamentos que atuam em receptores celulares específicos, como os benzodiazepínicos, incluindo o diazepam, podem alterar os processos de aprendizagem. Trabalhos anteriores mostraram que mudanças na produção de KCC2 e, portanto, na atividade dos neurônios, podem alterar a forma como o diazepam (Valium) produz seus efeitos calmantes no cérebro. O estudo atual acrescenta outra camada a esse entendimento, mostrando que os neurônios fazem mais do que aumentar ou diminuir a atividade. Eles podem coordenar seus padrões de disparo e, quando essa coordenação ocorre, transmitem informações de maneira mais eficaz. A equipe descobriu que o diazepam poderia apoiar esta atividade sinérgica em seus experimentos.
Métodos e importância do uso de ratos para experimentos comportamentais
“Para chegar às nossas conclusões, combinamos muitas abordagens experimentais, incluindo eletrofisiologia, farmacologia, fotometria de fibras, comportamento, modelagem computacional e análise molecular”, disse a primeira autora do estudo, Joyce Wu, candidata a doutorado no laboratório de Ostroumov.
Ele explicou que os ratos foram escolhidos para a parte comportamental do estudo porque geralmente apresentam desempenho mais consistente do que os ratos em tarefas mais longas e complexas. Sua confiabilidade em testes de aprendizagem por recompensa permite que as equipes de pesquisa coletem dados mais estáveis e informativos.
Amplas implicações para distúrbios cerebrais e estratégias de tratamento
“Acreditamos que essas descobertas vão além da pesquisa básica de aprendizagem”, disse Ostromov. “Elas revelam novas maneiras pelas quais o cérebro regula a comunicação entre os neurônios. E como essa comunicação pode dar errado em vários distúrbios cerebrais, nossa esperança é que, ao reverter esses distúrbios, ou ao consertar a comunicação normal quando ela está prejudicada, possamos ajudar a desenvolver melhores tratamentos para uma ampla gama de distúrbios cerebrais. “
Contribuidores adicionais de Georgetown incluem Ajay Upreti, Daniel Reid, Irene Chang, Alon Ketema Samuel, Helena de Carvalho Schuch e Caroline C. Swain.
Ostromov e seus coautores não relatam interesses financeiros pessoais relacionados ao estudo.
Este trabalho foi apoiado pelas bolsas do NIH MH125996, DA048134, NS139517, DA061493, bem como bolsas da Brain and Behavior Research Foundation, da Whitehall Foundation e da Brain Research Foundation.
