Cientistas do MIT identificam os circuitos cerebrais da formação da memória

O modelo esquemático que mostra como a memória é consolidada no córtex pré-frontal e como os circuitos através da amígdala mudam à medida que as células do engrama do hipocampo ficam em silêncio e os engramas corticais se tornam ativos.

Fonte: Cortesia de RIKEN

Um novo estudo sobre ratos do Massachusetts Institute of Technology (MIT) identificou um novo modelo esquemático e uma linha de tempo que ilustra como as memórias são consolidadas no córtex pré-frontal (PFC) depois de serem transmitidas de uma parte do cérebro para outra para armazenamento a longo prazo .

Este relatório, "Engramas e Circuitos Cruciais para a Consolidação de Sistemas de uma Memória", foi publicado on-line antes da impressão em 6 de abril na revista Science . Susumu Tonegawa, diretor do RIKEN-MIT Brain Science Institute e Center for Neural Circuit Genetics (CNCG) foi autor principal deste estudo. Essas descobertas desafiam modelos históricos de formação de memória a longo prazo e podem levar a revisões de alguns modelos de consolidação de memória dominante, de acordo com os pesquisadores do MIT.

Outros colaboradores deste estudo inovador incluem o autor principal Takashi Kitamura, os pós-cadernos Sachie Ogawa, Teruhiro Okuyama e Mark Morrissey; juntamente com o estudante de pós-graduação Dheeraj Roy, o associado técnico Lillian Smith e o ex-postdoc Roger Redondo.

O novo estudo do MIT de Kitamura et al. revela, pela primeira vez, que as memórias são inicialmente formadas simultaneamente no hipocampo e neurônios especializados no córtex pré-frontal chamado "células de engrama" que consolidam memórias de longo prazo ao longo do tempo. Em uma declaração à MIT News, Tonegawa disse: "Esta e outras descobertas neste documento fornecem um mecanismo de circuito abrangente para a consolidação da memória".

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Para determinar quais áreas específicas do córtex cerebral eram importantes para a formação de uma memória de longo prazo, os pesquisadores bloquearam insumos em diferentes áreas do cérebro durante o condicionamento e a lembrança da memória durante um período de 3 semanas. Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que as memórias de longo prazo permanecem "silenciosas" no córtex pré-frontal durante cerca de duas semanas antes do amadurecimento e se consolidando em memórias permanentes de longo prazo.

O autor principal Takashi Kitamura disse em um comunicado: "Descobrimos a existência de células de grama cortical, mas resulta que elas não se formaram gradualmente ao longo do tempo. Eles realmente se formam ao mesmo tempo que a memória inicial no hipocampo ". Morrissey acrescentou:" Eles são formados em paralelo, mas então eles seguem diferentes caminhos a partir daí. O córtex pré-frontal torna-se mais forte e o hipocampo se torna mais fraco ".

O Cortex Prefrontal, Hippocampus e Amygdala trabalham em concertos para consolidar memórias de longo prazo ao longo de um prazo de 12 dias

Um estudo do MIT dos circuitos neurais subjacentes ao processo de memória revela, pela primeira vez, que as memórias são formadas simultaneamente no hipocampo e na localização de armazenamento a longo prazo no córtex do cérebro. Esta imagem mostra células de engrama de memória (verde e vermelho) que são cruciais para armazenamento de memória permanente no córtex pré-frontal.

Fonte: Cortesia de Takashi Kitamura, laboratório Tonegawa

Este estudo ilustra como a conectividade funcional com outras regiões do cérebro permite amadurecer as células do engrama cortical e tornar-se memórias permanentes a longo prazo em neurônios PFC ao longo de cerca de 12 dias. Especificamente, os pesquisadores rotularam células de memória em três partes do cérebro: o córtex pré-frontal , o hipocampo (HPC) e a amígdala basolateral (BLA). Notavelmente, eles descobriram que a BLA armazena associações emocionais positivas e negativas para uma memória em conjunto com o PFC e HPC.

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Os achados sugerem que as teorias tradicionais de consolidação de memória de longo prazo só podem ser parcialmente precisas. As memórias parecem ser formadas rapidamente e simultaneamente no córtex pré-frontal e no hipocampo no dia em que uma memória inicial é criada. Então, a memória é consolidada no PFC ao longo do tempo.

Historicamente, o hipocampo foi considerado pela maioria dos especialistas como o "centro da memória" e o córtex pré-frontal foi considerado o assento de "funções executivas", como planejamento, regulação emocional, controle de impulsos, flexibilidade cognitiva, etc. Essas novas descobertas desafiam o tradicional pontos de vista do papel que o hipocampo e o córtex cerebral desempenham na consolidação da memória.

Kitamura e colegas também descobriram que as células de engrama ligadas a eventos emocionais positivos e negativos foram codificadas na amígdala, que está conectada ao hipocampo e ao córtex pré-frontal como parte de uma rede neural. Os últimos achados do MIT podem debilitar outro mito popular de que a amígdala é o "centro de medo" do cérebro.

Curiosamente, uma vez que uma memória foi formada nas células do engrama da amígdala basolateral, permaneceu inalterada ao longo do experimento. As células de memória Engram na amígdala parecem necessárias para a comunicação de um espectro de emoções ligadas a uma memória particular. A amígdala atua como um tipo de estação relé emocional entre o hipocampo eo córtex pré-frontal.

Avanços tecnológicos no Laboratório MIT de Tonegawa Advance Nosso entendimento de células de Engram e circuitos cerebrais necessários para a formação da memória

Em 2012, o laboratório de Tonegawa desenvolveu um avanço tecnológico que lhes permitiu rotular células específicas de grama em várias partes do cérebro que continham memórias específicas. Isso permitiu aos pesquisadores rastrear os circuitos cerebrais envolvidos na formação, armazenamento e recuperação da memória. Usando a optogenética de última geração, a equipe de Tonegawa conseguiu ativar e desativar as células-alvo usando rajadas de luz. Transformando essas células em "memórias artificialmente reativadas armazenadas em células específicas de engrama.

Para o seu último estudo, os pesquisadores do MIT rotularam células de memória em ratos durante um evento de condicionamento do medo – que foi um leve choque eléctrico elétrico entregue quando o mouse está em uma câmara particular. A optogenética permitiu que observassem o subseqüente comportamento condicionado pelo medo de congelamento no local quando as células específicas do engrama foram reativadas. Essas descobertas também foram corroboradas pela colocação dos camundongos na câmara original onde os choques dos pés foram entregues primeiro para observar uma lembrança natural da memória baseada no medo.

Mais pesquisas são necessárias para determinar se as memórias desaparecem completamente das células do hipocampo ou se alguns vestígios permanecem nas células do engrama do hipocampo. Atualmente, pesquisadores no laboratório de Tonegawa só podem monitorar células de engrama por algumas semanas. Mas eles estão trabalhando em avanços em sua tecnologia que lhes permitirá monitorar essas células por períodos mais longos.

Kitamura tem um pressentimento de que algum traço de memória permanece no hipocampo indefinidamente e que os detalhes são recuperados e atualizados ocasionalmente se uma memória for disparada. "Para discriminar dois episódios semelhantes, este engrama silencioso pode reativar e as pessoas podem recuperar a memória episódica detalhada, mesmo em pontos de tempo muito remotos", disse Kitamura.

Avançando, os pesquisadores do MIT também planejam investigar como o processo de maturação de um engrama de memória no córtex pré-frontal evolui. Fique atento para pesquisas de acompanhamento do laboratório de Tonegawa e outras que nos ajudarão a entender melhor como as células de engrama e os circuitos neurais complexos trabalham juntos para consolidar as memórias.