Coloque carimbos de tempo em memórias profundas do cérebro

Hipocampo, um em cada hemisfério cerebral. Crédito: Sebastian Kaulitzki / Science Photo Library / Getty Images

Como nosso cérebro sabe que “isso” segue “aquilo”? Duas pessoas se conhecem, se apaixonam e vivem felizes para sempre - ou às vezes não. O sequenciamento de eventos que ocorre em nossa cabeça - com uma coisa vindo após a outra - pode ter algo a ver com as chamadas células do tempo recentemente descobertas no hipocampo humano. A pesquisa fornece evidências de como nosso cérebro conhece o início e o fim das memórias, apesar dos intervalos de tempo intermediários. À medida que esses estudos continuam, o trabalho pode levar a estratégias para restauração ou aprimoramento da memória.

A pesquisa se concentrou na “memória episódica”, a capacidade de lembrar o “o quê, onde e quando” de uma experiência passada, como a lembrança do que você fez quando acordou hoje. É parte de um esforço contínuo para identificar como o órgão cria essas memórias.

Uma equipe liderada por Leila Reddy, pesquisadora de neurociência do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, buscou entender como os neurônios humanos no hipocampo representam informações temporais durante uma sequência de etapas de aprendizagem para desmistificar o funcionamento das células do tempo no cérebro. Em um estudo publicado neste verão no Journal of Neuroscience , Reddy e seus colegas descobriram que, para organizar momentos distintos de experiência, as células do tempo humano disparam em momentos sucessivos durante cada tarefa.

O estudo forneceu mais uma confirmação de que as células do tempo residem no hipocampo, um importante centro de processamento de memória. Eles são ativados conforme os eventos se desenrolam, fornecendo um registro do fluxo do tempo em uma experiência. “Esses neurônios podem desempenhar um papel importante na forma como as memórias são representadas no cérebro”, diz Reddy. “Compreender os mecanismos de codificação do tempo e da memória será uma área importante de pesquisa.”

Matthew Self, coautor do estudo e pesquisador sênior do departamento de visão e cognição do Instituto Holandês de Neurociência, enfatiza a importância do papel dessas células do tempo do hipocampo na codificação de experiências na memória. “Quando nos lembramos de uma memória, somos capazes de lembrar não apenas o que nos aconteceu, mas também onde estávamos e quando nos aconteceu”, diz ele. “Achamos que as células de tempo podem ser a base subjacente para a codificação quando algo aconteceu.”

Embora os pesquisadores conheçam a existência de células temporais em cérebros de roedores por décadas, elas foram identificadas pela primeira vez no cérebro humano no final do ano passado por pesquisadores da University of Texas Southwestern Medical Center e seus colegas. Para entender melhor essas células, Reddy e sua equipe examinaram a atividade hipocampal de pacientes com epilepsia que tiveram eletrodos implantados em seus cérebros para avaliar um possível tratamento para sua condição. Os sujeitos concordaram em participar de dois experimentos diferentes após a cirurgia.

“Durante a cirurgia, os eletrodos são inseridos por pequenos orifícios de cerca de dois milímetros no crânio. Esses orifícios são selados até que os pacientes se recuperem da cirurgia e são monitorados por até duas semanas com os eletrodos colocados em uma unidade de monitoramento de epilepsia, ou UEM ”, diz Self. “Registramos a atividade neuronal do hipocampo enquanto os pacientes realizam tarefas na UEM por um período de cerca de uma semana após a cirurgia.”

No primeiro experimento, os participantes do estudo foram apresentados a uma sequência de cinco a sete fotos de pessoas ou cenas diferentes em uma ordem predeterminada que foi repetida várias vezes. Uma determinada imagem, digamos de uma flor, foi mostrada por 1,5 segundo, seguida por uma pausa de meio segundo e então outra imagem - um cachorro, por exemplo. Em 20 por cento aleatórios dos intervalos de imagens ao longo das sessões, o desfile de fotos parava e os participantes tinham que decidir qual das duas imagens era a próxima correta na sequência antes de continuar. Os pesquisadores descobriram que, ao longo de 60 repetições de toda a sequência, todos os neurônios sensíveis ao tempo dispararam em momentos específicos em intervalos entre os questionários, independentemente da imagem mostrada.

Um segundo experimento seguiu o mesmo projeto, exceto que, depois que a sequência foi repetida por um número fixo de vezes, uma tela preta foi mostrada por 10 segundos - um intervalo de lacuna que tinha a intenção de agir como uma distração. Para metade dos participantes, esses intervalos ocorreram a cada cinco repetições da sequência (resultando em seis lacunas no experimento). Para os demais participantes, eles ocorreram a cada duas repetições da sequência (resultando em 15 gaps). A sequência foi repetida apenas 30 vezes.

Os participantes do segundo experimento foram questionados sobre a ordem das imagens na sequência enquanto a atividade elétrica de células individuais em seus cérebros era registrada. Alguns neurônios dispararam em um momento, correspondendo a uma imagem particular. Outros o fizeram em outro momento por uma imagem diferente. Células de tempo correspondentes a uma imagem específica ainda ativadas durante os intervalos de 10 segundos em que nenhuma imagem foi mostrada. Essas lacunas pareceram ajudar os sujeitos a se lembrarem de mais fotos e de sua ordem correta. Durante os períodos de intervalo, cerca de 27 por cento das células foram ativadas.

Para resolver a questão de saber se a informação de tempo estava presente na atividade dos neurônios do hipocampo, os pesquisadores estimularam um subconjunto de neurônios da célula de tempo que foram ativados em resposta a uma imagem. A atividade de disparo de cada neurônio foi modelada em função do tempo, identidade da imagem e se o período temporal correspondia a uma imagem ou os períodos de intervalo interestímulo (ISI) - os intervalos de 0,5 segundo entre as imagens.

Os pesquisadores conseguiram decodificar diferentes momentos no tempo com base na atividade de todo o grupo de neurônios - evidência de que o cérebro humano contém neurônios que controlam o tempo. “Achamos que a população de células de tempo no hipocampo representa várias escalas de tempo diferentes e sobrepostas”, diz Self. “A atividade dessas células está presente durante todo o ensaio, fornecendo um registro de data e hora para um evento.” No entanto, o fato de que essas células também representam o conteúdo de nossa memória (o “o quê”, bem como o “quando”) torna as coisas mais complexas, explica ele. “Não entendemos totalmente como a memória é codificada”, diz Self, “mas o padrão de atividade através do hipocampo parece nos fornecer simultaneamente o carimbo de data / hora e o conteúdo da experiência.”

Self acrescenta que esta informação pode ser combinada com sinais que indicam o contexto da experiência, mas mais pesquisas são necessárias para entender esse mecanismo. “Não adianta codificar que você viu seu amigo no início de um evento sem também codificar o contexto - que o evento envolvia 'andar pelo supermercado'”, diz ele. “Nossa pesquisa futura visa compreender como as informações de tempo são combinadas com as informações contextuais para fornecer uma estrutura temporal às nossas memórias.”

Os resultados parecem ser semelhantes a estudos anteriores em ratos demonstrando que as células do tempo são iguais às "células conceituais" que respondem a diferentes representações do mesmo estímulo - que essas células codificam tanto um conceito quanto um tempo. “As células do tempo no hipocampo do rato também são células locais que respondem quando o rato está em um determinado local”, diz Self. “Parece que as células do hipocampo são multidimensionais e podem codificar diferentes aspectos de nossas experiências em seus padrões de disparo.”

O artigo responde a uma questão chave sobre as células do tempo humanas, observa Stefan Leutgeb, presidente da seção de neurobiologia da Universidade da Califórnia, em San Diego. “O estudo atual traz algumas contribuições importantes. Em primeiro lugar, dá mais uma confirmação de que as células do tempo não são comuns apenas no hipocampo de roedores, mas também podem ser observadas em altas proporções no hipocampo humano ”, diz Leutgeb, que não participou do trabalho. “Na verdade, a proporção de células detectadas em humanos no presente estudo é maior, em comparação com o estudo anterior.”

As descobertas podem explicar por que algumas pessoas com danos no hipocampo - um dos quais reside em cada hemisfério cerebral - podem lembrar eventos, mas têm dificuldade em colocá-los na ordem certa - um problema para pacientes com doença de Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas. “Esperamos que uma compreensão clara das contribuições celulares para as funções de memória nos aproxime de entender por que as funções de memória são perdidas em algumas doenças e como essas doenças podem ser tratadas”, disse Jørgen Sugar, professor associado de fisiologia da Universidade de Oslo, que não estava envolvido no novo estudo.

Os pesquisadores neste campo estão ansiosos para levar o trabalho mais longe. “A próxima etapa é desenvolver métodos não invasivos ou invasivos de modulação da atividade das células do tempo e dos circuitos das células do tempo”, diz Bradley Lega, professor associado de cirurgia neurológica da UT Southwestern, autor do estudo que primeiro documentou a presença de células de tempo no cérebro humano no ano passado. “Isso pode fornecer uma estratégia de neuromodulação para restauração ou aprimoramento da memória. A atividade das células de tempo também pode ser monitorada para determinar o que está ocorrendo quando os impulsos elétricos são aplicados durante esse procedimento. ”

Alguns cientistas acham que esse trabalho pode ajudar um dia a desenvolver “próteses de memória” - uma técnica que permitiria a um computador inserir ou excluir memórias com eletrodos colocados no cérebro. Tal passo levantaria questões éticas sobre a manipulação de memórias, mas provavelmente não está perto de ser realizado.

Essa tecnologia potencial também poderia ser usada para tratar transtorno de estresse pós-traumático ou Alzheimer. “Pode ser tentador desenvolver tais dispositivos para que as memórias possam ser excluídas ou inseridas, mas não vejo como esses dispositivos poderiam ser regulamentados para evitar o uso indevido (inserção de memórias falsas ou exclusão de memórias importantes),” disse Jørgen. “Acho que uma estratégia mais razoável é concentrar nossos esforços em tratamentos preventivos de distúrbios de memória.”

“Espero que o trabalho em humanos possa revelar como as células do tempo estão realmente contribuindo para a codificação e a recuperação de uma memória única”, acrescenta. “Então a raça humana ficaria otimista com o tempo em que essa pesquisa emergente seria colocada em uso para nos ajudar a entender como nosso cérebro sabe o início e o fim das memórias, apesar dos intervalos de tempo entre os eventos.”

SOBRE OS AUTORES

Abdulrahman Olagunju é escritor de ciências e estudante de pós-graduação no Instituto de Pesquisa Médica Avançada e Treinamento da Universidade de Ibadan, na Nigéria. Ele é bacharel em fisiologia. Olagunju escreve sobre pesquisa biomédica, com especialização em neurociência, biologia molecular e celular, genética humana e edição de genoma, incluindo CRISPR, bem como política científica. Siga Abdulrahman Olagunju no Twitter

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