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Usando ratos, cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) e seus colaboradores da Escola de Medicina da Universidade Keio estudaram a principal fonte de serotonina no cérebro – o núcleo dorsal da rafe (DRN). Ao estudar pela primeira vez como a ativação do “centro de serotonina” do cérebro afeta animais acordados pela primeira vez, eles descobriram que a serotonina do DRN ativa áreas do cérebro que afetam o comportamento e a motivação. Os resultados mostram que a estimulação da serotonina DRN causa ativação do córtex cerebral e dos gânglios da base, áreas cerebrais envolvidas em muitas funções cognitivas.
Além disso, a resposta do cérebro à estimulação da serotonina está fortemente ligada à distribuição dos receptores de serotonina (proteínas ativadas pela serotonina) e aos padrões de conexão dos neurônios serotoninérgicos do DRN. “Vemos claramente nas imagens de ressonância magnética de alto campo quais áreas do cérebro são ativadas e desativadas durante o estado de vigília e sob anestesia quando ativamos os neurônios serotoninérgicos no DRN”, disse o autor principal, Dr. Hiroaki Hamada. “Um estudo anterior mostrou que o córtex cerebral e os gânglios da base foram desativados principalmente sob anestesia, o que também observamos, no entanto, em estados de vigília essas áreas são significativamente ativadas”.
Nossos cérebros são feitos de dezenas de bilhões de células nervosas chamadas neurônios. Essas células se comunicam entre si por meio de biomoléculas chamadas neurotransmissores. A serotonina, um tipo de neurotransmissor, é produzida pelos neurônios serotoninérgicos em nossos cérebros e influencia muitas de nossas funções comportamentais e cognitivas, como memória, sono e humor.
“Aprender sobre o sistema de serotonina do cérebro pode nos ajudar a entender como adaptamos nossos comportamentos e como funciona a medicação para terapia do humor. Mas foi difícil estudar como a serotonina do DRN afeta todo o cérebro. Primeiro, porque a estimulação elétrica do DRN também pode ativar neurônios que não usam serotonina para se comunicarem entre si e, segundo, o uso de drogas pode afetar outras serotoninas no cérebro”, explicou o Dr. Hiroaki Hamada, ex-aluno de doutorado na Unidade de Computação Neural da OIST e autor principal de um artigo sobre isso estudo publicado na revista Comunicações da Natureza.
Estudos anteriores realizados por pesquisadores da Unidade de Computação Neural mostraram que os neurônios serotoninérgicos no DRN promovem comportamentos adaptativos em ratos associados a recompensas futuras. Dr. Hamada e seus colaboradores queriam compreender os mecanismos no cérebro que causam esses comportamentos adaptativos.
“Sabíamos que a ativação da serotonina DRN tem fortes efeitos no comportamento, mas não sabíamos como essa ativação da serotonina afeta diferentes partes do cérebro”, afirmou o Prof. Kenji Doya, líder da Unidade de Computação Neural.
Observando a resposta de todo o cérebro à ativação da serotonina DRN
Os pesquisadores usaram uma nova técnica chamada ressonância magnética optofuncional para responder a essa questão. Eles usaram um método chamado optogenética para ativar seletivamente os neurônios da serotonina no DRN com luz e observaram a resposta de todo o cérebro usando ressonância magnética funcional (ressonância magnética). Eles utilizaram o mais recente scanner de ressonância magnética com um forte campo magnético para alcançar a alta resolução necessária para estudar os pequenos cérebros dos ratos. Os ratos foram colocados no scanner de ressonância magnética e os neurônios da serotonina foram estimulados em intervalos regulares para ver como isso afetava todo o cérebro.
Eles descobriram que a estimulação da serotonina DRN causa ativação do córtex cerebral e dos gânglios da base, áreas cerebrais envolvidas em muitas funções cognitivas. Este resultado foi muito diferente de um estudo anterior realizado sob anestesia. Além disso, a resposta do cérebro à estimulação da serotonina está fortemente ligada à distribuição dos receptores de serotonina (proteínas ativadas pela serotonina) e aos padrões de conexão dos neurônios serotoninérgicos do DRN.
“Vemos claramente nas imagens de ressonância magnética de alto campo quais áreas do cérebro são ativadas e desativadas durante o estado de vigília e sob anestesia quando ativamos os neurônios serotoninérgicos no DRN”, disse o Dr. Hamada. “Um estudo anterior mostrou que o córtex cerebral e os gânglios da base foram desativados principalmente sob anestesia, o que também observamos, no entanto, em estados de vigília essas áreas são significativamente ativadas”.
O córtex cerebral e os gânglios da base são partes do cérebro essenciais para muitos processos cognitivos, incluindo atividade motora e comportamentos para ganhar recompensas como comida e água. A ativação dos neurônios serotoninérgicos DNR pode, portanto, levar a mudanças na motivação e no comportamento.
Paciência e estimulação da sua própria serotonina
A combinação da nova técnica de ressonância magnética de alto campo e optogenética apresentou muitos obstáculos que o Dr. Hamada teve que superar. “Introduzimos e adaptamos um método anteriormente utilizado por nossos colaboradores e estabelecemos muitos procedimentos novos no OIST. Para mim, o principal desafio era usar o novo aparelho de ressonância magnética da época, então precisei ter paciência e estimular minha própria serotonina. fazendo muito exercício depois disso”, ele riu.
Ver as ativações no DRN pela primeira vez foi um momento marcante para o Dr. Hamada. No início, ele usou a mesma intensidade de luz que seus colaboradores usaram, mas era fraca demais para ver as respostas cerebrais na ressonância magnética. Ele então usou fibras ópticas maiores e aumentou a intensidade para estimular os DRNs.
O professor Doya observou que o próximo marco importante a alcançar é entender exatamente como ocorre essa ativação da serotonina em todo o cérebro: “É importante descobrir qual é o mecanismo molecular real que permite essa ativação em nosso cérebro. Pessoas que gostariam de melhorar ao ajustar seu comportamento e pensamento em diferentes situações também pode ser útil aprender mais sobre como a serotonina ajuda a controlar nosso humor”.
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