As células do lugar, algo como o nosso cérebro GPS

Orientação e exploração em espaços novos ou desconhecidos é uma das faculdades cognitivas que usamos com mais frequência. Nós usamos isso para nos guiar em nossa casa, nosso bairro, para ir trabalhar.

Nós também dependemos disso quando viajamos para uma cidade nova e desconhecida para nós. Vamos utilizá-lo mesmo quando nós dirigimos e, possivelmente, o leitor em algum momento terá sido vítima de um descuido em sua orientação ou a de um colega / a, que será condenado a ser perdido e foi forçado a girar o carro para dar com o caminho certo.

Não é culpa da orientação, é culpa do hipocampo

Todas estas são situações que muitas vezes nos frustram e nos levam a amaldiçoar nossa orientação ou a dos outros com insultos, gritos e vários comportamentos. Bom, porque hoje vou dar uma pincelada nos mecanismos neurofisiológicos de orientação, em nosso GPS do cérebro para nos entender.

Começaremos sendo específicos: não devemos amaldiçoar a orientação, pois ela é apenas um produto de nossa atividade neural em regiões específicas. Portanto, começaremos amaldiçoando nosso hipocampo.

O hipocampo como estrutura cerebral

Evolutivamente, o hipocampo é uma estrutura antiga, faz parte da arquicultura, ou seja, aquelas estruturas que são filogeneticamente mais velhas em nossa espécie. Anatomicamente, faz parte do sistema límbico, no qual outras estruturas, como a amígdala, também são encontradas. O Sistema Límbico é considerado o substrato morfológico da memória, emoções, aprendizado e motivação.

O leitor pode Se você estiver familiarizado com a psicologia sabe que o hipocampo é uma estrutura necessária para a consolidação de memórias declarativas, ou seja, essas memórias com conteúdo episódico sobre nossas experiências ou, semântica (O'Keefe e Nadel, 1972).

Prova disso são os numerosos estudos que existem sobre o caso popular de "HM paciente", um paciente que ele tinha removido ambos os hemisférios tempo, produzindo uma amnésia anterógrada devastadora, ou seja, ele não conseguia memorizar fatos novos, mas manteve a maior parte de suas memórias de antes da operação. Para aqueles que querem aprofundar-se neste caso recomendo os estudos de Scoville e Millner (1957) que estudaram exaustivamente o paciente HM.

The Place Cells: o que são?

Até agora não dizemos nada de novo, nem nada de surpreendente. Mas foi em 1971 quando por acaso se descobriu um fato que gerou o início do estudo dos sistemas de navegação no cérebro. O'keefe e John Dostrovski, usando eletrodos intracranianos, pode registrar a atividade de neurônios específicos do hipocampo em ratos. Isso oferecia a possibilidade de que, enquanto realizava diferentes testes comportamentais, o animal estava acordado, consciente e se movimentando livremente..

O que eles não esperavam descobrir era que havia neurônios que respondiam seletivamente dependendo da área onde o rato estava. Não existiu neurónios específicos para cada posição (há um neurónio para casa de banho, por exemplo), mas foram observados em CA1 (uma região particular do hipocampo) células marcadas pontos de referência que pode adaptar-se a diferentes espaços.

Essas células foram chamadas colocar células. Portanto, não é que exista um neurônio de lugar para cada espaço específico que você frequenta, mas, ao contrário, eles são pontos de referência que o relacionam ao seu ambiente; É assim que sistemas de navegação egocêntricos são formados. Os neurônios locais também formarão sistemas de navegação alocêntricos que relacionarão elementos de espaço entre eles..

Programação inata vs. experiência

Essa descoberta deixou perplexos muitos neurocientistas que consideravam o hipocampo como uma estrutura de aprendizagem declarativa e agora viam como ele era capaz de codificar informações espaciais. Isso deu origem à hipótese do "mapa cognitivo" que postularia que uma representação do nosso ambiente seria gerada no hipocampo.

Assim como o cérebro é um excelente gerador de mapas para outras modalidades sensoriais, como a codificação de sinais visuais, auditivos e somatossensoriais; não é irracional pensar no hipocampo como uma estrutura que gera mapas do nosso ambiente e que garante a nossa orientação neles.

A pesquisa foi além e colocou esse paradigma à prova em situações muito diferentes. Foi visto, por exemplo, que as células de lugar nas tarefas do labirinto disparam quando o animal comete erros ou quando está em uma posição na qual o neurônio normalmente atiraria (O'keefe e Speakman, 1987). Em tarefas nas quais o animal deve se mover através de diferentes espaços, foi visto que os neurônios do lugar disparam dependendo de onde o animal vem e para onde está indo (Frank et al., 2000)..

Como mapas espaciais são formados

Outro dos principais focos de interesse de pesquisa neste campo tem sido sobre como esses mapas espaciais são formados. Por um lado, poderíamos pensar que as células de lugar estabelecem sua função com base na experiência que recebemos quando exploramos um ambiente, ou, podemos pensar que é um componente subjacente de nossos circuitos cerebrais, isto é, inato. A questão ainda não está clara e podemos encontrar evidências empíricas que suportem ambas as hipóteses.

Por um lado, os experimentos de Mônaco e Abbott (2014), que registraram a atividade de um grande número de células, observaram que quando um animal é colocado em um novo ambiente passam-se vários minutos até que essas células comecem a disparar com Normalidade Assim pois, os mapas de lugar seriam expressos, de alguma forma, a partir do momento em que um animal entra em um novo ambiente, mas a experiência modificaria esses mapas no futuro.

Portanto, poderíamos pensar que a plasticidade cerebral está desempenhando um papel na formação de mapas espaciais. Então, se a plasticidade realmente esperar para jogar um papel que camundongos knockout receptor NMDA neurotransmissor glutamato que dizer, os camundongos que não expressam isso não receptor- gerar mapas espaciais porque este receptor desempenha um papel crítico na plasticidade cerebral e aprendizagem.

A plasticidade desempenha um papel importante na manutenção de mapas espaciais

No entanto, este não é o caso, e foi observado que camundongos knockout para o receptor NMDA ou camundongos que foram tratados farmacologicamente para bloquear este receptor, expressam padrões semelhantes de resposta das células em ambientes novos ou familiares. Isto sugere que a expressão de mapas espaciais é independente da plasticidade cerebral (Kentrol et al., 1998). Estes resultados suportariam a hipótese de que os sistemas de navegação são independentes da aprendizagem.

Apesar de tudo, usando a lógica, os mecanismos da plasticidade cerebral devem ser claramente necessários para a estabilidade na memória dos mapas recém-formados. E, se não fosse assim, qual seria o uso da experiência que se forma percorrendo as ruas de sua cidade? Não teríamos sempre a sensação de que é a primeira vez que entramos em nossa casa? Acredito que, como em tantas outras ocasiões, as hipóteses são mais complementares do que parecem e, de alguma forma, apesar de um funcionamento inato dessas funções, a plasticidade tem um papel a desempenhar na manutenção desses mapas espaciais na memória.

Células de rede, endereço e borda

É bastante abstrato falar sobre células locais e, possivelmente, mais de um leitor ficou surpreso que a mesma área cerebral que gera memórias sirva, por assim dizer, GPS. Mas ainda não terminamos e o melhor ainda está por vir. Agora vamos enrolar a onda realmente. Inicialmente, pensava-se que a navegação espacial dependeria exclusivamente do hipocampo quando se visse que estruturas adjacentes, como o córtex entorrinal, apresentavam ativação muito fraca em função do espaço (Frank et al., 2000)..

No entanto, nesses estudos, a atividade em áreas ventrais do córtex entorrinal foi registrada e, em estudos posteriores, foram registradas áreas dorsais com maior número de conexões com o hipocampo (Fyhn et al., 2004). Assim pois Observou-se que muitas células desta região dispararam dependendo da posição, semelhante ao hipocampo. Aqui estão os resultados esperados para encontrar, mas quando eles decidiram aumentar a área que iria registrar no córtex entorrinal teve uma surpresa: entre os grupos de neurônios que são ativados dependendo do espaço ocupado pelo animal eram aparentemente silenciosa -que áreas não eram ativado-. Quando regiões que mostraram ativação foram virtualmente unidas, padrões foram observados na forma de hexágonos ou triângulos. Eles chamaram esses neurônios do córtex entorrinal de "células vermelhas".

Quando os glóbulos vermelhos foram descobertos, foi possível resolver a questão de como as células são formadas. Tendo as células colocado numerosas conexões das células da rede, não é irracional pensar que elas são formadas a partir delas. No entanto, mais uma vez, as coisas não são tão simples e evidências experimentais não confirmaram essa hipótese. Os padrões geométricos que formam as células da rede ainda não puderam ser interpretados.

Sistemas de navegação não são reduzidos ao hipocampo

A complexidade não termina aqui. Menos ainda quando se viu que os sistemas de navegação não são reduzidos ao hipocampo. Isso tornou possível expandir os limites da pesquisa para outras áreas do cérebro, descobrindo assim outros tipos de células relacionadas às células do lugar: Células de direção e células de borda.

As células de direção codificariam a direção na qual o sujeito se movia e ficariam localizadas no núcleo tegmentar dorsal do tronco encefálico. Por outro lado, as células de ponta são células que aumentam a sua taxa de disparo como o sujeito se aproximar dos limites de um determinado espaço e pode ser encontrado no hipocampo subiculum Regione específico. Vamos oferecer um exemplo simplificado em que tentaremos resumir a função de cada tipo de célula:

Imagine que você esteja na sala de jantar da sua casa e queira ir à cozinha. Como você encontrar-se na sala de jantar de sua casa, você tem um lugar que desencadeiam celular enquanto você permanecer no quarto, mas como você quer ir para a cozinha também tem outra célula local activado representando a cozinha. A ativação ficará clara porque a sua casa é um espaço que você conhece perfeitamente e a ativação pode ser detectada tanto nas células de lugar quanto na rede de células.

Agora, comece a andar em direção à cozinha. Haverá um grupo de células de endereço específicas que agora serão acionadas e não serão alteradas, desde que você mantenha uma direção específica. Agora, imagine que para ir à cozinha você deve virar à direita e atravessar um corredor estreito. No momento em que você liga, suas células de endereço saberão e outro conjunto de células de endereço registrará o endereço que foi ativado, e as anteriores serão desativadas.

Imagine também que o corredor é estreito e qualquer movimento falso pode fazer com que você bata na parede, para que suas células de borda aumentem sua taxa de disparo. Quanto mais próximo você chegar da parede do corredor, maior será a taxa de disparo que mostrará suas células de borda. Pense nas células de borda como os sensores que alguns carros novos têm e que fazem um sinal audível quando você está manobrando para estacionar. As células da borda Eles funcionam de maneira semelhante a esses sensores, quanto mais perto eles estão de colidir, mais barulho eles fazem. Quando você chega na cozinha, as células do seu lugar indicaram que ele chegou satisfatoriamente e sendo um ambiente mais amplo, suas células de borda vão relaxar.

Vamos complicar tudo

É curioso pensar que nosso cérebro tem maneiras de conhecer nossa posição. Mas ainda há uma questão: como reconciliamos a memória declarativa com a navegação espacial no hipocampo, ou seja, como nossas memórias influenciam esses mapas? Ou será que nossas memórias foram formadas a partir desses mapas? Para tentar responder a esta pergunta, devemos pensar um pouco mais. Outros estudos apontaram que as mesmas células que codificam o espaço, das quais já falamos, também codificam o tempo.. Assim, tem havido falar de células de tempo (Eichenbaum, 2014) que codificaria a percepção do tempo.

O surpreendente do caso é que mais e mais evidências apoiando a ideia de que as células do lugar são as mesmas que as células do tempo. Então, o mesmo neurônio usando os mesmos impulsos elétricos é capaz de codificar o espaço e o tempo. A relação entre a codificação de tempo e espaço nos mesmos potenciais de ação e sua importância na memória permanecem um mistério.

Em conclusão: minha opinião pessoal

Minha opinião sobre isso? Tirando o roupão do meu cientista, posso dizer que o ser humano está acostumado a pensar na opção fácil e gostamos de pensar que o cérebro fala a mesma linguagem que nós. O problema é que o cérebro nos oferece uma versão simplificada da realidade que ele mesmo processa. De um modo semelhante às sombras da caverna de Platão. Assim, como em fronteiras física quântica do que entendemos como realidade pausa em neurociência descobrimos que nas coisas cerebrais são diferentes do mundo que percebemos conscientemente e temos de ser mente muito aberta para as coisas têm por que ser como nós realmente os percebemos.

A única coisa que tenho claro é algo que Antonio Damasio está acostumado a repetir muito em seus livros: o cérebro é um ótimo gerador de mapas. Talvez o cérebro interprete o tempo e o espaço da mesma maneira para mapear nossas memórias. E se você pensa quimérico Lembre-se que Einstein em sua teoria da relatividade uma teoria que foi postulado que não poderia ser compreendido sem o espaço tempo, e vice-versa. Sem dúvida, desvendar esses mistérios é um desafio, ainda mais quando são aspectos difíceis de estudar animais.

No entanto, nenhum esforço deve ser poupado nesses problemas. Primeiro de curiosidade. Se estudarmos a expansão do universo ou as ondas gravitacionais recentemente gravadas, por que não estudamos como nosso cérebro interpreta o tempo e o espaço? E em segundo lugar, muitas das doenças neurodegenarativas como a doença de Alzheimer como sintomas iniciais são desorientação espaço-temporal. Sabendo o mecanismo neurofisiológico dessa codificação poderíamos descobrir novas maneiras de ajudar a compreender melhor o curso patológico destas doenças e, quem sabe, se você descobrir novos alvos farmacológicos ou não farmacológicos.

Referências bibliográficas:

• Eichenbaum H. 2014. Células do tempo no hipocampo: uma nova dimensão para o mapeamento de memórias. Natureza 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Codificação de trajetória no hipocampo e no córtex entorrinal. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, MP Witter, Moser EI, Moser M-B. 2004. Representação espacial no córtex entorrinal. Ciência 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Abolição da estabilidade a longo prazo de novos mapas celulares do local do hipocampo pelo bloqueio do receptor NMDA. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Realinhamento modular da atividade das células da grade como base para o remapeamento do hipocampo. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Atividade unitária única no hipocampo do rato durante uma tarefa de memória espacial. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Perda de memória recente após hipocample bilateral. J Neurol Neurosurg Psiquiatria 20: 11-21.