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Como são feitas as memórias humanas

O que é uma memória? Em 1904 o biólogo alemão Richard Semon surgiu com a ideia de um traço de memória mantido junto pela ligação de um grupo discreto de células cerebrais. Ele nomeou esse circuito físico imaginário de um engrama. Os engramas passaram a ter uma vida robusta em ficção científica e scientology.

Mas quanto a provar a sua existência no cérebro, que tinha de esperar pelo desenvolvimento de pinças activadas pela luz para dissecar os circuitos finos. Empregando estas chamadas pinças “optogenéticas” em 2012, o laboratório de Susumu Tonegawa no MIT primeiro mostrou que um engrama era real.

Agora num artigo publicado na Science em Abril passado, o mesmo grupo revelou os detalhes de como os engramas são feitos numa parte do cérebro, o hipocampo, e depois carregados para armazenamento no córtex, a camada mais externa.

Apontando estes detalhes do armazenamento da memória, abre-se a porta para encontrar novas formas de ajustar a memória quando esta falha ou se torna hiperactiva.

A primeira evidência experimental de como as memórias humanas são formadas e armazenadas remonta apenas a 1953.

“Em princípio este estudo mostra como podemos tratar estas células que se tornam hiperativas no PTSD”, diz Pankaj Sah, diretor do Queensland Brain Institute. “De certa forma é uma surpresa encontrar estas memórias muito completas que podem ser tão discretas”

A primeira evidência experimental de como as memórias humanas são formadas e armazenadas remonta apenas a 1953. Foi quando o americano Henry Molaison, de 27 anos, teve seu hippocampi removido como forma de curar suas convulsões. Para horror dos seus cirurgiões, a operação também destruiu a sua capacidade de fazer novas memórias. No entanto, as suas velhas recordações estavam bem.

A experiência involuntária revelou que o hipocampo é necessário para tecer novas memórias – particularmente as memórias “episódicas” ricas em contexto feitas todos os dias, como o que você viu quando passeou o seu cão no parque esta manhã.

Estas memórias detalhadas não são armazenadas no hipocampo, no entanto. Com o tempo, elas são transferidas para a concha exterior do cérebro – o córtex. Sabemos isto de pacientes que, quando estas partes do seu cérebro foram estimuladas eletricamente, lembram-se de memórias particulares. {%recomendado 4923%}

O carregamento destas memórias geralmente envolve a compressão de informação, um pouco como a forma como comprimimos ficheiros de computador para armazenamento a longo prazo. Também se acreditava que isso acontecia durante vários dias.

Esta imagem de granulação grosseira era em grande parte como as coisas eram até cinco anos atrás. Foi quando o laboratório de Tonegawa, uma colaboração entre o RIKEN Brain Science Institute do Japão e o MIT, reduziu um par de idéias quase míticas à prática, usando uma tecnologia de ponta conhecida como optogenética. Uma das idéias foi a do engrama de Semon. Uma memória, ele afirmou, deixaria um traço físico no cérebro; e o cérebro, quando estimulado, repetiria a memória.

Semon propôs esta idéia décadas antes dos pesquisadores entenderem que os neurônios enviavam sinais através de impulsos elétricos. Desde então os pesquisadores decodificaram grande parte da sinalização elétrica que passa entre os neurônios; e mostraram como o aprendizado e a memória correspondem ao fortalecimento das conexões, ou sinapses, entre neurônios individuais.

Já ninguém tinha sido capaz de combinar um conjunto particular de neurônios no cérebro com uma memória particular. Em 1999 Francis Crick, um ganhador de um Prêmio Nobel que transformou seus talentos para desembrulhar os mistérios do cérebro, pensou que, para progredir, pulsos de luz poderiam ser empregados para ativar neurônios individuais em um animal vivo.

“Isto parece bastante rebuscado”, escreveu ele, “mas é concebível que os biólogos moleculares possam engendrar um tipo particular de célula para ser sensível à luz”. Apenas seis anos depois, os neurocientistas de Stanford Edward Boyden e Karl Deisseroth, para sua própria surpresa, tornaram isso uma realidade com seu trabalho pioneiro em optogenética. Eles cooptaram um interruptor de luz usado pelas algas verdes – a proteína da rodopsina de canal.

Quando zappeada pela luz azul, a proteína abre um poro, permitindo que iões com carga positiva fluam através da membrana celular. Este fluxo de corrente sinaliza a flagela na extremidade oposta da célula algalina para bater, impulsionando-a em direção à luz.

Pesquisadores descobriram que poderiam inserir um único gene de canalrhodopsina em neurônios individuais, usando um vírus infectante como mensageiro. Eles também garantiram que apenas células que tinham feito recentemente uma memória produzissem o gene do interruptor de luz; células memorizadoras produziam uma proteína chamada c-fos, então o gene foi projetado para ser feito apenas em células produzindo c-fos.

Em 2012, o grupo de Tonegawa usou esta técnica optogenética para demonstrar a existência de um engrama de medo. Um mouse foi colocado em uma caixa com padrões de parede e texturas de piso distintas. Sempre que foi colocado nessa caixa, recebeu um choque eléctrico. Posteriormente, bastava colocá-lo na caixa de choque para que ele se encolhesse.

Os pesquisadores também identificaram um grupo de células no hipocampo fazendo ativamente o interruptor de luz, o revólver de fumaça indicando que essas células tinham sido envolvidas em fazer uma memória.

Para provar que era esse o caso, os cientistas então enfiaram uma fibra óptica através do cérebro para o hipocampo para atingir essas células. Quando eles zappingaram o hipocampo com flashes rítmicos de luz azul, o rato congelou como se estivesse a reviver a memória de ter sido colocado na caixa de choque. Foi a primeira evidência para um engrama – uma coleção de algumas centenas de células que, quando estimuladas, reproduziam a memória.

Neste novo estudo, os pesquisadores quiseram ver o que aconteceu com o engrama do hipocampo nos ratos ao longo do tempo. Outros estudos tinham sugerido que se tratava de uma pequena parte particular do córtex – o córtex pré-frontal – onde as memórias de medo pareciam estar armazenadas. Então os pesquisadores infectaram as células do córtex pré-frontal com o vírus contendo o interruptor de luz.

Eles encontraram algo curioso. Como antes, uma vez que os ratos aprenderam a temer a sala de choque, a memória podia ser reproduzida dirigindo flashes de luz no hipocampo. A surpresa foi que a memória também podia ser provocada por flashes de luz nas células do córtex pré-frontal. Assim, o engrama, ao que parecia, foi simultaneamente carregado para o córtex pré-frontal. “Isto foi surpreendente”, observa Tonegawa, “porque indicou que a memória cortical foi provavelmente criada logo no primeiro dia, e não gradualmente como foi assumido”

No entanto, quando os ratos foram colocados na sala de choque, cringando na memória, aquelas mesmas células do córtex pré-frontal eram silenciosas (como evidenciado pela verificação da atividade química no tecido cerebral isolado). Foi apenas algumas semanas após a experiência que as células do córtex pré-frontal dispararam quando o rato foi colocado na sala de choque. Ao contrário, o engrama no hipocampo começou a desaparecer.

Então, quando se trata de armazenamento de memória a longo prazo, primeiro é feita uma cópia silenciosa no córtex pré-frontal; apenas gradualmente ele se cimenta enquanto o engrama hipocampal é apagado. No entanto, o que falta determinar, diz Takashi Kitamura, o primeiro autor do trabalho.

Outra chave para cimentar a memória era que o córtex pré-frontal precisava de inputs tanto do hipocampo como da amígdala, o centro emocional do cérebro. Quando os pesquisadores bloquearam os inputs neuronais de qualquer um deles (novamente empregando interruptores de luz), a memória do córtex não cimentou.

Como esta informação poderia ajudar as pessoas? Embora não possamos implantar interruptores de luz, é no entanto possível ligar ou desligar regiões específicas do cérebro através da implantação de eléctrodos finos usando uma técnica conhecida como estimulação cerebral profunda, já usada para tratar doenças como a doença de Parkinson. Kitamura imagina que um dia será possível usar uma técnica semelhante para manipular os engramas no cérebro. “Mas primeiro precisamos mapeá-los em ratos”

Dada a velocidade de avanço deste campo, a era da manipulação dos nossos engramas pode não estar assim tão longe.