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Controle da memória de trabalho se dá por acoplamento fase-amplitude de neurônios do hipocampo humano

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Como o cérebro1 humano armazena informações temporariamente sem perdê-las? Neurocientistas descobriram que os neurônios2 dos lobos3 frontal e temporal trabalham juntos para reter informações na memória de trabalho4.

A memória de trabalho4 é um processo cognitivo5 fundamental que nos permite reter informações temporariamente à medida que elas passam pelos nossos sentidos. Tal como uma pequena caixa de armazenamento, a memória de trabalho permite-nos armazenar transitoriamente informações, como o nome de uma pessoa que acabamos de conhecer, uma lista de compras ou fatos que acabamos de aprender numa palestra.

No entanto, tal como acontece com uma pequena caixa de armazenamento, ela tem uma capacidade limitada e pode armazenar apenas algumas memórias por vez. A memória de trabalho4 também é notavelmente frágil. Mesmo pequenas distrações podem muitas vezes fazer com que as memórias pareçam desaparecer sem deixar vestígios: pense na facilidade com que esquecemos o nome de uma pessoa que acabamos de conhecer, depois de mudar o assunto da conversa.

Embora este processo cognitivo5 central tenha sido há muito tempo tema de intenso interesse e investigação por parte de neurocientistas, a forma como o cérebro1 humano gerencia a informação sobre itens armazenados na memória de trabalho4 permanece pouco compreendida.

Em um novo estudo, publicado na revista Nature, pesquisadores relatam suas análises de neurônios2 individuais e populações neurais em pessoas participando de uma tarefa de memória de trabalho4 e fornecem novos insights sobre como o cérebro1 humano representa e controla a manutenção de informações na memória de trabalho4.

Eles descobriram como as células6 cerebrais responsáveis pela memória de trabalho4 coordenam o foco intencional e o armazenamento de informação a curto prazo.

Leia sobre "Como melhorar sua memória", "Testes de memória" e "Quando a perda de memória não é normal".

“Identificamos pela primeira vez um grupo de neurônios2, influenciados por dois tipos de ondas cerebrais, que coordenam o controle cognitivo5 e o armazenamento de informações sensoriais na memória de trabalho”, disse Jonathan Daume, PhD, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Rutishauser no Cedars-Sinai e primeiro autor do estudo. “Esses neurônios2 não contêm nem armazenam informações, mas são cruciais para o armazenamento de memórias de curto prazo”.

A memória de trabalho4, que exige que o cérebro1 armazene informações por apenas alguns segundos, é frágil e requer foco contínuo para ser mantida, disse Ueli Rutishauser, PhD, diretor do Centro de Ciência e Medicina Neural do Cedars-Sinai e autor sênior7 do estudo. Ela pode ser afetada por diferentes doenças e condições.

“Em distúrbios como a doença de Alzheimer8 ou o transtorno de déficit de atenção e hiperatividade, muitas vezes não é o armazenamento da memória, mas sim a capacidade de focar em e reter uma memória uma vez formada que é o problema”, disse Rutishauser, que é professor de Neurocirurgia, Neurologia e Ciências Biomédicas no Cedars-Sinai. “Acreditamos que a compreensão do aspecto do controle da memória de trabalho4 será fundamental para o desenvolvimento de novos tratamentos para estas e outras condições neurológicas”.

Para explorar como funciona a memória de trabalho4, os pesquisadores registraram a atividade cerebral de 36 pacientes hospitalizados que tiveram eletrodos implantados cirurgicamente nos seus cérebros como parte de um procedimento para diagnosticar epilepsia9. A equipe registrou a atividade de células6 cerebrais individuais e ondas cerebrais enquanto os pacientes realizavam uma tarefa que exigia o uso da memória de trabalho4.

Na tela do computador, os pacientes viam uma única foto ou uma série de três fotos de várias pessoas, animais, objetos ou paisagens. Em seguida, a tela ficou em branco por pouco menos de três segundos, exigindo que os pacientes se lembrassem das fotos que acabaram de ver. Eles então viram outra foto e foram solicitados a decidir se era aquela (ou uma das três) que haviam visto antes.

Quando os pacientes executando a tarefa de memória de trabalho4 foram capazes de responder com rapidez e precisão, os pesquisadores notaram o disparo de dois grupos de neurônios2: neurônios2 de “categoria” que disparam em resposta a uma das categorias mostradas nas fotos, como animais, e neurônios2 de “acoplamento fase-amplitude”, ou PAC (do inglês phase-amplitude coupling).

Os neurônios2 PAC, recentemente identificados neste estudo, não contêm nenhum conteúdo, mas usam um processo chamado acoplamento fase-amplitude para garantir que os neurônios2 de categoria foquem e armazenem o conteúdo que adquiriram. Os neurônios2 PAC disparam em sincronia com as ondas teta do cérebro1, que estão associadas ao foco e ao controle, bem como as ondas gama, que estão ligadas ao processamento de informações. Isto permite-lhes coordenar a sua atividade com neurônios2 de categoria, que também disparam em sincronia com as ondas gama do cérebro1, melhorando a capacidade dos pacientes de recordar informações armazenadas na memória de trabalho4.

“Imagine que quando o paciente vê a foto de um cachorro, seus neurônios2 de categoria começam a disparar ‘cachorro, cachorro, cachorro’ enquanto os neurônios2 PAC disparam ‘foco/lembrar’”, disse Rutishauser. “Através do acoplamento fase-amplitude, os dois grupos de neurônios2 criam uma harmonia sobrepondo suas mensagens, resultando em ‘lembre-se do cachorro’. É uma situação em que o todo é maior do que a soma das partes, como ouvir os músicos de uma orquestra tocarem juntos. O maestro, tal como os neurônios2 PAC, coordena os vários músicos para atuarem em harmonia.”

Os neurônios2 PAC fazem esse trabalho no hipocampo10, uma parte do cérebro1 que há muito se sabe ser importante para a memória de longo prazo. Este estudo oferece a primeira confirmação de que o hipocampo10 também desempenha um papel no controle da memória de trabalho4, disse Rutishauser.

Este estudo foi conduzido como parte de um consórcio multi-institucional financiado pela iniciativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies, ou The BRAIN Initiative, do National Institutes of Health dos EUA, liderada pelo Cedars-Sinai. Os dados deste estudo são agrupados no Cedars-Sinai, na Universidade de Toronto e na Escola de Medicina Johns Hopkins, resultando num estudo estatisticamente poderoso que uma única instituição não poderia acumular por si só, dada a dificuldade destas experiências.

“Um dos objetivos da BRAIN Initiative é descobrir – através do uso de tecnologias inovadoras – propriedades do cérebro1 humano que até agora têm sido difíceis, se não impossíveis, de estudar”, disse o Dr. John Ngai, PhD, diretor da iniciativa. “Aqui, ao aproveitar oportunidades incomuns apoiadas pela iniciativa para iluminar processos complexos em humanos, o Laboratório Rutishauser está lançando luz sobre a forma como certos neurônios2 apoiam o modo como as memórias são armazenadas no cérebro1 – um processo que está longe de ser compreendido em distúrbios cerebrais devastadores, como a doença de Alzheimer11 e outras demências.”

No artigo publicado, os pesquisadores contextualizam que a retenção de informações na memória de trabalho4 é um processo exigente que depende do controle cognitivo5 para proteger a atividade persistente específica de memorandos contra interferências. No entanto, não está claro como o controle cognitivo5 regula o armazenamento da memória de trabalho4.

Neste estudo, mostrou-se que as interações do controle frontal e da atividade persistente do hipocampo10 são coordenadas pelo acoplamento fase-amplitude teta-gama (TG-PAC). Registrou-se neurônios2 únicos no lobo temporal12 e frontal medial humano, enquanto os pacientes mantinham vários itens em sua memória de trabalho4.

No hipocampo10, o TG-PAC foi indicativo de carga e qualidade da memória de trabalho4. Identificou-se células6 que aumentaram seletivamente durante interações não lineares da fase teta e amplitude gama. O tempo de pico desses neurônios2 PAC foi coordenado com a atividade teta frontal quando a demanda de controle cognitivo5 era alta.

Ao introduzir correlações de ruído com neurônios2 persistentemente ativos no hipocampo10, os neurônios2 PAC moldaram a geometria do código populacional. Isso levou a representações de maior fidelidade do conteúdo da memória de trabalho4 que foram associadas a um comportamento melhorado.

Esses resultados suportam uma arquitetura multicomponente de memória de trabalho4, com controle frontal gerenciando a manutenção do conteúdo da memória de trabalho4 em áreas relacionadas ao armazenamento. Dentro desta estrutura, o TG-PAC do hipocampo10 integra o controle cognitivo5 e o armazenamento da memória de trabalho4 em todas as áreas do cérebro1, sugerindo assim um mecanismo potencial para o controle de cima para baixo sobre os processos acionados pelos sentidos.

Veja também sobre "Neuroplasticidade cerebral" e "Neurociência - o que ela estuda".

 

Fontes:
Nature, publicação em 17 de abril de 2024.
Science Daily, notícia publicada em 17 de abril de 2024.

 

NEWS.MED.BR, 2024. Controle da memória de trabalho se dá por acoplamento fase-amplitude de neurônios do hipocampo humano. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1469277/controle-da-memoria-de-trabalho-se-da-por-acoplamento-fase-amplitude-de-neuronios-do-hipocampo-humano.htm>. Acesso em: 28 mai. 2024.

Complementos

1 Cérebro: Derivado do TELENCÉFALO, o cérebro é composto dos hemisférios direito e esquerdo. Cada hemisfério contém um córtex cerebral exterior e gânglios basais subcorticais. O cérebro inclui todas as partes dentro do crânio exceto MEDULA OBLONGA, PONTE e CEREBELO. As funções cerebrais incluem as atividades sensório-motora, emocional e intelectual.
2 Neurônios: Unidades celulares básicas do tecido nervoso. Cada neurônio é formado por corpo, axônio e dendritos. Sua função é receber, conduzir e transmitir impulsos no SISTEMA NERVOSO. Sinônimos: Células Nervosas
3 Lobos: Lobo Frontal Lobo Parietal Lobo Temporal Lobo Occipital
4 Memória de trabalho: Atua no momento em que a informação está sendo adquirida, retendo a informação por alguns segundos e, então, a destinando a ser guardada por períodos mais longos ou a ser descartada. A memória de trabalho pode, ainda, armazenar dados por via inconsciente. Difere da memória de curto prazo pois esta trabalha com as informações por algumas horas até que sejam gravadas de forma definitiva.
5 Cognitivo: 1. Relativo ao conhecimento, à cognição. 2. Relativo ao processo mental de percepção, memória, juízo e/ou raciocínio. 3. Diz-se de estados e processos relativos à identificação de um saber dedutível e à resolução de tarefas e problemas determinados. 4. Diz-se dos princípios classificatórios derivados de constatações, percepções e/ou ações que norteiam a passagem das representações simbólicas à experiência, e também da organização hierárquica e da utilização no pensamento e linguagem daqueles mesmos princípios.
6 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
7 Sênior: 1. Que é o mais velho. 2. Diz-se de desportistas que já ganharam primeiros prêmios: um piloto sênior. 3. Diz-se de profissionais experientes que já exercem, há algum tempo, determinada atividade.
8 Doença de Alzheimer: É uma doença progressiva, de causa e tratamentos ainda desconhecidos que acomete preferencialmente as pessoas idosas. É uma forma de demência. No início há pequenos esquecimentos, vistos pelos familiares como parte do processo normal de envelhecimento, que se vão agravando gradualmente. Os pacientes tornam-se confusos e por vezes agressivos, passando a apresentar alterações da personalidade, com distúrbios de conduta e acabam por não reconhecer os próprios familiares e até a si mesmos quando colocados frente a um espelho. Tornam-se cada vez mais dependentes de terceiros, iniciam-se as dificuldades de locomoção, a comunicação inviabiliza-se e passam a necessitar de cuidados e supervisão integral, até mesmo para as atividades elementares como alimentação, higiene, vestuário, etc..
9 Epilepsia: Alteração temporária e reversível do funcionamento cerebral, que não tenha sido causada por febre, drogas ou distúrbios metabólicos. Durante alguns segundos ou minutos, uma parte do cérebro emite sinais incorretos, que podem ficar restritos a esse local ou espalhar-se. Quando restritos, a crise será chamada crise epiléptica parcial; quando envolverem os dois hemisférios cerebrais, será uma crise epiléptica generalizada. O paciente pode ter distorções de percepção, movimentos descontrolados de uma parte do corpo, medo repentino, desconforto no estômago, ver ou ouvir de maneira diferente e até perder a consciência - neste caso é chamada de crise complexa. Depois do episódio, enquanto se recupera, a pessoa pode sentir-se confusa e ter déficits de memória. Existem outros tipos de crises epilépticas.
10 Hipocampo: Elevação curva da substância cinzenta, que se estende ao longo de todo o assoalho no corno temporal do ventrículo lateral (Tradução livre de Córtex Entorrinal; Via Perfurante;
11 Alzheimer: Doença degenerativa crônica que produz uma deterioração insidiosa e progressiva das funções intelectuais superiores. É uma das causas mais freqüentes de demência. Geralmente começa a partir dos 50 anos de idade e tem incidência similar entre homens e mulheres.
12 Lobo temporal:
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