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Equipa portuguesa mapeia ligações entre neurónios de forma única

Grupo de neurocientistas do Centro Champalimaud conseguiu mapear ligações entre partes distantes do cérebro de forma com um grau de detalhe sem precedentes.
Representação artística de um neurónio, com axónios a sair do corpo celular. De Bryan Jones/Flickr.

Uma equipa de neurocientistas do Centro Champalimaud, em Lisboa, mapeou ligações neuronais entre partes distantes do cérebro com um nível de detalhes nunca antes alcançado. A investigação foi liderada por Leopoldo Petreanu, com Nicolás Morgenstern e Jacques Bourg. Foi publicada na revista científica Nature Neuroscience e revelou que as ligações no cérebro são mais complexas do que o previamente pensado. 

Os neurónios são as unidades básicas do cérebro e do sistema nervoso, e são as células responsáveis pela condução dos impulsos nervosos, isto é, da informação do cérebro para os órgãos sensoriais (como a visão estudada neste caso), músculos ou órgãos, e vice-versa. Os neurónios têm uma projeção, a que se chama axónio, que conduz impulsos elétricos desde o centro do neurónio, o corpo celular, até locais mais distantes e permite a comunicação entre neurónios ou diretamente com os músculos ou órgãos.

A investigação em causa foi motivada pelo enorme desconhecimento que ainda há na forma como os neurónios se ligam no cérebro. “Exceto a nível local, não sabemos como é que os axónios individuais de ligam”, afirma Petreanu. Os investigadores desenvolveram uma técnica nova de estimulação neural feita com laser, que lhes permitiu seguir a atividade dos axónios individuais entre uma parte do cérebro chamada de tálamo, e a parte do córtex visual que recebe, através do próprio tálamo, o estímulo visual da retina.

A informação que "salta" camadas

O córtex visual está estruturado em camadas. Uma delas, chamada L4, é o ponto de entrada da maioria da informação visual no córtex, e contém pequenos grupos de neurónios que estão altamente interligados de forma bidirecional, isto é, são capazes de transmitir informação para fora e para dentro. Uma teoria propõe que estes neurónios atuem de forma a amplificar algumas características dos sinais visuais, mas a forma como isso é feito, como interagem com informação remota do cérebro para integrar a informação visual, é algo desconhecido.

A equipa de investigadores do Centro Champalimaud descobriu algo que sustenta esta hipótese: o facto de, se dois neurónios na camada L4 estão ligados, um axónio que se projeta do tálamo para um desses neurónios irá “bifurcar-se” para também se ligar ao outro neurónio. Ou seja, ambos os neurónios recebem a mesma informação do tálamo e estão constantemente a trocar informação. Petreanu defende que esse mecanismo pode gerar um efeito de amplificação nestes pequenos circuitos neuronais.

Além disso, os investigadores também descobriram que quando os estímulos visuais atravessam os axónios, vindos de células do tálamo para células na camada L4 , são transmitidos unidirecionalmente para outra camada, a L2/3. Pensava-se que o processamento visual era um “processo em série através das camadas”, explica Petreanu. Mas os investigadores provaram que não é assim. Quando dois neurónios estavam ligados através destas camadas, um axónio projetado do tálamo para o neurónio na camada L4 também se “bifurcava” e ligava, independentemente, ao neurónio na L2/3.

A descoberta que estas ligações “saltam uma camada” prova que a camada L2/3 não recebe só informação visual processada depois de ter passado pela camada L4, mas também informação "em bruto" do tálamo. "É a nossa principal descoberta", explicou Petreanu, "isto pode permitir às células da camada L2/3 ficarem muito especializadas na deteção de características visuais". 

"Isto altera a forma como percebemos o funcionamento do cérebro", conclui Petreanu. É possível que outras informações sensoriais utilizem o mesmo mecanismo e a equipa vai agora estudar se estruturas de conecção semelhantes funcionam em áreas diferentes do córtex visual.

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