Cientistas de Stanford descobrem funções de cereal surpreendentes

Cerebelo (latino para "cérebro pequeno") em vermelho.

Fonte: Banco de Dados de Ciências da Vida / Wikimedia Commons

Em uma descoberta serendipitante, os neurocientistas da Universidade de Stanford recentemente tropeçavam em funções cognitivas anteriormente desconhecidas do cerebelo. Em uma série de experimentos de ratos complexos usando tecnologia de imagem do cérebro de última geração, os pesquisadores de Stanford descobriram que neurônios específicos (células granulares) dentro do cerebelo aprendem e respondem a recompensas antecipadas ou a falta delas.

O novo estudo do Stanford Neuroscience Institute, "Cerebellar Granule Cells Encode the Expectation of Reward", foi publicado em 20 de março on-line antes da impressão na revista Nature . ( Cerebelar é a palavra da irmã para o cerebral e significa "relacionar-se ou localizar no cerebelo").

Em 1504, Leonardo da Vinci fez peças de cera do cérebro humano e cunhou o termo "cerebelo" (latino para "cérebro pequeno") depois de identificar dois pequenos hemisférios do cérebro dobrados perfeitamente sob os hemisférios esquerdo-direito relativamente humongos do "cérebro" ( Latim para "cérebro").

Cerebrum (latino para "cérebro") em vermelho.

Fonte: Banco de Dados de Ciências da Vida / Wikimedia Commons

Durante séculos, os neurocientistas consideraram que o cerebelo era o assento de atividades "não pensantes", como a coordenação e a afinação dos movimentos musculares.

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Até recentemente, ambos os hemisférios das regiões cerebricas e corticais na "capa pensante" do córtex cerebral eram considerados o único domínio dos processos cognitivos. Isso está começando a mudar. Nos últimos anos, uma ampla gama de estudos começaram a mostrar (pela primeira vez) que o cerebelo desempenha um papel misterioso e significativo em muitas funções cognitivas do cérebro.

Por exemplo, em fevereiro de 2017, uma equipe internacional de pesquisadores informou que o cerebelo pode desempenhar um papel anteriormente imprevisto nas alterações cerebrais associadas ao consumo viciante de drogas.

Esses relatórios que ligam o cerebelo e a dependência de drogas basearam-se em uma ampla gama de pesquisas inovadoras publicadas nos últimos dois anos. Essas descobertas cerebelares foram compiladas e apresentadas em duas revistas diferentes: Neuroscience & Biobehavioral Reviews e Journal of Neuroscience .

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Ao descrever o objetivo da primeira revisão, "Nós estamos ignorando o elefante na sala? Sete argumentos para considerar o cerebelo como parte dos circuitos de dependência ", os cientistas, liderados por Marta Miquel Salgado-Araujo da UJI na Espanha, descrevem sua missão afirmando:" Nosso objetivo não é rever os estudos sobre animais e humanos de forma exaustiva, mas apoiar a inclusão de alterações cerebelares como parte da fisiopatologia do transtorno do vício ".

Nova tecnologia e uma descoberta acidental Esperando acontecer: as células do grão cerebelar desempenham um papel cognitivo no processamento de recompensas

Pesquisadores de Stanford identificaram um papel cognitivo previamente desconhecido das células do grânulo do cerebelo (em verde).

Fonte: Cortesia de Mark Wagner

O relatório de março de 2017 de Stanford sobre o vínculo entre o cerebelo e a codificação da expectativa de recompensa coincide com a pesquisa acima mencionada sobre o cerebelo sendo parte dos circuitos de dependência. A nova pesquisa de Stanford também avança a nossa compreensão do misterioso poder neuronal mantido nas células do grânulo de 60 bilhões de cérebro. ( Embora o cerebelo seja apenas 10 por cento do volume cerebral, ele abriga até 80 por cento dos neurônios totais do seu cérebro, a maioria das quais são células granulares ) .

Um dos aspectos mais notáveis ​​do novo estudo de Stanford é que os pesquisadores morreram acidentalmente em sua descoberta potencialmente destruidora de terra que as células granulares aprendem e respondem às recompensas antecipadas. De certa forma, o fato de os pesquisadores não terem projetado um experimento com a intenção de provar uma hipótese adiciona um nível extra de credibilidade a essa descoberta do primeiro tipo.

Mark Wagner, um sujeito pós-doutorado em Stanford, liderou essa pesquisa com Tony Kim, um estudante de pós-graduação no laboratório de Mark Schnitzer, professor associado de biologia e física aplicada.

Schnitzer tem uma habilidade para desenvolver métodos únicos para registrar a atividade cerebral em moscas de frutas, camundongos e outros animais vivos. Um método proprietário que Schnitzer desenvolveu recentemente, chamado de " imagem de cálcio de dois fótons ", ofereceu a resolução finita que Wagner precisava para estudar células granulares microscópicas enquanto os ratos estavam em movimento.

Como as células granuladas são embaladas tão densamente dentro do cerebelo, as técnicas convencionais para registrar a atividade celular dos grânulos não funcionam muito bem, o que deixou os neurocientistas com uma imagem incompleta do que o cerebelo realmente está fazendo, até agora.

Estas contagens de neurônios do cerebelo e do córtex cerebral são baseadas em estudos realizados por Lent, R., et al., 2012.

Fonte: Cortesia de Larry Vandervert

Meu falecido pai, Richard Bergland, era neurocientista do século 20, neurocirurgião e autor do The Fabric of Mind (Viking). Ele estava fascinado com a distribuição desproporcional dos neurônios no cerebelo. Dito isto, meu pai ficou frustrado com as limitações tecnológicas de sua geração, o que tornou impossível para ele provar empiricamente seus "suposições educadas" sobre o que o cerebelo estava fazendo em seu laboratório.

Como um disco quebrado, ele diria: " Nós não sabemos exatamente o que o cerebelo está fazendo. Mas, seja lá o que for, está fazendo muito disso. "Se meu pai estivesse vivo hoje, eu sei que ele estaria sobre a lua para ver que a revolucionária tecnologia de imagem de cálcio de dois fótons desenvolvida pela Schnitzer está finalmente permitindo que os neurocientistas de Stanford vejam a atividade das células granulares em tempo real.

Quando Wagner começou sua pesquisa usando imagens de cálcio de dois fótons, ele simplesmente estava interessado em monitorar e gravar células de grânulos em tempo real como parte das funções básicas de controle do motor do cerebelo.

Para estudar o controle motor, Wagner e sua equipe precisavam motivar seus ratos de laboratório para se mudarem em primeiro lugar. Então, eles condicionaram um comportamento de busca de recompensas que estava recebendo uma dose de água açucarada depois de empurrar uma alavanca do distribuidor. Enquanto o mouse estava empurrando a alavanca e recebendo uma recompensa, Wagner e seu time registraram atividade de células granulares no cerebelo de cada rato.

Wagner estava apenas esperando achar que a atividade das células granulares estava relacionada ao planejamento e execução de movimentos físicos. Mas em um Eureka! momento, Wagner observou que apenas algumas células granulares disparavam quando o mouse empurrou a alavanca para obter uma recompensa. Surpreendentemente, outras células de grânulos dispararam quando um rato esperava sua recompensa açucarada. E, mais um subconjunto de células de grânulos disparou quando Wagner retirou furiosamente as recompensas antecipadas de Pavlov. Os cientistas escrevem no resumo da natureza de seu estudo:

"O rastreamento das mesmas células de grânulos ao longo de vários dias de aprendizagem revelou que as células com recompensa – as respostas antecipadas surgiram daqueles que responderam no início da aprendizagem para recompensar a entrega, ao passo que as respostas de omissão-recompensa ficaram mais fortes à medida que a aprendizagem avançava. A descoberta de codificações preditivas, não sensório-motoras em células de grânulos é uma grande desvantagem da compreensão atual desses neurônios e enriquece marcadamente a informação contextual disponível para células de Purkinje pós-sinápticas, com importantes implicações para o processamento cognitivo no cerebelo ".

Em uma declaração a Stanford, o co-autor Liquin Luo disse: "Na verdade, foi uma observação lateral, que, na verdade, eles realmente respondem à recompensa". Wagner acrescentou: "simplesmente não sabíamos", porque historicamente a suposição era essa as células granuladas só executam as funções motoras mais básicas e ninguém tinha as ferramentas para observar as células granulares em ação.

Avançando, Wagner e seus colegas em Stanford estão otimistas de que essa descoberta possa levar a algo muito maior. Em conclusão, Wagner disse:

"Dado o que uma grande fração de neurônios residem no cerebelo, houve um progresso relativamente pequeno na integração do cerebelo na imagem maior de como o cérebro está resolvendo tarefas, e uma grande parte dessa desconexão tem sido essa a suposição de que o cerebelo pode apenas esteja envolvido em tarefas motoras. Espero que isso nos permita unificar isso com estudos de regiões cerebrais mais populares como o córtex cerebral, e podemos juntá-los ".

Fique atento a mais pesquisas de ponta sobre células granulares e cerebelo. Enquanto isso, se você quiser ler minhas postagens de blog anteriores da Psychology Today sobre o cerebelo, clique neste link.