Seu cérebro tem ritmo

Seu cérebro tem ritmo

Cientistas da Salk criam sistemas cerebrais sintéticos chamados “circuitoides” para entender melhor movimentos disfuncionais em Parkinson, ELA e outras doenças

LA JOLLA - Nem todo mundo é Fred Astaire ou Michael Jackson, mas mesmo aqueles de nós que parecem ter dois pés esquerdos têm ritmo - em nossos cérebros. Da respiração ao caminhar e à mastigação, nossos dias são repletos de ações repetitivas que dependem do disparo rítmico dos neurônios. No entanto, os circuitos neurais que sustentam esses comportamentos aparentemente comuns não são totalmente compreendidos, embora melhores percepções possam levar a novas terapias para distúrbios como Doença de Parkinson, ELA e autismo.

Recentemente, neurocientistas do Salk Institute usaram células-tronco para gerar diversas redes de sistemas independentes da medula espinhal em um prato, apelidado de circuitoids, para estudar esse padrão rítmico nos neurônios. A obra, que aparece online na edição de 14 de fevereiro de 2017 da revista eLife, revela que alguns dos circuitoides - sem estímulo externo - exibiam atividade rítmica espontânea e coordenada do tipo conhecido por conduzir movimentos repetitivos.

“Ainda é muito difícil contemplar como grandes grupos de neurônios com literalmente bilhões, senão trilhões de conexões, pegam informações e as processam”, diz o autor sênior do trabalho, Salk Professor. Samuel Pfaff, que também é um Instituto Médico Howard Hughes investigador e ocupa a cátedra Benjamin H. Lewis. "Mas pensamos que o desenvolvimento deste tipo de circuito simples numa placa nos permitirá extrair alguns dos princípios de como funcionam os circuitos cerebrais reais. Com essa informação básica, talvez possamos começar a entender como as coisas dão errado nas doenças."

As células nervosas do cérebro e da medula espinhal se conectam umas às outras como circuitos eletrônicos. E assim como os circuitos eletrônicos consistem em muitos componentes, o sistema nervoso contém uma variedade estonteante de neurônios, muitas vezes resultando em redes com muitas centenas de milhares de células. Para modelar esses circuitos neurais complexos, o laboratório Pfaff estimulou células-tronco embrionárias de camundongos a crescerem em aglomerados de neurônios da medula espinhal, que eles chamaram de circuitoides. Cada circuito normalmente continha 50,000 células em aglomerados grandes o suficiente para serem vistos a olho nu e com diferentes proporções de subtipos neuronais.

Com ferramentas moleculares, os pesquisadores marcaram quatro subtipos principais de neurônios excitatórios (promovendo um sinal elétrico) e inibitórios (interrompendo um sinal elétrico) vitais para o movimento, chamados V1, V2a, V3 e neurônios motores. Observando as células nos circuitoides em tempo real usando microscopia de alta tecnologia, a equipe descobriu que os circuitoides compostos apenas por neurônios excitatórios V2a ou V3 ou neurônios motores excitatórios (que controlam os músculos) disparavam espontaneamente ritmicamente, mas que os circuitoides compostos apenas por neurônios inibitórios não . Curiosamente, adicionar neurônios inibitórios aos circuitoides excitatórios V3 acelerou a taxa de disparo, enquanto adicioná-los aos circuitoides motores fez com que os neurônios formassem sub-redes, circuitos independentes menores de atividade neural dentro de um circuito.

“Esses resultados sugerem que variar as proporções de neurônios excitatórios para inibitórios dentro das redes pode ser uma maneira de cérebros reais criarem circuitos complexos, mas flexíveis, para governar a atividade rítmica”, diz Pfaff. “Circuitóides podem revelar a base para controles neurais complexos que levam a tipos de comportamentos muito mais elaborados à medida que nos movemos pelo nosso mundo de maneira contínua”.

Como esses circuitoides contêm neurônios que funcionam ativamente como uma rede interconectada para produzir disparos padronizados, Pfaff acredita que eles modelarão mais de perto um aspecto normal do cérebro do que outros tipos de sistemas de cultura de células. Além de estudar com mais precisão os processos de doenças que afetam os circuitos, a nova técnica também sugere um mecanismo pelo qual a atividade cerebral disfuncional pode ser tratada alterando as proporções dos tipos de células nos circuitos.

Outros autores incluídos: Matthew J. Sternfeld, Christopher A. Hinckley, Niall J. Moore, Matthew T. Pankratz, Kathryn L. Hilde, Shawn P. Driscoll, Marito Hayashi, Neal D. Amin, Dario Bonanomi, Wesley D. Gifford, e Martyn Goulding de Salk; e Kamal Sharma do Universidade de Illinois, Chicago.

A obra foi financiada pela Instituto Nacional do Câncer nos Institutos Nacionais de Saúde; o Fundação Rose Hills; O HA e Mary K. Chapman Charitable Trust; O University of California, San Diego, Programa de Pós-Graduação em Neurociências; uma bolsa do US National Research Service Award do Institutos Nacionais de Saúde dos EUA Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame; O National Science Foundation; o Programa de Apoio Estudantil de Longo Prazo do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão; a Fundação Timken-Sturgis; o Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia; o Instituto Médico Howard Hughes; o Fundação Christopher e Dana Reeve; O Fundação Marshall Heritage; e o Sol Goldman Charitable Trust.