.
Quando sonhamos acordados ou revisitamos memórias, um grande grupo de regiões dentro de nosso cérebro “se acende” ou se torna mais ativo. É conhecido como Rede de Modo Padrão (DMN) porque é mais ativo quando o cérebro não está focado no mundo exterior.
Numerosos distúrbios cerebrais, incluindo Alzheimer, transtorno de déficit de atenção/hiperatividade e transtornos do humor, têm sido associados a problemas com o DMN. No entanto, a base neurofisiológica do DMN não é bem compreendida.
As técnicas de neuroimagem, como a ressonância magnética funcional (fMRI), não são capazes de medir diretamente a atividade neuronal. Para resolver essa lacuna de conhecimento, uma equipe de pesquisa liderada por Ian Shih, PhD, professor e vice-presidente do Departamento de Neurologia e diretor associado do Biomedical Research Imaging Center, criou uma nova plataforma experimental capaz de registrar opticamente a atividade neuronal local durante fMRI de todo o cérebro em roedores.
“Esperamos que este trabalho abra caminho para futuros estudos translacionais destinados a controlar redes cerebrais em larga escala”, disse Shih. “Isso pode ajudar a projetar regimes de tratamento baseados em rede para muitos distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos”.
O estudo, publicado na revista Avanços da ciênciaexaminou a atividade dinâmica de regiões cerebrais relacionadas ao DMN e as analisou com uma variedade de abordagens computacionais.
O DMN é uma das redes cerebrais de grande escala do nosso cérebro. Quando aprendemos pela primeira vez sobre o cérebro, aprendemos que cada parte do cérebro tem uma função distinta. Mas a realidade é que muitas áreas do cérebro são ativadas e desativadas juntas durante o comportamento e a cognição e formam redes cerebrais em grande escala, como uma equipe.
Os neurocientistas estão se interessando mais por essas redes de grande escala à medida que aprendem que certas tarefas cognitivas dependem de regiões cerebrais “funcionalmente conectadas”. Quando uma pessoa está acordada e em repouso, como quando está sonhando acordada, recuperando memórias ou imaginando o futuro, o DMN está ativo.
No entanto, é um desafio obter os dados neuronais necessários para entender a atividade dinâmica do DMN em seres humanos, então Shih e sua equipe recorreram a um modelo animal para estudar a rede, na qual regiões cerebrais putativas relacionadas ao DMN foram identificadas.
“Usamos um modelo de roedor, onde sensores de cálcio geneticamente codificados foram expressos em neurônios”, disse o primeiro autor Tzu-Hao Harry Chao, PhD, que construiu e validou esta plataforma experimental no laboratório Shih. “Isso nos permitiu registrar a atividade neuronal em várias regiões do cérebro relacionadas ao DMN, detectando mudanças na fluorescência por meio de fibras ópticas sem interferir na medição dos sinais de fMRI”.
A fotometria de fibra usa fibra ótica para fornecer certos comprimentos de onda de luz para excitar proteínas fluorescentes responsivas a esse comprimento de onda e registrar a emissão de luz dependente da atividade. Por meio desse processo, os cientistas podem medir diretamente a atividade de uma população específica de células ou neuroquímicos em um local específico do cérebro.
Usando esta nova plataforma experimental, Chao e seus colegas demonstraram que a ativação de uma área do cérebro – o córtex insular anterior – está associada à supressão ou “desligamento” da rede de modo padrão.
No cérebro humano, o córtex insular é encontrado no córtex e é “isolado” pelos lobos frontal, parietal e temporal. A ínsula é responsável por várias funções importantes no cérebro, incluindo o processamento dos nossos cinco sentidos, o controle da coordenação mão-olho e a autoconsciência. A ínsula também desempenha um papel crítico nos comportamentos sociais e relacionados ao vício.
“Esta é uma importante evidência neuronal destacando o papel do córtex insular anterior no controle da atividade DMN”, explicou Shih.
Em colaboração com Vinod Menon, PhD, outro autor sênior e professor do Departamento de Psiquiatria e Ciências Comportamentais da Universidade de Stanford, a equipe de pesquisa usou abordagens computacionais avançadas para identificar os estados cerebrais e o fluxo de informações durante essas condições.
A equipe também descobriu que a área pré-límbica do córtex do roedor alterna sua sincronização com o DMN e o córtex insular anterior, o que sugere que o córtex pré-límbico no cérebro do roedor também pode desempenhar um papel na rede de saliência – outra rede cerebral em grande escala. importante para a atenção, processamento sensorial e comportamento direcionado a objetivos.
Os autores construíram o sistema de fotometria de fibra espectral multicanal usando a Alocação de Equipamentos de Infraestrutura de Pesquisa concedida ao Departamento de Neurologia em 2018-19. Autores adicionais do trabalho incluem Li-Ming Hsu (co-primeiro autor), Domenic Hayden Cerri, Wei-Ting Zhang e Tzu-Wen Wang da UNC-Chapel Hill; Byeongwook Lee (co-primeiro autor) e Srikanth Ryali da Universidade de Stanford.
Esta pesquisa foi apoiada principalmente pelo Instituto Nacional de Saúde Mental (R01MH126518). Shih também é membro do UNC Bowles Center for Alcohol Studies, do UNC Intellectual and Developmental Disabilities Research Center, do UNC McAllister Heart Institute e do UNC-NCSU Joint Department of Biomedical Engineering.
As técnicas utilizadas neste trabalho estão à disposição de outros pesquisadores.
.
