As 'células do lugar', algo como o GPS do nosso cérebro

Orientação e exploração em espaços novos ou desconhecidos é uma das faculdades cognitivas que usamos com mais frequência. A gente usa para nos orientar em nossa casa, nosso bairro, para ir trabalhar.

Também dependemos dele quando viajamos para uma cidade nova e desconhecida para nós. Usamos mesmo ao dirigir e, possivelmente, o leitor terá sido vítima de uma orientação descuidada ou no de um colega, que o terá condenado a se perder, sendo forçado a dar a volta com o carro até encontrar o caminho adequado.

Não é culpa da orientação, é culpa do hipocampo

Todas essas são situações que tendem a nos frustrar muito e que nos levam a xingar nossa orientação ou a dos outros com insultos, gritos e comportamentos diversos. Nós vamos, Bem, hoje darei uma pincelada sobre os mecanismos neurofisiológicos de orientação, em nosso Brain gps para nos entender.

Começaremos sendo específicos: não devemos amaldiçoar a orientação, pois ela é apenas um produto de nossa atividade neuronal em regiões específicas. Portanto, começaremos amaldiçoando nosso hipocampo.

O hipocampo como estrutura do cérebro

Evolutivamente, o hipocampo é uma estrutura milenar, faz parte do arquicórtex, ou seja, aquelas estruturas que são filogeneticamente mais antigas em nossa espécie. Anatomicamente, faz parte do sistema límbico, no qual outras estruturas, como a amígdala, também são encontradas. O Sistema Límbico é considerado o substrato morfológico da memória, emoções, aprendizagem e motivação.

O leitor possivelmente, se acostumado à psicologia, saberá que o hipocampo é uma estrutura necessária para a consolidação das memórias. declarativa, isto é, com aquelas memórias com conteúdo episódico sobre nossas experiências ou semânticas (Nadel e O'Keefe, 1972).

Prova disso são os abundantes estudos que existem sobre o popular caso do “paciente HM”, paciente que teve ambos os hemisférios temporais removidos. produzindo uma amnésia anterógrada devastadora, ou seja, ele não conseguia memorizar novos fatos, embora retivesse a maior parte de suas memórias de antes do Operação. Para quem quer se aprofundar neste caso, recomendo os estudos de Scoville e Millner (1957), que estudaram exaustivamente o paciente HM.

As células do lugar: o que são?

Até agora não dissemos nada novo ou surpreendente. Mas foi em 1971 quando por acaso foi descoberto um fato que gerou o início do estudo dos sistemas de navegação no cérebro. O'keefe e John Dostrovski, usando eletrodos intracranianos, foram capazes de registrar a atividade de neurônios específicos do hipocampo em ratos. Isso ofereceu a possibilidade de que, durante a realização de diferentes testes de comportamento, o animal estivesse acordado, consciente e se movendo livremente.

O que eles não esperavam descobrir era que havia neurônios que respondiam seletivamente com base na área em que o rato estava. Não que houvesse neurônios específicos em cada posição (não há neurônio para o seu banheiro, por exemplo), mas que observadas em células CA1 (uma região específica do hipocampo) que marcaram pontos de referência que poderiam se adaptar a diferentes espaços.

Essas células foram chamadas coloque células. Portanto, não é que haja um neurônio de lugar para cada espaço específico que você frequenta, mas sim são pontos de referência que o relacionam com o seu ambiente; é assim que os sistemas de navegação egocêntricos são formados. Os neurônios do lugar também formarão sistemas de navegação alocêntricos que relacionarão elementos do espaço entre si.

Programação inata vs experiência

Esta descoberta intrigou muitos neurocientistas, que viam o hipocampo como uma estrutura de aprendizagem declarativa e agora eles viram como ela era capaz de codificar informações espaço. Isso deu origem à hipótese do "mapa cognitivo" que postularia que uma representação de nosso ambiente seria gerada no hipocampo.

Igual a ele cérebro é um excelente gerador de mapas para outras modalidades sensoriais, como codificação de sinais visuais, auditivos e somatossensoriais; Não é absurdo pensar no hipocampo como uma estrutura que gera mapas de nosso ambiente e que garante nossa orientação neles..

A pesquisa foi além e testou esse paradigma em situações muito diversas. Foi visto, por exemplo, que colocam células em tarefas de labirinto disparadas quando o animal comete erros ou quando está em uma posição em que o neurônio normalmente dispararia (O'keefe e Speakman, 1987). Em tarefas em que o animal deve se mover por diferentes espaços, viu-se que os neurônios do local disparam dependendo de onde o animal vem e para onde vai (Frank et al., 2000).

Como os mapas espaciais são formados

Outro dos principais focos de interesse de pesquisa nesta área tem sido a forma como esses mapas espaciais são formados. Por um lado, poderíamos pensar que as células de lugar estabelecem sua função com base na experiência que recebemos quando exploramos um ambiente, ou podemos pensar que é um componente subjacente de nossos circuitos cerebrais, ou seja, inato. A questão ainda não está clara e podemos encontrar evidências empíricas que apóiam ambas as hipóteses.

Por um lado, os experimentos de Monaco e Abbott (2014), que registraram a atividade de um grande número de células de site, têm já que quando um animal é colocado em um novo ambiente, leva vários minutos para que essas células comecem a disparar com normal. Assim pois, mapas de lugares seriam expressos, de alguma forma, a partir do momento em que um animal entra em um novo ambiente, mas a experiência modificaria esses mapas no futuro.

Portanto, poderíamos pensar que a plasticidade cerebral está desempenhando um papel na formação de mapas espaciais. Então, se a plasticidade realmente desempenhasse um papel, esperaríamos que os camundongos knockout eliminassem o receptor NMDA para o neurotransmissor glutamato - ou seja, camundongos que não expressam este receptor - não geram mapas espaciais, pois este receptor desempenha um papel fundamental na plasticidade cerebral e a Aprendendo.

A plasticidade desempenha um papel importante na manutenção de mapas espaciais

No entanto, este não é o caso, e foi observado que camundongos knockout para o receptor NMDA ou camundongos que foram tratados farmacologicamente Para bloquear esse receptor, eles expressam padrões semelhantes de resposta de células locais em ambientes novos ou familiares. Isso sugere que a expressão de mapas espaciais é independente da plasticidade cerebral (Kentrol et al., 1998). Esses resultados apoiariam a hipótese de que os sistemas de navegação são independentes do aprendizado.

Apesar de tudo, usando a lógica, os mecanismos de plasticidade cerebral devem ser claramente necessários para a estabilidade da memória dos mapas recém-formados. E, se não fosse assim, para que serviria a experiência que se forma a partir do caminhar pelas ruas de sua cidade? Não teríamos sempre a sensação de que é a primeira vez que entramos em nossa casa? Acredito que, como em tantas outras ocasiões, as hipóteses são mais complementares do que parecem e, de alguma forma, apesar de um funcionamento inato dessas funções, a plasticidade tem que desempenhar um papel na manutenção desses mapas espaciais na memória.

Células de rede, endereço e borda

É bastante abstrato falar sobre células de lugar e possivelmente mais de um leitor se surpreendeu com o fato de a mesma área do cérebro que gera memórias funcionar, por assim dizer, como GPS. Mas ainda não terminamos e o melhor ainda está por vir. Agora vamos enrolar o cacho de verdade. No início, pensava-se que a navegação espacial dependeria exclusivamente do hipocampo quando foi visto que Estruturas adjacentes, como o córtex entorrinal, mostraram ativação muito fraca em função do espaço (Frank et al. al., 2000).

No entanto, nesses estudos, a atividade foi registrada em áreas ventrais do córtex entorrinal e em estudos áreas posteriores, áreas dorsais foram registradas que têm um maior número de conexões com o hipocampo (Fyhn et al., 2004). Assim pois muitas células nesta região foram observadas disparando em função da posição, semelhante ao hipocampo. Até agora, são resultados que se esperava encontrar, mas quando decidiram aumentar a área que iriam registrar no córtex entorrinal tiveram uma surpresa: Entre os grupos de neurônios que foram ativados em função do espaço ocupado pelo animal, havia áreas aparentemente silenciosas - ou seja, não eram ativado. Quando as regiões que mostraram ativação foram virtualmente unidas, padrões na forma de hexágonos ou triângulos foram observados. Eles chamaram esses neurônios do córtex entorrinal de "células em rede".

Ao descobrir células de rede, foi vista uma possibilidade de resolver a questão de como as células de lugar são formadas. Uma vez que as células têm várias conexões de células de rede, não é absurdo pensar que elas são formadas a partir delas. No entanto, mais uma vez, as coisas não são tão simples e as evidências experimentais não confirmaram essa hipótese. Os padrões geométricos que formam as células da rede ainda não foram interpretados.

Os sistemas de navegação não se limitam ao hipocampo

A complexidade não termina aqui. Ainda menos quando se viu que os sistemas de navegação não se limitam ao hipocampo. Isso expandiu os limites da pesquisa para outras áreas do cérebro, descobrindo assim outros tipos de células relacionadas às células locais: células de direção e células de borda.

As células direcionadoras codificariam a direção em que o sujeito se move e estariam localizadas no núcleo tegmental dorsal do tronco cerebral. Células extremas, por outro lado, são células que aumentariam sua taxa de disparo conforme o assunto se tornasse aproximar-se dos limites de um dado espaço e podemos encontrá-los no subículo - região específica do hipocampo-. Vamos oferecer um exemplo simplificado no qual tentaremos resumir a função de cada tipo de célula:

Imagine que você está na sala de jantar de sua casa e quer ir até a cozinha. Já que você está na sala de jantar de sua casa, você terá uma célula local que irá disparar enquanto você permanecer em sala de jantar, mas como você deseja ir para a cozinha, você também terá outra célula local ativada que representa o cozinha. A ativação será clara porque sua casa é um espaço que você conhece perfeitamente bem e a ativação pode ser detectada tanto nas células locais quanto nas células da rede.

Agora, comece a caminhar em direção à cozinha. Haverá um grupo de células de endereço específico que serão acionadas e não serão alteradas, desde que você mantenha um endereço específico. Agora, imagine que para ir à cozinha você tenha que virar à direita e atravessar um corredor estreito. No momento em que você virar, suas células de direção saberão disso e outro conjunto de células de direção gravará a direção que tomou agora, ativando, e as anteriores serão desativadas.

Imagine também que o corredor é estreito e qualquer movimento errado pode fazer com que você bata na parede, de modo que suas células de borda aumentarão sua cadência de tiro. Quanto mais perto você chegar da parede do corredor, maior será a taxa de disparo que suas células de borda mostrarão. Pense nas células de borda como os sensores que alguns carros mais novos possuem, que emitem um sinal audível quando você está manobrando para estacionar. Células limítrofes Eles funcionam de maneira semelhante a esses sensores, quanto mais perto você está da colisão, mais ruído eles fazem. Quando você chegar à cozinha, suas células de lugar terão indicado a você que ela chegou de forma satisfatória e sendo um ambiente maior, suas células de borda irão relaxar.

Vamos terminar complicando tudo

É curioso pensar que nosso cérebro tem meios de saber nossa posição. Mas uma pergunta permanece: como podemos reconciliar a memória declarativa com a navegação espacial no hipocampo? Ou seja, como nossas memórias influenciam esses mapas? Ou será que nossas memórias foram formadas a partir desses mapas? Para tentar responder a esta pergunta, devemos pensar um pouco mais longe. Outros estudos apontaram que as mesmas células que codificam o espaço, das quais já falamos, também codificam o tempo.. Assim, tem-se falado de células de tempo (Eichenbaum, 2014) que codificaria a percepção do tempo.

O surpreendente sobre o caso é que há evidências crescentes que apóiam a ideia de que células de lugar são iguais às células de tempo. Então, o mesmo neurônio, por meio dos mesmos impulsos elétricos, é capaz de codificar o espaço e o tempo. A relação da codificação do tempo e do espaço nos mesmos potenciais de ação e sua importância na memória permanecem um mistério.

Em conclusão: minha opinião pessoal

Minha opinião sobre isso? Tirando meu vestido de cientista, posso dizer que os seres humanos tendem a pensar na opção mais fácil e gostamos de pensar que o cérebro fala a mesma língua que nós. O problema é que o cérebro nos oferece uma versão simplificada da realidade que ele mesmo processa. De uma forma semelhante às sombras na caverna de Platão. Assim, assim como na física quântica são quebradas as barreiras do que entendemos como realidade, no neurociência descobrimos que no cérebro as coisas são diferentes do mundo que percebemos conscientemente e devemos ter uma mente muito aberta para que as coisas não tenham que ser como realmente são nós os percebemos.

A única coisa que fica claro para mim é algo que Antonio Damasio costuma repetir em seus livros: o cérebro é um ótimo gerador de mapas. Talvez o cérebro interprete o tempo e o espaço da mesma maneira para formar mapas de nossas memórias. E se parece quimérico para você, pense que Einsten em sua teoria da relatividade uma das teorias que ele postulou foi que o tempo não poderia ser entendido sem espaço e vice-versa. Sem dúvida, desvendar esses mistérios é um desafio, ainda mais quando se trata de aspectos difíceis de estudar em animais.

No entanto, nenhum esforço deve ser poupado nessas questões. Primeiro por curiosidade. Se estudamos a expansão do universo ou as ondas gravitacionais recentemente registradas, por que não estudaríamos como nosso cérebro interpreta o tempo e o espaço? E em segundo lugar, muitos dos patologias neurodegenarativas como a doença de Alzheimer, seus primeiros sintomas são desorientação espaço-temporal. Conhecendo os mecanismos neurofisiológicos desta codificação poderemos descobrir novos aspectos que ajudarão a entender melhor o curso patológico dessas doenças e, quem sabe, se vai descobrir novos alvos de drogas ou não farmacológico.

Referências bibliográficas:

• Eichenbaum H. 2014. Células do tempo no hipocampo: uma nova dimensão para o mapeamento de memórias. Nature 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Codificação da trajetória no hipocampo e córtex entorrinal. Neuron 27: 169–178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Representação espacial no córtex entorrinal. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Abolição da estabilidade de longo prazo de novos mapas de células locais do hipocampo pelo bloqueio do receptor NMDA. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Realinhamento modular da atividade das células da grade entorrinal como base para o remapeamento do hipocampo. J Neurosci 31: 9414–9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Atividade de unidade única no hipocampo de rato durante uma tarefa de memória espacial. Exp Brain Res 68: 1-27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Perda de memória recente após lesão hipocampal bilateral. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11–21.