Os neurocientistas do MIT descobriram uma característica surpreendente do cérebro adulto. Ele contém milhões de “sinapses silenciosas”, que são conexões imaturas entre neurônios que permanecem inativas até serem necessárias para ajudar a formar novas memórias.
Durante muitos anos, os cientistas acreditaram que estas sinapses silenciosas existiam apenas durante o desenvolvimento inicial, quando o cérebro estava a aprender rapidamente sobre o mundo. Mas a equipa do MIT descobriu que, em ratos adultos, cerca de 30% das sinapses no córtex cerebral ainda são silenciosas. Isto sugere que o cérebro adulto possui uma grande reserva de conexões não utilizadas que podem ser ativadas quando novas informações chegam.
Os investigadores dizem que este conjunto oculto de sinapses pode explicar como o cérebro continua a aprender ao longo da vida sem perturbar as memórias existentes.
“Estas sinapses silenciosas procuram novas ligações e, quando novas informações importantes são apresentadas, as ligações entre os neurónios relevantes são fortalecidas. Isto permite ao cérebro criar novas memórias sem substituir as memórias importantes armazenadas em sinapses maduras, que são mais difíceis de alterar”, diz Dimitra Vardalaki, estudante de pós-graduação do MIT e principal autora do estudo.
Mark Harnett, professor associado de ciências cerebrais e cognitivas, é o autor sênior do artigo, publicado em Natureza. Kwanghun Chung, professor associado de engenharia química no MIT, também é autor.
Repensando como funciona a memória no cérebro adulto
As sinapses silenciosas foram identificadas pela primeira vez há décadas, principalmente em animais jovens. Durante o desenvolvimento inicial, acredita-se que eles ajudem o cérebro a absorver grandes quantidades de novas informações sobre o meio ambiente. Nos ratos, os cientistas acreditavam que essas sinapses desapareciam por volta dos 12 dias de idade (equivalente aos primeiros meses de vida humana).
No entanto, alguns investigadores suspeitaram que poderiam persistir na idade adulta. As pistas vieram de estudos sobre o vício, que muitas vezes é considerado uma forma de aprendizagem desadaptativa. Esses estudos sugeriram que as sinapses silenciosas poderiam reaparecer ou permanecer no cérebro adulto.
O trabalho teórico dos neurocientistas Stefano Fusi e Larry Abbott também sugeriu que o cérebro precisa de uma mistura de sinapses flexíveis e estáveis. Algumas conexões devem ser fáceis de mudar para apoiar novas aprendizagens, enquanto outras devem permanecer estáveis para preservar memórias de longo prazo.
Uma descoberta casual usando imagens avançadas
A equipe do MIT não estava inicialmente procurando sinapses silenciosas. Eles estavam acompanhando trabalhos anteriores mostrando que os dendritos, as extensões dos neurônios em forma de ramificação, processam sinais de maneira diferente, dependendo de sua localização.
Para explorar isso ainda mais, os pesquisadores mediram os receptores de neurotransmissores ao longo dos dendritos usando uma técnica chamada eMAP (Análise Ampliada do Proteoma com preservação de epítopo). Este método expande fisicamente o tecido cerebral, permitindo aos cientistas rotular proteínas e visualizá-las com detalhes extremamente elevados.
Durante esta imagem, os pesquisadores notaram algo inesperado.
“A primeira coisa que vimos, que foi super bizarra e não esperávamos, foi que havia filopódios por toda parte”, diz Harnett.
Filopódios são pequenas saliências que se estendem dos dendritos. Embora já tivessem sido observados antes, sua função não era clara porque são muito pequenos e difíceis de estudar com ferramentas tradicionais.
Filopodia e a assinatura das sinapses silenciosas
Usando a técnica eMAP, a equipe encontrou filopódios em múltiplas regiões do cérebro de ratos adultos, incluindo o córtex visual, em níveis muito mais elevados do que o relatado anteriormente. Estas estruturas continham receptores NMDA, mas não possuíam receptores AMPA.
Este detalhe é crucial. As sinapses ativas normalmente têm ambos os tipos de receptores, que trabalham juntos para transmitir sinais usando o neurotransmissor glutamato. Os receptores NMDA por si só não conseguem transmitir sinais elétricos em condições normais porque são bloqueados por íons de magnésio. Sem os receptores AMPA, essas conexões permanecem eletricamente inativas, por isso são chamadas de “silenciosas”.
Ativando sinapses silenciosas
Para testar se esses filopódios funcionam como sinapses silenciosas, os pesquisadores usaram uma técnica modificada de patch clamping. Isso permitiu medir a atividade elétrica em filopódios individuais enquanto simulava a liberação de glutamato.
Eles descobriram que o glutamato sozinho não produzia sinal, a menos que os receptores NMDA fossem desbloqueados experimentalmente. Isto forneceu fortes evidências de que estas estruturas se comportam como sinapses silenciosas.
A equipe então mostrou que é possível ativar, ou “dessilenciar”, essas conexões. Ao emparelhar a liberação de glutamato com um sinal elétrico do neurônio, os receptores AMPA acumularam-se na sinapse. Isso transformou a conexão silenciosa em uma conexão totalmente funcional, capaz de transmitir sinais.
É importante ressaltar que esse processo foi muito mais fácil do que modificar sinapses já ativas.
“Se você começar com uma sinapse já funcional, esse protocolo de plasticidade não funciona”, diz Harnett. “As sinapses no cérebro adulto têm um limiar muito mais alto, provavelmente porque você deseja que essas memórias sejam bastante resistentes. Você não quer que elas sejam constantemente substituídas. Os filopódios, por outro lado, podem ser capturados para formar novas memórias.”
Um cérebro flexível e estável
Estas descobertas apoiam a ideia de que o cérebro equilibra flexibilidade e estabilidade, mantendo uma reserva de sinapses altamente adaptáveis.
“Este artigo é, até onde eu sei, a primeira evidência real de que é assim que funciona no cérebro de um mamífero”, diz Harnett. “Os filopódios permitem que um sistema de memória seja flexível e robusto. Você precisa de flexibilidade para adquirir novas informações, mas também precisa de estabilidade para reter as informações importantes.”
O que isso significa para o envelhecimento e a saúde do cérebro
Os pesquisadores estão agora investigando se existem sinapses silenciosas semelhantes em cérebros humanos. Eles também querem entender como essas conexões mudam com a idade ou com condições neurológicas.
“É perfeitamente possível que, ao alterar a quantidade de flexibilidade que você tem em um sistema de memória, seja muito mais difícil mudar seus comportamentos e hábitos ou incorporar novas informações”, diz Harnett. “Você também poderia imaginar encontrar alguns dos atores moleculares envolvidos nos filopódios e tentar manipular algumas dessas coisas para tentar restaurar a memória flexível à medida que envelhecemos”.
Pesquisas mais recentes em neurociência continuaram a explorar como a plasticidade sináptica apoia a aprendizagem ao longo da vida. Estudos sobre o envelhecimento do cérebro sugerem que a flexibilidade sináptica reduzida pode contribuir para o declínio da memória, enquanto o trabalho em doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer aponta para perturbações na formação e função das sinapses. Há também um interesse crescente em direcionar mecanismos sinápticos para melhorar a resiliência cognitiva e a capacidade de aprendizagem mais tarde na vida.
Juntas, essas descobertas pintam um quadro do cérebro muito mais dinâmico do que se acreditava. Em vez de ser fixo, parece manter um conjunto oculto de conexões, pronto para ser ativado quando novas experiências assim o exigirem.
A pesquisa foi financiada pelo Boehringer Ingelheim Fonds, pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Fundo James W. e Patricia T. Poitras do MIT, uma bolsa Klingenstein-Simons, uma bolsa da Fundação Vallee e uma bolsa McKnight.
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