Como os cérebros adultos aprendem o novo sem esquecer o antigo

Aprender coisas novas é difícil. Lembrar o que já foi aprendido é mais difícil. Qualquer sistema de aprendizado bem-sucedido, seja um cérebro ou um software de inteligência artificial, deve encontrar o equilíbrio certo entre estabilidade e flexibilidade. Deve ser estável o suficiente para lembrar coisas antigas importantes, mas flexível o suficiente para aprender coisas novas sem destruir vestígios antigos da memória – de preferência enquanto ela existir.

A aprendizagem é resultado de mudanças no padrão de conectividade neural no cérebro. Cada conexão entre as células nervosas, chamada de sinapse, é uma pequena lacuna entre as extremidades dos ramos que se ramificam dessas células. As mensagens atravessam essas lacunas na forma de moléculas chamadas neurotransmissores. As estimativas atuais sugerem que existem 600 trilhões de sinapses no cérebro humano.

Como, então, lidar com o dilema estabilidade-plasticidade – particularmente à medida que os cérebros envelhecem e, por assim dizer, se enchem? A pesquisa de Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung e Mark Harnett, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, publicada recentemente na Nature, sugere que uma maneira é preservar na idade adulta um tipo de sinapse formadora de memória encontrada em crianças. Estes são chamados de sinapses silenciosas.

As sinapses silenciosas – que, como o nome sugere, não transmitem nenhum sinal de uma célula nervosa para outra – são frequentemente encontradas nas extremidades de saliências delgadas e imaturas das células nervosas, chamadas filopódios. Até agora, pensava-se que eles desapareciam à medida que o cérebro amadurecia. Mas os Drs. Vardalaki, Chung e Harnett mostraram não apenas que eles estão presentes na idade adulta, mas também que são comuns, pelo menos em camundongos. Pouco mais de um quarto das conexões que eles amostraram em córtices visuais de camundongos adultos eram sinapses silenciosas em filopódios. E os cérebros murinos e humanos são tão parecidos que algo semelhante quase certamente se aplica às pessoas.

Para realizar a busca por filopódios, o trio usou uma técnica de microscopia sensível chamada eMAP. Eles estudaram 2.234 sinapses entre células nervosas corticais de um tipo chamado neurônios piramidais (foto), que possuem milhares de sinapses cada. Observar através de um microscópio eMAP é suficiente para determinar quais saliências celulares são filopódios. Mas não pode mostrar quais sinapses neles são silenciosas.

Para isso, eles precisaram testar como os filopódios respondiam ao glutamato, principal neurotransmissor excitatório do cérebro. Primeiro, eles tiveram que fornecer um fluxo controlado de glutamato para a sinapse específica que queriam testar. Para isso, despejaram uma sopa de glutamato “enjaulado” sobre o neurônio sob exame. Essa forma da molécula é inerte até ser atingida pela energia da interseção de dois feixes de laser.

Apontar para a sinapse em estudo permitiu que eles soltassem o neurotransmissor e verificassem, medindo a atividade elétrica naquela parte do neurônio usando um eletrodo ultrafino, se a sinapse respondia. Eles descobriram que as saliências dos neurônios piramidais maduros geravam atividade elétrica quando expostas ao glutamato, como esperado. Filopodia não, confirmando o silêncio de suas sinapses.

As sinapses silenciosas são, no entanto, inúteis, a menos que possam ser ativadas no momento apropriado. E os pesquisadores confirmaram que isso é possível. Eles foram capazes de induzir as versões silenciosas dos filopódios a se transformarem em sinapses maduras e ativas, combinando a liberação simulada de glutamato com um aumento subsequente de eletricidade dentro do neurônio.

Esse emparelhamento de eventos fez com que sinapses silenciosas começassem, em minutos, exibindo moléculas receptoras características de sinapses ativas. O mesmo emparelhamento, aplicado a sinapses maduras, não fez nada. Os pesquisadores mostram, assim, que é difícil conseguir que uma sinapse madura mude a força de sua conexão (satisfazendo assim o lado da estabilidade do dilema), mas fácil de silenciar uma sinapse silenciosa (satisfazendo o lado da plasticidade).

A próxima coisa a investigar é como, por que e quando novos filopódios aparecem. A descoberta de todas essas sinapses silenciosas e filopodia ansiosos para aprender, diz o Dr. Harnett, “é uma alavanca para entendermos o aprendizado em adultos e como potencialmente podemos obter acesso para evitar que ele se degrade com o envelhecimento ou doença”.

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Atualizado: 24 de julho de 2023, 15h34 IST