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Durante a navegação rotineira na vida cotidiana, nosso cérebro usa mapeamento espacial e memória para nos guiar do ponto A ao ponto B. Assim como rotina: cometer um erro na navegação que requer uma correção de curso.
Agora, pesquisadores da Harvard Medical School identificaram um grupo específico de neurônios em uma região do cérebro envolvida na navegação que sofre rajadas de atividade quando ratos correndo em um labirinto desviam do curso e corrigem seu erro.
As descobertas, publicadas em 19 de julho na Natureza, aproximam os cientistas da compreensão de como a navegação funciona, ao mesmo tempo em que levantam novas questões. Essas questões incluem o papel específico que esses neurônios desempenham durante a navegação e o que eles estão fazendo em outras regiões do cérebro onde são encontrados.
“A navegação tem sido muito estudada, mas, até onde sabemos, esta é a primeira vez que identificamos esse tipo de sinal de correção de erro”, disse o autor sênior Christopher Harvey, professor associado de neurobiologia no Instituto Blavatnik da HMS. “Acho que este estudo acrescenta uma nova direção para onde podemos ir com a pesquisa de navegação”.
Fazendo uma correção de curso
Para entender a navegação, o laboratório Harvey tem estudado o córtex parietal posterior, uma região próxima à parte posterior do cérebro envolvida no raciocínio espacial, bem como no aprendizado e planejamento de movimentos. As células que compõem essa região, disse a equipe, permaneceram em grande parte uma caixa preta.
“Existem todos esses tipos diferentes de células nessa área, mas quando começamos este projeto, não sabíamos muito sobre o que esses tipos de células poderiam estar fazendo”, explicou o principal autor Jonathan Green, pesquisador em neurobiologia no HMS.
Elucidar as funções dessas diferentes células é essencial para entender como elas trabalham juntas para formar o circuito neural que alimenta a navegação naquela região do cérebro.
Para interrogar os tipos de células no córtex parietal posterior, Green e Harvey recorreram ao colega e coautor do estudo Michael Greenberg, professor de neurobiologia do HMS Nathan Marsh Pusey. Eles pegaram emprestado uma ferramenta desenvolvida em seu laboratório que permite aos cientistas rotular os tipos de células de maneira mais precisa. Os pesquisadores usaram uma cápsula viral para injetar um elemento regulador do gene no córtex parietal posterior, que induziu um subtipo de neurônios a expressar uma proteína fluorescente azul. Dessa forma, os pesquisadores marcaram seletivamente esses neurônios para monitorar sua atividade.
Com os neurônios rotulados, a equipe usou uma técnica experimental desenvolvida no laboratório Harvey que envolve a colocação de ratos em um labirinto de realidade virtual: um mouse corre sobre uma bola, enquanto uma grande tela surround exibe uma tarefa de navegação espacial. Nesse caso, a tarefa era percorrer um labirinto em forma de T para encontrar uma recompensa em uma das extremidades. Enquanto o camundongo realizava a tarefa, os pesquisadores registraram a atividade neural no córtex parietal posterior.
Os pesquisadores descobriram que, quando um mouse cometeu e corrigiu um erro durante a navegação, o subtipo de neurônios tornou-se ativo. Isso se manteve verdadeiro mesmo quando eles guiaram o mouse para errar, girando o labirinto ou alterando as dicas de cores. No entanto, se o mouse não cometeu um erro, ou cometeu um erro, mas não o corrigiu, os neurônios não dispararam.
Quando os neurônios se tornaram ativos, eles o fizeram em uníssono, levando a um experimento de acompanhamento no qual os pesquisadores estimularam as células com luz. Eles descobriram que os neurônios são essencialmente conectados uns aos outros, o que significa que a corrente elétrica que os manda disparar pode fluir diretamente de uma célula para a outra.
“Esses neurônios foram todos ativados juntos nesses momentos em que o mouse se desviou de sua rota e teve que corrigir de volta para obter a recompensa, o que achamos que significa que eles podem ser realmente importantes para o aprendizado ou correção de rotas de navegação”, disse Harvey.
Um sinal mais amplo?
As descobertas fornecem evidências tentadoras de que esse subconjunto de neurônios desempenha um papel essencial em ajudar o cérebro a corrigir erros de navegação, mas os pesquisadores estão ansiosos para investigar como e por quê.
Harvey está interessado em saber se esse sinal de correção de erro ajuda o cérebro a aprender as rotas de navegação – algo que ele chama de “uma peça que falta no quebra-cabeça de como a navegação acontece”. Para explorar essa ideia, os pesquisadores estão fazendo experimentos nos quais interrompem a atividade dos neurônios e observam como a capacidade de navegação do mouse é afetada.
“Queremos descobrir se esse sinal está envolvido em correções de direção momento a momento ou se está agindo em uma escala de tempo mais longa, ajudando o circuito a aprender as ações corretas ao longo do tempo”, disse Green.
Embora o estudo tenha sido feito em camundongos, Green observou que os humanos têm um tipo de célula análogo, então “esse sinal de correção de erro que vemos em camundongos pode ser bastante relevante para o que está acontecendo em nosso cérebro”. No entanto, mais pesquisas são necessárias para confirmar se esse é o caso.
Curiosamente, esse subtipo de neurônios também está presente em outras regiões cerebrais fortemente envolvidas na navegação, bem como no córtex visual e no hipocampo, epicentro do aprendizado e da memória. Assim, Green gostaria de investigar o que os neurônios estão fazendo nessas outras regiões para entender se eles desempenham um papel mais amplo na correção de erros e no aprendizado.
Os pesquisadores também planejam aplicar sua abordagem experimental a outros subconjuntos de neurônios no córtex parietal posterior – muitos dos quais também estão presentes em várias regiões do cérebro – na esperança de identificar mais tipos de células com funções específicas.
“Se pudermos entender o que todos esses subconjuntos de neurônios estão fazendo em diferentes áreas do cérebro, a esperança é que possamos obter algumas funções generalizadas para as células que nos aproximem da compreensão de como funciona esse circuito neural, que é replicado nas áreas do cérebro”, disse Green.
Autoria, financiamento, divulgações
Autores adicionais no artigo incluem Carissa Bruno, Lisa Traunmüller, Jennifer Ding, Siniša Hrvatin, Daniel Wilson, Thomas Khodadad e Jonathan Samuels da HMS.
A pesquisa foi financiada por Lefler Fellowship, Life Sciences Research Foundation Fellowship patrocinada pela Vertex Pharmaceuticals, Harvard Brain Science Initiative Postdoc Pioneers Grant, Long-Term Fellowship do Human Frontier Science Program e National Institutes of Health (F32MH118698; DP1 MH125776; R01 NS089521; R01 NS108410; RF1 DA04 8787; R01 NS028829).
Hrvatin é membro do conselho consultivo científico e Greenberg é consultor da Apertura Gene Therapy.
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