Os neurocientistas do MIT descobriram uma característica surpreendente do cérebro adulto. Ele também contém milhões de “sinapses silenciosas”, que são conexões imaturas entre neurônios que permanecem inativas até serem necessárias para ajudar a formar novas memórias.
Durante anos, os cientistas acreditaram que essas sinapses silenciosas existiam apenas durante o desenvolvimento inicial, quando o cérebro estava aprendendo rapidamente sobre o mundo. Mas a equipe do MIT descobriu que, em camundongos adultos, cerca de 30% das sinapses no córtex cerebral ainda são silenciosas. Isto sugere que o cérebro adulto possui uma grande reserva de conexões não utilizadas que podem ser ativadas quando novas informações chegam.
Os investigadores dizem que este conjunto oculto de sinapses pode explicar como o cérebro continua a aprender ao longo da vida sem perturbar as memórias existentes.
“Essas sinapses silenciosas procuram novas conexões, e quando novas informações importantes são apresentadas, as conexões entre neurônios relevantes são fortalecidas. Isso permite que o cérebro crie novas memórias sem substituir memórias importantes armazenadas em sinapses maduras, que são difíceis de mudar”, disse Dimitra Vardalaki, estudante de pós-graduação do MIT e principal autora do estudo.
Mark Harnett, professor associado de ciências cerebrais e cognitivas, é o autor sênior do artigo. a natureza. Kwanghun Chung, professor associado de engenharia química no MIT, também é autor.
Repensando como a memória funciona no cérebro adulto
As sinapses silenciosas foram identificadas pela primeira vez há décadas, principalmente em animais jovens. Durante o desenvolvimento inicial, acredita-se que eles ajudem o cérebro a absorver grandes quantidades de novas informações sobre o meio ambiente. Nos ratos, os cientistas acreditavam que essas sinapses desapareciam por volta dos 12 dias de idade (equivalente ao primeiro mês de vida humana).
No entanto, alguns pesquisadores suspeitaram que eles poderiam ter sobrevivido até a idade adulta. As pistas vêm do estudo do vício, que muitas vezes é considerado uma forma de mau aprendizado. Estes estudos indicam que as sinapses silenciosas podem reaparecer ou permanecer no cérebro adulto.
O trabalho teórico dos neurocientistas Stefano Fucci e Larry Abbott também sugere que o cérebro precisa de uma mistura de sinapses flexíveis e estáveis. Algumas conexões devem ser fáceis de mudar para suportar novas aprendizagens, enquanto outras devem permanecer constantes para armazenamento na memória de longo prazo.
Uma descoberta potencial usando imagens avançadas
A equipe do MIT inicialmente não estava procurando sinapses silenciosas. Eles estavam acompanhando trabalhos anteriores mostrando que os dendritos, as extensões dos neurônios em forma de ramificação, processam sinais de maneira diferente, dependendo de sua localização.
Para explorar isso ainda mais, os pesquisadores mediram os receptores de neurotransmissores ao longo dos dendritos usando uma técnica chamada eMAP (análise ampliada do proteoma preservada por epítopo). Este método estica fisicamente o tecido cerebral, permitindo aos cientistas rotular proteínas e visualizá-las com detalhes extremamente elevados.
Durante esta imagem, os pesquisadores notaram algo inesperado.
“A primeira coisa que vimos, que foi muito estranha e não esperávamos, foi que os filopódios estavam por toda parte”, diz Harnett.
Filopódios são pequenas saliências que se estendem dos dendritos. Embora já tivessem sido observados antes, sua função não era clara porque são muito pequenos e difíceis de estudar com ferramentas tradicionais.
Assinaturas de filopódios e sinapses silenciosas
Usando a técnica eMAP, a equipe encontrou filopódios em múltiplas regiões do cérebro de camundongos adultos, incluindo o córtex visual, em um grau muito maior do que o relatado anteriormente. Estas estruturas continham receptores NMDA, mas não possuíam receptores AMPA.
Este detalhe é importante. As sinapses ativas normalmente contêm ambos os tipos de receptores, que trabalham juntos para transmitir sinais usando o neurotransmissor glutamato. Os receptores NMDA por si só não conseguem transmitir sinais elétricos em condições normais porque são bloqueados por íons de magnésio. Com exceção dos receptores AMPA, essas conexões são eletricamente inativas, por isso são chamadas de “silenciosas”.
Apresentando a sinapse silenciosa
Para testar se esses filopódios funcionam como sinapses silenciosas, os pesquisadores usaram uma técnica modificada de patch clamping. Isso permitiu medir a atividade elétrica em filopódios individuais enquanto simulava a liberação de glutamato.
Eles descobriram que o glutamato sozinho não produzia sinal até que os receptores NMDA fossem bloqueados experimentalmente. Isto fornece fortes evidências de que estas estruturas se comportam como sinapses silenciosas.
A equipe mostrou então que é possível ativar ou “silenciar” essas conexões. Ao acoplar a liberação de glutamato a um sinal elétrico do neurônio, os receptores AMPA se acumulam na sinapse. Isso transforma a conexão silenciosa em uma conexão totalmente funcional, capaz de transmitir sinais.
É importante ressaltar que esse processo foi muito mais simples do que alterar sinapses já ativas.
“Se começarmos com uma sinapse já em funcionamento, esse protocolo de plasticidade não funciona”, diz Harnett. “As sinapses no cérebro adulto têm um limiar muito mais alto, provavelmente porque você deseja que essas memórias sejam bastante resistentes. Você não quer que elas sejam constantemente substituídas. Os filopódios, por outro lado, podem ser capturados para criar novas memórias.”
Um cérebro flexível e estável
Estas descobertas apoiam a ideia de que o cérebro equilibra flexibilidade e estabilidade, mantendo uma reserva de sinapses altamente adaptáveis.
“Este artigo, até onde eu sei, é a primeira evidência real de como isso realmente funciona no cérebro de um mamífero”, disse Harnett. “Os filopódios permitem que um sistema de memória seja flexível e robusto. Você precisa de flexibilidade para adquirir novas informações, mas também precisa de estabilidade para reter informações importantes.”
O que isso significa para o envelhecimento e a saúde do cérebro
Os pesquisadores estão agora investigando se existem sinapses silenciosas semelhantes no cérebro humano. Eles querem entender como essas conexões mudam com a idade ou com condições neurológicas.
“É perfeitamente possível que, ao alterar a flexibilidade que você tem no sistema de memória, seja muito mais difícil mudar seu comportamento e hábitos ou incorporar novas informações”, diz Harnett. “Você pode imaginar procurar alguns dos atores moleculares envolvidos nos filopódios e tentar manipular algumas dessas coisas para tentar restaurar memórias maleáveis à medida que envelhecemos”.
Pesquisas mais recentes em neurociência continuam a explorar como a plasticidade sináptica apoia a aprendizagem ao longo da vida. Estudos sobre o envelhecimento do cérebro sugerem que a flexibilidade sináptica reduzida pode contribuir para a perda de memória, enquanto a formação e função prejudicadas de sinapses estão implicadas em doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer. Há também um interesse crescente em direcionar os processos sinápticos para melhorar a resiliência cognitiva e a capacidade de aprendizagem na vida adulta.
Juntas, essas descobertas pintam o quadro de um cérebro muito mais dinâmico do que se acreditava. Em vez de ser fixo, parece manter um estado latente de conectividade, pronto para ser ativado quando novas experiências assim o exigirem.
A pesquisa foi apoiada por Boehringer Ingelheim Fonds, National Institutes of Health, James W. e foi financiada pelo Patricia T. Poitras Fund no MIT, uma bolsa Klingenstein-Simmons, uma bolsa Valley Foundation e uma bolsa McKnight.
