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Os cientistas há muito especulam sobre as mudanças físicas que ocorrem no cérebro quando uma nova memória é formada. Agora, uma pesquisa do Instituto Nacional de Ciências Fisiológicas (NIPS) lançou luz sobre este intrigante mistério neurológico.
Num estudo recentemente publicado em Comunicações da Natureza, A equipe de pesquisa conseguiu detectar as redes neuronais cerebrais envolvidas na memória traumática usando um novo método que combina abordagens ópticas e baseadas em aprendizado de máquina, capturando as mudanças complexas que ocorrem durante a formação da memória e descobrindo os mecanismos pelos quais as memórias traumáticas são criadas. .
Os animais aprendem a se adaptar a ambientes em mudança para sobreviver. A aprendizagem associativa, que inclui o condicionamento clássico, é um dos tipos mais simples de aprendizagem e tem sido intensamente estudada ao longo do século passado. Durante as últimas duas décadas, os desenvolvimentos técnicos nos métodos moleculares, genéticos e optogenéticos tornaram possível identificar regiões cerebrais e populações específicas de neurônios que controlam a formação e recuperação de novas memórias associativas. Por exemplo, a parte dorsal do córtex pré-frontal medial (dmPFC) é crítica para a recuperação da memória associativa do medo em roedores. No entanto, a forma como os neurónios desta região codificam e recuperam a memória associativa não é bem compreendida, o que a equipa de investigação pretendia abordar.
“O dmPFC mostra ativação neural específica e sincronia durante a recuperação da memória do medo e respostas de medo evocadas, como congelamento e desaceleração da frequência cardíaca”, explica o autor principal, Masakazu Agetsuma. “O silenciamento artificial do dmPFC em ratos suprimiu as respostas de medo, indicando que esta região é necessária para recordar a memória associativa do medo. Por estar conectada com sistemas cerebrais implicados na aprendizagem e doenças psiquiátricas associadas, queríamos explorar como as mudanças no dmPFC especificamente regular novas informações de memória associativa.”
A equipe de pesquisa usou imagens longitudinais de dois fótons e várias técnicas de neurociência computacional para determinar como a atividade neural muda no córtex pré-frontal do camundongo após aprender em um paradigma de condicionamento do medo. Os neurônios pré-frontais comportam-se de maneira altamente complexa e cada neurônio responde a vários eventos sensoriais e motores. Para abordar esta complexidade, a equipa de investigação desenvolveu um novo método analítico baseado na “rede elástica”, um algoritmo de aprendizagem automática, para identificar quais neurónios específicos codificam a memória do medo. Eles analisaram ainda o arranjo espacial e a conectividade funcional dos neurônios usando modelagem gráfica.
“Detectamos com sucesso uma população neural que codifica a memória do medo”, diz Agetsuma. “Nossas análises nos mostraram que o condicionamento do medo induziu a formação de uma rede neural de memória do medo com neurônios ‘hub’ que conectavam funcionalmente os neurônios de memória”.
É importante ressaltar que os pesquisadores descobriram evidências diretas de que a formação da memória associativa foi acompanhada por uma nova conexão associativa entre redes originalmente distintas, ou seja, a rede de estímulos condicionados (CS, por exemplo, tom) e a rede de estímulos incondicionados (EUA, por exemplo, experiência de medo). “Propomos que esta conexão recém-descoberta possa facilitar o processamento de informações, desencadeando uma resposta de medo (CR) a um CS (ou seja, uma rede neural para transformação de CS em CR).”
Há muito se pensa que as memórias são formadas pelo aprimoramento das conexões neurais, que são fortalecidas pela ativação repetida de grupos de neurônios. As conclusões do presente estudo, que se basearam tanto em observações da vida real como em análises baseadas em modelos, apoiam isto. Além disso, o estudo demonstra como métodos combinados (óptica e aprendizado de máquina) podem ser usados para visualizar detalhadamente a dinâmica das redes neurais. Estas técnicas poderiam ser usadas para descobrir informações adicionais sobre as alterações neurológicas associadas à aprendizagem e à memória.
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