Descoberta de novo mecanismo pode contribuir para o tratamento de doenças neurodegenerativas
No início do século 20, os cientistas começaram a registrar a atividade cerebral usando eletrodos presos ao couro cabeludo. Para sua surpresa, eles viram que a atividade cerebral é caracterizada por sinais ascendentes e descendentes lentos e rápidos que foram posteriormente chamados de "ondas cerebrais".
Desde então, as ondas cerebrais têm sido intensamente estudadas no contexto de seu envolvimento no processamento e transmissão de informações entre diferentes regiões do cérebro. No cérebro saudável, uma mudança na intensidade da onda foi observada no contexto de uma ampla gama de atividades cognitivas, como memória e aprendizado. Além disso, muitos estudos mostraram que mudanças na intensidade e frequência das ondas indicam epilepsia, autismo ou doenças neurodegenerativas, como Parkinson e Alzheimer. A doença de Alzheimer, por exemplo, é caracterizada por uma diminuição acentuada da intensidade das ondas em uma determinada frequência, enquanto a epilepsia é caracterizada por um aumento muito acentuado e anormal da intensidade das ondas em uma frequência diferente.
Sabe-se atualmente que as ondas cerebrais expressam a atividade sincronizada de dezenas de milhares de células nervosas (neurônios), de modo que um aumento normal na intensidade da onda expressa a atividade sincronizada de diferentes grupos de neurônios com a finalidade de transmitir informações. Mas por que e como essas ondas contribuem para a transmissão adequada de informações no cérebro?
Um novo estudo conduzido pelo estudante de doutorado Tal Dalal no laboratório do Prof. Rafi Haddad, do Centro Multidisciplinar de Pesquisa do Cérebro Gonda (Goldschmied) da Universidade Bar-Ilan, concentra-se nessa questão-chave. No estudo, publicado na Cell Reports , os pesquisadores alteraram o nível de sincronização na área do cérebro que transmite informações. Eles então examinaram como isso afetou a transferência de informações e como a área do cérebro que recebeu a informação a entendeu.
A pesquisa se concentrou em regiões do cérebro que fazem parte do sistema olfativo, ou olfato, que é caracterizado pela forte intensidade das ondas cerebrais. Um tipo particular de neurônio nesta região é responsável por criar atividade de ondas cerebrais sincronizadas. Para aumentar ou diminuir a sincronização, os pesquisadores usaram a optogenética, um método que permite que a atividade neural seja ligada e desligada, assim como um interruptor, projetando flashes de luz sobre o cérebro. Dessa maneira, a atividade dos neurônios sincronizadores pode ser ligada ou desligada para examinar como a alteração da atividade sincronizada de muitos neurônios em uma região afeta a transmissão de informações para a próxima região, que lê as informações .
A área primária ou "upstream" manipulada aumentando ou diminuindo a sincronização, é onde ocorre o processamento inicial no sistema olfativo. A partir daí as informações sincronizadas ou não sincronizadas, dependendo da manipulação, são transferidas para a área secundária ou “downstream” do sistema olfativo responsável pelo processamento de nível superior.
Os pesquisadores descobriram que o aumento da sincronização de neurônios na região a montante do cérebro que transmite informações levou a uma melhoria significativa na transmissão e processamento da informação na região a jusante. Por outro lado, quando a sincronização foi diminuída, a representação da informação na região a jusante foi prejudicada.
Uma descoberta inesperada também ocorreu. "Ficamos surpresos ao descobrir que a ativação dos neurônios indutores de sincronia também causou uma diminuição no nível geral de atividade na região a montante, então esperávamos que menos informações fossem transferidas para a região a jusante. a região upstream é sincronizada, compensada pela redução geral da atividade e ainda melhorou a transferência de informações", explica Dalal.
Os pesquisadores concluíram a partir disso a importância da atividade cerebral sincronizada para a transferência e processamento de informações. Quando milhares de neurônios são sincronizados, a transmissão de informações no cérebro é feita de forma mais poderosa e confiável, em comparação com uma situação em que a atividade é assíncrona e cada neurônio opera de forma independente, independentemente do grupo. Dalal diz que isso pode ser comparado a uma manifestação de dezenas de milhares de pessoas em uma praça pública em comparação com manifestantes espalhados em diferentes lugares. O poder da atividade compartilhada e sincronizada é imenso em comparação com a atividade independente e não sincronizada.
Esse achado pode explicar por que uma diminuição na atividade sincronizada, que expressa uma diminuição na intensidade das ondas cerebrais, pode resultar em comprometimento cognitivo em doenças neurodegenerativas, como Alzheimer. "Até o momento, os estudos mostraram uma correlação entre a diminuição da sincronicidade e a doença neurodegenerativa, mas não mostraram por que e como isso acontece", diz Dalal. "Em nosso estudo, mostramos como a sincronização contribui para a transmissão e processamento de informações no cérebro, e essa pode ser a razão pela qual eventualmente vemos deficiências cognitivas nos pacientes".
O estudo de Dalal e do Prof. Haddad oferece novas opções para o tratamento de doenças neurodegenerativas. É possível que a atividade cerebral anormal seja corrigida no futuro por meio de estimulação específica de certos neurônios, como os flashes de luz usados para manipulação neste estudo, para restaurar a sincronização ao nível necessário para a atividade cerebral normal.